도시락 뚜껑이 키링으로?! 토스터기로 즐기는 마법의 플라스틱 실험!

사이언스트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험입니다.

도시락 용기 뚜껑이 귀여운 키링으로 대변신!? 필요한 건 토스터 하나, 재료는 도시락 뚜껑 하나뿐입니다. “에이, 그게 다라고?” 싶다면 끝까지 읽어보세요. 사실 이 실험 속에는 플라스틱에 숨겨진 흥미로운 과학이 담겨 있습니다.

플라스틱이란 무엇일까?

플라스틱은 석유로부터 만들어진 합성수지(사람이 만든 고분자 화합물로 이루어진 물질)를 말합니다. 여기서 “고분자”란 작은 분자들이 길게 이어져 만들어진 아주 큰 분자를 뜻합니다. 마치 레고 블록 수백 개를 연결한 것 같은 구조라고 생각하면 이해하기 쉽습니다. 플라스틱에는 아래처럼 다양한 종류가 있습니다(중학교 과학 교과서에 나오는 것들을 정리했습니다). 주변에서 쉽게 볼 수 있는 물건들을 직접 찍어 보았습니다.

PE 폴리에틸렌 잘 타는 성질 쓰레기봉투

PP 폴리프로필렌 잘 타는 성질 페트병 뚜껑

PET 폴리에틸렌 테레프탈레이트 잘 타지 않음 예: 페트병

※페트병 라벨은 폴리스티렌, 뚜껑은 폴리프로필렌입니다.

PS 폴리스티렌 잘 타는 성질 낫토 용기·도시락 뚜껑

PVC 폴리염화비닐 잘 타지 않음 지우개·수도관

이름 앞의 ‘폴리’는 무슨 뜻일까?

이름에 “폴리”가 많이 들어간다는 사실, 눈치채셨나요? “폴리(poly)”는 그리스어로 “많은”이라는 뜻입니다. 예를 들어 폴리에틸렌은 “에틸렌이 많이 연결된 것”이라는 의미입니다. 작은 분자들이 수천, 수만 개 이어져 만들어진 플라스틱에 딱 어울리는 이름이죠. 폴리곤(다각형), 폴리페놀(여러 개의 페놀기를 가진 물질)처럼 일상 속에서도 자주 사용되는 말입니다.

플라스틱이 우리 생활에 꼭 필요한 이유

플라스틱은 다음과 같은 뛰어난 특징 덕분에 생활 곳곳에서 사용되고 있습니다.

・모양을 만들고 가공하기 쉽다. 일반적으로 가열하면 부드러워지고 식으면 단단해진다
・가볍다
・녹슬지 않는다
・잘 썩지 않는다
・전기가 잘 통하지 않는다
・충격에 강하다
・약품에 안정적이라 성질이 잘 변하지 않는다

이처럼 장점이 많기 때문에 플라스틱은 20세기에 폭발적으로 보급되었습니다. 하지만 잘 썩지 않는다는 특성은 해양 플라스틱 문제의 원인이 되기도 했습니다. 그래서 כיום에는 분해 가능한 새로운 플라스틱 개발에도 과학기술이 활용되고 있습니다. 편리함과 환경문제, 두 가지 모두 플라스틱의 성질과 깊게 연결되어 있는 셈입니다.

폴리스티렌(PS)의 신기한 성질

이번 실험의 주인공은 플라스틱의 한 종류인 폴리스티렌(PS)입니다. 폴리스티렌은 열을 가하면 부드러워지고 가공하기 쉬워지는 성질이 있습니다. 주변에서는 도시락 용기 뚜껑이나 플라반(수축 플라스틱)에서 쉽게 볼 수 있습니다. 플라반은 요즘 100엔숍에서도 판매되고 있습니다. 저도 어릴 때 모형 가게에서 자주 사 와서 만들곤 했습니다.

공예용 플라반은 폴리스티렌을 얇게 늘려 만든 것입니다. 제조 과정에서 길게 늘어난 상태이기 때문에 열을 가하면 분자들이 원래 상태로 돌아가려고 하며 수축합니다. 단순히 “줄어든다”기보다 “원래 크기로 되돌아간다”라고 표현하는 편이 과학적으로 더 정확합니다. 이 성질을 이용하면 멋진 키링을 만들 수 있습니다. 유치원생이나 초등학생도 쉽게 할 수 있으니 집에서도 꼭 도전해 보세요.

과학 레시피

준비물: 토스터, 도시락 용기 뚜껑(폴리스티렌 제품), 알루미늄 포일(또는 종이호일), 나무판 2개

실험 방법:

1. 도시락 용기 뚜껑(폴리스티렌 제품)에 그림을 그리고 토스터 안에서 가열합니다. 제가 준비한 것은 삼각김밥 포장 용기였습니다.

반드시 “PS”라고 표시된 제품을 사용하세요.

토스터에 넣을 때는 알루미늄 포일을 한 번 구겨서 펼친 뒤 그 위에 플라반을 올려놓습니다. 코모리 에이지 선생님의 강의에서는 종이호일을 사용하면 좋다는 팁도 알려주셨습니다.

2. 가열하면 말랑말랑해지며 점점 줄어듭니다. 어느 정도 수축이 멈추면 젓가락으로 꺼냅니다. 종이호일을 사용할 경우 플라반이 잘 달라붙지 않아 쉽게 떼어낼 수 있었습니다. 하지만 종이호일이 타버릴 때도 있어서 여러 번 반복 사용하기에는 적합하지 않은 것 같습니다. 많은 인원이 반복해서 실험할 때는 알루미늄 포일 쪽이 더 적합할지도 모르겠습니다.

토스터에 넣으면…

이렇게 평평한 플라반 판이 완성되었습니다!!

3. 꺼낸 플라반이 뜨거울 때 바로 나무판 사이에 끼워 눌러줍니다. 이 과정은 빠르게 해야 합니다. 이처럼 폴리스티렌이 원래 크기로 되돌아가며 작아졌습니다. 이렇게 해서 키링 완성! 도시락 뚜껑으로 만들 수 있다는 점이 정말 놀라운 실험이죠. 끈만 달아주면 멋진 스트랩이 완성됩니다! (^o^)

실험 후에는 “왜 그럴까?”를 생각해보자

이번 실험의 핵심은 플라반이 줄어드는 이유가 “폴리스티렌 분자가 제조 과정에서 늘어난 상태에서 원래대로 돌아가려 하기 때문”이라는 점입니다. 열을 받으면 분자 운동이 활발해지고, 늘어나 있던 상태가 풀리게 되는 것이죠. 이것은 “형상기억”과 비슷한 현상으로 이해하면 더 쉽게 알 수 있습니다.

형상기억합금이나 형상기억수지처럼, “원래 상태로 돌아가려는 성질”은 현대 산업 제품에도 널리 활용되고 있습니다. 도시락 뚜껑이 첨단 과학기술과 같은 원리로 움직인다고 생각하면, 평범한 식탁도 조금 다르게 보이지 않나요? 꼭 집에서도 도전해 보세요!

문의 및 의뢰 안내

과학의 신기함과 재미를 더 가까이에서! 집에서도 할 수 있는 즐거운 과학 실험과 그 팁을 알기 쉽게 소개하고 있습니다. 다양한 글도 꼭 검색해서 읽어보세요! ・과학 네타장이 책으로 출간되었습니다. 자세한 내용은 여기 ・운영자 쿠와코 켄 소개는 여기 ・각종 의뢰(집필·강연·실험교실·TV 감수·출연 등)는 여기 ・최신 글 업데이트는 X에서 확인하세요!

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