수건이 물을 흡수하는 원리

수건이 물을 흡수하는 원리

그림 1. 수건

수건은 우리 일상생활에서 떼려야 뗄 수 없는 물건입니다. 일반적으로 우리가 입는 옷의 면과는 다르게 수건은 유독 물기를 잘 흡수하는 특징이 있습니다. 육안으로 비교해도 수건과 일반 면의 표면은 다른 질감을 갖고 있으며, 손으로 만져봐도 마찬가지입니다. 그래서 이번 포스팅은 물기 제거를 위해 하루에 한 개는 꼭 사용하는 수건이 어떤 원리로 물기를 잘 흡수하는지 알아보고자 합니다. 수건이 물을 흡수하는 원리를 이해하기 위해서는 우선 모세관 현상이 무엇인지 알아야 합니다.

 

모세관 현상

모세관 현상은 액체가 매우 얇은 관의 틈을 따라 상승(물) 또는 하강(수은)하는 현상을 말합니다. 이 현상은 우리의 일상에서도 흔히 볼 수 있습니다. 아래쪽에 있던 물이 종이를 타고 거꾸로 올라가는 현상을 한 번 즘은 본 적이 있을 겁니다. 붓에 먹물을 묻히면 먹물이 붓으로 쭉 빨려 올라가는 것 또한 모세관 현상에 의한 것입니다. 이렇게 액체가 수직으로 이동하는 모세관 현상은 응집력과 부착력이라는 두 가지 힘과 관련이 있습니다.

그림 2. 유리관에 든 물과 수은의 메니스커스 (출처: Chemistry, The Central Science e13)

응집력은 동종 분자들 사이에 작용하는 인력으로, 입자들이 서로 모이려는 힘을 의미합니다. 부착력은 서로 다른 성질의 두 물질이 접해 있을 때 이들 사이에 작용하는 힘을 말합니다. 유리관 안에 물을 넣은 상황을 예로 들면, 유리관 안에 존재하는 물 분자들 사이에 작용하는 힘이 응집력이고 물과 유리관 안쪽 면 사이에 작용하는 힘이 부착력입니다. 위의 그림 2를 보면 응집력과 부착력을 더 쉽게 이해할 수 있습니다.

유리관 안에 물을 넣으면 부착력이 더 강하기 때문에 유리관 안쪽에 붙은 물 분자들이 많아져서 가장자리의 물기둥이 올라가고 가운데 액체면은 아래로 볼록해지게 됩니다. 물이 유리관 안쪽 표면(유리벽면)을 타고 올라가기 시작하면, 표면적을 최소화시키고자 하는 성질(표면장력)로 인해 가운데 부분을 마저 채우기 위해 볼록한 곳도 따라 올라가게 됩니다.

즉, 빨아올리는 힘은 유리관의 분자와 물 분자 사이의 인력이 작용해 발생되는 것이며, 당겨진 물 분자가 또 다른 물 분자를 끌어당기면서 연속적으로 물 분자의 이동이 가능하게 되는 것입니다. 이 상황이 반복되면서 유리관 끝까지 물이 차오르게 되고, 이 현상은 유리관이 좁아지면 좁아질수록 더 빠르게 잘 일어납니다.

모세관 현상은 가느다란 유리관뿐만 아니라 물체 사이의 가는 틈에서도 일어날 수 있습니다. 천 조각에 물을 한 방울 떨어뜨렸을 때 물이 퍼져나가는 현상 또한 모세관 현상에 해당됩니다.

그림 3. 면섬유 표면의 전자현미경 이미지 (출처: Polymer 2020, 12, 344)

우리 눈에는 보이지 않지만 수건과 같은 섬유에도 물기를 흡수할 수 있는 모세관 구조가 존재합니다. 그림 3은 면섬유 표면을 전자현미경으로 확대하여 찍은 이미지입니다. 액체가 관을 타고 올라가면 관에 액체가 흡착되었다고 표현하는데, 섬유의 가는 틈(관)을 타고 물이 움직이게 되는 것입니다. 이 현상에 의해 손이나 몸에 있는 물기가 수건으로 빨려 들어가서 물기를 닦아낼 수 있는 것이죠.

모세관 현상은 방향에 관계없이 일어나기 때문에 수건 섬유가 뻗은 방향과는 무관하게 물의 흡수가 일어납니다. 또한, 이 현상은 액체가 모세관을 타고 올라가는 관의 지름이 작을수록, 또 액체의 표면장력이 클수록 빠르게 일어납니다. 따라서 수건의 섬유가 촘촘하고 조밀할수록 흡수력이 높아집니다.

 

수건 섬유의 굵기

그림 4. 수건 30수와 40수의 차이 (출처: 아이러브타올)

수건을 고를 때 30수, 40수라는 단어를 들어본 적이 있으실 겁니다. '수'는 실의 굵기를 나타내는데, 수가 높을수록 실의 두께가 가늘어지고 낮을수록 실이 두꺼워집니다. 가격 또한 수가 높아질수록 비쌉니다. 여기에는 촉감, 무게, 물 흡수력, 내구성 등의 여러 가지 이유가 있지만, 앞서 설명한 것처럼 수가 높아질수록 실이 가늘어져 물 흡수력이 뛰어나기 때문에 가격이 비싸질 수밖에 없습니다. 실이 가늘어지면 그만큼 섬유의 틈이 많아져서 물의 흡수력이 높아지는 것을 의미하기 때문이죠.

참고로 1수는 1파운드(453.6g)의 면으로 840야드(768.1m) 길이의 실을 뽑아 원단을 만들었다는 것을 의미합니다. 따라서 30수는 1파운드의 면으로 25,200야드(23,042m), 40수는 1파운드의 면으로 33,600야드(30,723m) 길이의 실로 가공한 것입니다. 30수보다 40수가 더 길고 가늘어서 실이 촘촘하고 촉감도 부드러울 수밖에 없습니다.

 

이번에는 수건이 물을 흡수하는 원리에 대해 알아보았습니다. 모세관 현상은 수건뿐만 아니라 우리 일상에서도 쉽게 찾아볼 수 있는 현상 중 하나입니다. 도움이 되셨길 바라며 포스팅을 마치겠습니다.