환경과 고분자(1)

1. 식물 호르몬(에틸렌)

 

납사를 열분해 해서 만들어지는 에틸렌은 폴리에틸렌(PE), 폴리염화비닐(PVC), 에틸렌글리콜(EG) 등 중요한 석유화학 제품의 원료가 되며, 우리나라에서도 연간 600만 톤 이상 생산될 만큼 흔한 화합물이다. 이렇게 흔한 이 화합물은 식물 호르몬으로 작용하여 식물의 생장을 조절하는 것으로도 알려져 있다. 많은 과일이 익으면서 에틸렌을 방출하는데, 때로는 이 화합물에 의해 익는 속도가 촉진되기도 한다. 이를 활용해 떫은 감이나 바나나를 빠르게 익히는 데도 사용된다. 익은 사과는 에틸렌을 상당히 많이 배출한다. 그래서 사과를 떫은 감이나 바나나와 함께 두면 금방 익어버린다. 또한, 녹색 채소의 노화도 촉진한다. 따라서 이 둘을 같은 용기에 담아두면 녹색 채소는 금방 누렇게 변할 것이다. 이러한 지식을 활용하면 같이 보관해야 할 음식과 보관하지 말아야 할 음식을 구분할 수 있고, 음식물을 더 오래 보관할 수 있는 지혜를 얻게 된다.

 

에틸렌을 방출하는 식물과 영향을 받는 식물에 대해 간단히 정리해 보겠다.

 

• 매우 강력한 방출: 사과

• 강력한 방출: 살구, 배, 복숭아, 아보카도, 파파야

• 약간 강력한 방출: 노란색 바나나, 참외, 무화과, 리치, 망고, 파인애플, 자두, 빨간 토마토

• 영향을 받아 노화되는 식물: 양배추, 시금치, 수박, 순무, 파슬리, 치커리, 냉이, 브로콜리, 녹색 토마토, 녹색 바나나

 

토마토와 바나나, 참외와 수박의 경우는 좀 더 알아두면 좋다. 토마토와 바나나는 익으면 에틸렌을 방출하는데, 안 익은 것들은 방출된 에틸렌에 의해 빨리 익게 된다. 그러므로 섞어서 두면 다 같이 빨리 익고, 분리해 두면 안 익은 상태를 더 오래 유지할 수 있다. 참외와 수박은 여름철 과일이라 함께 냉장고에 보관하기 쉽다. 그러나 참외의 에틸렌이 수박의 노화를 촉진한다. 만약 여름철에 냉장고가 아닌 밀폐된 공간에 두 과일을 함께 두면 수박의 노화는 더욱 빨라질 것이다.

 

2. 제습제와 제설제

 

‘물먹는 하마’라는 제품을 알고 있을 것이다. 옷장이나 밀폐된 습한 곳에 두면 습기를 제거해 주는 제품으로 유명하다. 물먹는 하마 제품 안에는 무수 염화칼슘이 들어있는데, 이 물질은 물에 녹으려는 성향이 있어 공기 중의 수분을 쉽게 흡수한다. 또한, 염화칼슘은 겨울에 내린 눈을 녹이는 데도 탁월한 효과가 있다. 물을 흡수할 때 많은 열을 내며, 이 열로 인해 차가운 눈이 녹게 된다. 또한, 눈이 녹은 곳에 염화칼슘 수용액이 생기는데, 이 수용액의 빙점은 물보다 훨씬 낮아 결빙 또한 막아준다. 제설제로 염화칼슘이 사용되기 전에는 소금을 사용했으나, 소금은 발열량이 적어 눈을 녹이는 속도가 느리다는 단점이 있다.

 

이들은 모두 이온성 염화 화합물이기 때문에 자동차나 도로의 철 구조물을 쉽게 녹슬게 만든다. 따라서 제설제를 뿌린 도로를 주행한 차량은 반드시 하부를 세차해 염소 이온을 곧바로 제거해 줘야 한다. 또한, 가로수에 염화칼슘이 튀면 나무가 고사하고, 아스팔트나 시멘트에 스며들면 쉽게 파손된다. 이 물질이 하천으로 흘러 들어가면 하천의 산소 요구량을 많이 증가시켜 하천 생태계도 쉽게 파괴될 수 있다.

 

이러한 문제로 최근에는 더 친환경적인 제설제를 찾게 되었는데, 염화칼륨, 염화마그네슘 등이 있다. 그러나 발열량이나 비용적인 면에서 기존 제품을 완전히 대체하지는 못하고 있다.

 

3. 고흡수성 수지

 

염화칼슘은 물을 흡수한다고 이전 글에서 언급한 바 있다. (염화칼슘은 자기 무게의 32%는 대단히 빠른 속도로 흡수하고 이때 많은 열을 발산한다.) 염화칼슘과는 비교할 수 없을 만큼 많은 물을 흡수하는 고분자가 있는데 이 고분자 물질이 바로 고흡수성 수지이다. 이 수지는 중성의 물뿐만 아니라 소변과 같은 약알칼리성 수용액도 잘 흡수하므로 기저귀, 생리대에도 많이 사용되고 있다. 최근에는 사막화를 방지하기 위해 심은 나무를 보호하는 데에도 유용하게 사용되고 있다. 이 고분자가 이러한 특성을 가지는 근본적인 이유는 삼투압 때문이다. 고분자 사슬에 소금 같은 이온성 물질을 다량 화학적으로 결합해 두면 삼투되어 들어온 물이 고분자를 녹인다. 그런데 이 고분자를 물에 녹지 못하고 팽윤 할 수 있도록 화학적으로 가교시켜 두면, 삼투된 물이 사슬을 녹일 수 없으므로 엄청난 양의 물을 흡수하면서 부풀어 오르는 고흡수성 수지 가교 젤이 된다. 이러한 특징을 갖는 고흡수성 수지를 다양한 환경에 이용할 수 있을 것이다.