세제 원리 — 때를 녹이는 게 아니라 말아 올려 붙든다
세제를 푼 물에 그릇을 담가 두기만 하면 기름기는 잘 빠지지 않는다. 그런데 같은 물에 넣고 수세미로 몇 번 문지르면 금세 미끄러운 느낌이 사라진다. 세제가 때를 녹인다면 담가 두는 시간이 길수록 잘 빠져야 하는데 실제로는 그렇지 않다.
앞선 여덟 편은 물이 어디에 머무는가를 다뤘다. 여기서부터는 방향이 바뀐다. 무엇이 어떻게 떨어져 나가는가의 문제다. 이 글에서는 세제가 실제로 하는 일이 무엇인지, 왜 힘이 필요한지, 세제의 양은 무엇을 바꾸는지를 정리한다.
세제는 때를 녹이지 않는다
세제의 핵심 성분인 계면활성제는 물에 녹기 쉬운 친수성 부분과 기름에 녹기 쉬운 소수성 부분을 한 분자 안에 함께 가진 화합물이다. 한쪽은 물을 좋아하고 다른 쪽은 기름을 좋아하니, 이 분자는 물과 기름이 만나는 경계에 자리를 잡는다.
물 분자끼리는 서로 강하게 끌어당긴다. 그래서 물은 표면적을 줄이려 하고, 이 성질이 표면장력으로 나타난다. 계면활성제가 경계에 늘어서면 그 경계가 완화되어 표면장력이 약해진다. 물이 섬유 사이나 그릇 표면의 미세한 틈으로 더 잘 스며들 수 있게 되는 것이 여기서 시작된다.
그러니 세제가 하는 첫 번째 일은 때를 공격하는 것이 아니라 물이 때에 닿을 수 있게 만드는 것이다. 기름과 물이 서로를 밀어내는 한 세정은 시작조차 되지 않는다. 이 단계를 적시고 스며드는 과정으로 보면 이후가 이해된다.
- 한 분자에 물과 친한 부분이 있다
- 같은 분자에 기름과 친한 부분이 있다
- 물과 기름이 만나는 경계가 존재한다
세정은 때를 공격하기 전에 물이 닿게 만드는 일에서 시작된다
때가 떨어져 나가는 두 가지 방식
표면에 붙은 기름때가 실제로 떨어지는 방식은 크게 둘로 설명된다. 하나는 유화이고 다른 하나는 말려 올라가는 방식이다.
말려 올라간다는 것은 이런 뜻이다. 계면활성제가 때와 표면 사이로 파고들어 붙으면 때가 표면에 눌어붙어 있던 모양이 바뀐다. 넓게 퍼져 있던 기름막이 점점 오므라들어 방울 모양이 되고, 표면과 닿는 면적이 줄어들다가 결국 떨어져 나간다. 이 방식이 얼마나 잘 되는지는 계면활성제가 경계를 얼마나 약하게 만드는지와, 더러워진 표면에 얼마나 잘 달라붙는지에 달려 있다.
유화는 경계의 저항이 아주 낮아졌을 때 기름 자체가 잘게 쪼개져 물에 섞여 들어가는 쪽이다.
두 방식 모두 마지막 한 걸음에는 바깥에서 주는 힘이 필요하다. 문지르는 동작, 세탁기 드럼이 옷을 떨어뜨리는 충격, 물살이 그 역할을 한다. 세제는 때가 떨어지기 쉬운 상태를 만들 뿐이고, 떼어내는 것은 물리적인 힘이다. 담가 두기만 해서는 잘 빠지지 않는 이유가 여기 있다.
- 1 낮아진 표면장력으로 물이 틈에 스며든다
- 2 계면활성제가 때와 표면 사이에 파고들어 붙는다
- 3 넓게 퍼져 있던 때가 오므라들어 방울이 된다
- 4 문지르는 힘이나 물살이 마지막으로 떼어 낸다
- 5 떨어진 때를 미셀이 감싸 물속에 띄운다
- 6 헹굼으로 그 물을 밖으로 내보낸다
농도에는 문턱과 천장이 함께 있다
떨어져 나온 기름은 그대로 두면 다시 붙는다. 이를 막는 구조가 미셀이다. 계면활성제 분자들이 소수성 부분을 안쪽으로 모아 핵을 만들고 친수성 부분을 바깥으로 향하게 해서, 기름을 가운데 가둔 작은 공 모양을 이룬다. 바깥이 물과 친하므로 이 공은 물속에 떠 있을 수 있다.
중요한 것은 미셀이 아무 때나 생기지 않는다는 점이다. 미셀은 농도가 임계 미셀 농도 이상이고 온도가 임계 미셀 온도 이상일 때 형성된다. 즉 세제에는 그 아래로는 제 기능을 못 하는 문턱이 있다. 물이 너무 많거나 세제를 지나치게 아끼면 표면장력은 조금 낮아져도 때를 붙들어 두는 단계까지는 가지 못한다.
반대쪽도 있다. 문턱을 넘긴 뒤에는 세제를 더 넣는다고 세정력이 그만큼 계속 늘지 않는다. 남는 계면활성제는 헹굼에서 빼내야 할 양만 늘린다. 세제 사용량 표시가 옷의 양과 물의 양을 함께 기준으로 삼는 것도 농도가 관건이기 때문이다.
- 미셀이 만들어지지 않는다
- 떨어진 때가 다시 붙는다
- 물만 뿌옇고 결과가 안 난다
- 물을 지나치게 많이 잡을 때 생긴다
- 세정력이 비례해 늘지 않는다
- 헹굼에서 빼낼 양이 늘어난다
- 섬유에 잔여물이 남는다
- 감촉이 뻣뻣해지거나 자국이 남는다
헹굼이 세정의 마지막 단계인 이유
미셀에 갇힌 때는 아직 물속에 떠 있을 뿐 제거된 것이 아니다. 그 물을 빼내야 비로소 세정이 끝난다. 헹굼은 마무리 의례가 아니라 때를 실제로 밖으로 내보내는 공정이다.
헹굼이 부족하면 두 가지가 남는다. 미처 빠져나가지 못한 때와, 그것을 붙들고 있던 계면활성제다. 섬유에 남은 잔여물은 뻣뻣한 감촉이나 얼룩진 자국으로 나타나고, 1편에서 본 대로 젖은 상태가 길어지면 남은 유기물은 미생물의 먹이가 된다. 세탁을 잘하고도 냄새가 남는 경우가 세탁 자체보다 이 마지막 구간과 관련되는 일이 적지 않다.
정리하면 세제는 녹이는 물질이 아니라 경계를 무르게 만들고, 떨어진 때를 다시 붙지 못하게 붙들어 두는 물질이다. 그래서 세정은 세제 하나가 아니라 스며듦, 물리적인 힘, 농도, 헹굼이라는 네 구간의 합으로 결정된다. 다음 글에서는 이 원리가 가장 극적으로 드러나는 경우, 기름때가 물로는 지워지지 않는 이유를 다룬다.
| 증상 | 의심 구간 | 확인할 것 |
|---|---|---|
| 담가 둬도 그대로다 | 물리적인 힘 | 문지르거나 세탁 강도를 조정 |
| 물이 때를 밀어내는 느낌 | 스며듦 | 물 온도와 세제가 풀렸는지 |
| 헹군 뒤 다시 얼룩진다 | 농도 문턱 | 물 양 대비 세제량 |
| 감촉이 뻣뻣하다 | 헹굼 | 세제 과다 여부 |
| 냄새가 남는다 | 잔여물과 건조 | 헹굼과 마르는 시간 |
- 물의 양에 비해 세제가 지나치게 적지 않은가 문턱
- 세탁물을 통에 가득 채워 움직임을 막고 있지 않은가
- 세제가 물에 충분히 풀린 뒤 넣었는가
- 헹굼 단계를 줄여 두지 않았는가
- 세탁이 끝난 뒤 바로 꺼내 널고 있는가
자주 묻는 질문
세제를 많이 넣으면 더 깨끗해지나요?
일정 농도를 넘어서면 세정력이 넣은 만큼 계속 늘지는 않습니다. 오히려 헹굼에서 빼내야 할 잔여물이 늘어 섬유에 남을 수 있습니다.
찬물과 더운물은 차이가 큰가요?
온도가 낮으면 기름이 굳어 잘 움직이지 않고 미셀이 만들어지는 조건에도 불리합니다. 다만 옷감이나 얼룩 종류에 따라 뜨거운 물이 불리한 경우도 있어 표시를 따르는 편이 안전합니다.
담가 두는 것은 소용이 없나요?
물이 스며들고 계면활성제가 자리를 잡는 시간을 벌어 주므로 도움이 됩니다. 다만 떨어져 나오는 마지막 단계에는 물리적인 힘이 필요해, 담그기만으로 끝나지는 않습니다.
헹굼 횟수를 늘리면 좋은가요?
잔여물이 문제라면 도움이 됩니다. 다만 물 사용량이 늘어나므로, 세제 양이 적정한지를 먼저 확인하는 순서가 합리적입니다.
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