종이의 주성분인 셀룰로오스 유기 고분자가 물에 젖으면 쉽게 찢어지는 이유는 무엇인가요?

Question

종이의 주성분인 셀룰로오스 유기 고분자가 물에 젖으면 쉽게 찢어지는 이유를, 분자 사슬 사이에 존재하던 강력한 수소 결합이 물 분자의 개입으로 인해 느슨해지는 화학적 변화로 설명 부탁드려요.

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안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

종이는 기원전 식물 섬유로 만들어진 것으로 추정되는 가장 오래된 고고학적 증거이며, 초기에는 헴프 중심이었고, 나무껍질과 같은 섬유가 점차 보급되며, 현대에는 목재 펄프와 재활용 섬유 등을 사용합니다.

종이의 주성분인 셀룰로오스는 포도당이 길게 이어진 선형 고분자로, 이 사슬들의 겉면에는 극성을 띤 하이드록시기가 풍부해, 사슬끼리 서로 강하게 끌어당기는 수소 결합으로 연결되어 있습니다. 건조한 종이가 단단해 지는 것은 이 수많은 수소 결합이 마치 보이지 않는 사슬들을 단단히 엮어주기 때문입니다.

하지만 종이가 물에 젖으면 물 분자 역시 수소 결합을 맺는 능력이 매우 뛰어나기 때문에 섬유 틈새로 파고들어 물 분자들은 기존에 셀룰로오스 사슬들을 깨고, 그 사이에 자신이 대신 끼어들어 셀룰로오스와 새로운 수소 결합을 맺습니다.

결과적으로 사슬을 직접 이어주던 연결 고리가 와해되고 분자 간 거리가 멀어지게 되며, 물이 사슬들을 서로 미끄러지도록 돕는 윤활제 역할을 하게 되어 섬유를 지탱하던 인력이 급격히 사라지면서, 작은 힘만 가해도 분자 사슬이 쉽게 흩어져 종이가 힘없이 찢어지는 것입니다.

제 답변이 질문자님의 궁금증에 도움이 되었으면 좋겠네요. 좋은 하루 되세요.