[과학향기]생수병에 콜라 담으면 안되는 이유는?

생수병에 콜라 담으면 안되는 이유는? [제 695 호/2007-12-19]

건강과 미용에 좋다는 ‘웰빙’ 혼합차가 한창 인기다. 길을 가는 여성들의 손은 테이크아웃 커피 대신 혼합차병을 들고 있다. 이런 유행이 가능한 데에는 갖고 다니기 쉬운 용기, 즉 페트병이 한 몫을 하고 있다. 만일 유리병이나 캔에 담겼다면 선풍적인 인기를 끌기 어려웠을 것이다.

그런데 혼합차 페트병은 생수병과 좀 다르다. 훨씬 단단하고, 뚜껑이 있는 주둥이 부분이 투명하지 않고 하얀 색이다. 혼합차 성분을 오랫동안 변함없이 유지하기 위해서다. 생수를 시작으로 탄산음료, 과즙음료, 맥주, 혼합차까지 페트병이 담을 수 있는 음료의 스펙트럼이 점점 넓어지고 있다. 새로운 기능성을 갖는 페트병이 속속 등장하기 때문이다. 변신을 거듭하는 페트병에 대해 알아보자.

페트(PET)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate)의 약자로 플라스틱의 한 종류다. 플라스틱은 그 구성성분에 따라 다양한 종류가 있다. 예를 들어 칫솔, 볼펜 같은 플라스틱제 생활용품은 주로 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP)으로 만든다. 가볍고 싸고 만들기 쉽기 때문이다. 그러나 플라스틱병은 거의 100% 페트재질이다. 다른 재질에 비해 페트가 병으로 많이 쓰이는 이유는 뭘까?

우선 페트는 투명도가 유리에 버금갈 정도로 뛰어나다. PE나 PP가 따라갈 수 없다. 기체 투과도도 중요한 요소다. 내용물이 물이라면 별 문제가 아니지만 탄산음료나 주스가 되면 병의 자격조건이 까다로워진다. 병속의 이산화탄소가 빠져 나가도 안 되고 바깥의 공기 중 산소가 안으로 들어와도 문제가 생긴다. 페트는 PE나 PP에 비해 기체 차단성이 50배나 더 높다.

페트의 높은 강도도 장점이다. 같은 두께일 경우 PE나 PP에 비해 페트가 더 단단하다. 비슷한 강도를 지닌 병을 만들 경우 그만큼 재료를 아낄 수 있다. 단열성도 뛰어나서 영하 160℃까지 내려가는 국제우주정거장 표면에 페트재질의 단열층이 붙어있을 정도다. 이런 여러 장점 덕분에 음료를 담을 용기로 페트가 선택됐다.

같은 재질로 돼 있지만 페트병은 내용물에 따라 모양새가 제각각이다. 좀 더 들여다보면 페트재질 자체도 조금씩 다르다. 경제성과 기능성을 고려해 목적에 맞는 최적의 조건을 찾기 때문이다.

예를 들어 생수병과 콜라병을 놓고 보면 같은 용량일 경우 생수병이 더 두께가 더 얇다. 가장 두드러진 차이는 밑 부분이다. 생수병은 편평한데 비해 콜라병은 굴곡이 있다. 자세히 보면 밑이 반구처럼 볼록한 병을 세우기 위해 둘레로 대여섯 개의 지지대, 즉 발이 있는 형태다. 톡 쏘는 탄산음료를 담고 있으니까 병모양도 튀게 만든 것일까?

콜라와 같은 탄산음료 페트병이 이렇게 독특한 모양을 한 이유는 내부의 압력 때문이다. 이산화탄소를 주입하면 병 내부의 압력이 2.5~3.5기압이나 된다. 생수병 모양이라면 아래 부분이 압력을 이기기 못해 불룩 튀어나오게 된다.

따라서 제조된 날부터 소비자가 마실 때까지 고압의 내용물을 담고 있으려면 내부 힘을 분산시킬 수 있는 디자인이 필요하다. 페트병이 담고 있는 내용물의 성질, 보관조건에 따라 컴퓨터 시뮬레이션을 한다. 가장 적은 비용으로 최적의 모양을 찾는 것이다. 실제로 생수병에 탄산음료를 넣고 시뮬레이션해보면 힘을 많이 받는 병 밑 가운데 부분이 불룩 튀어나오는 것을 확인할 수 있다.

페트병이 담는 음료의 범위가 넓어지면서 웰빙 음료, 맥주 등을 담을 기능성 페트병도 개발되고 있다. 웰빙 음료는 대체로 미생물에 취약하다. 생수는 영양분이 없고 탄산음료는 산성이라 미생물이 자라기 어렵다. 그런데 웰빙 음료는 보통 중성이고 영양분이 있어 미생물이 자라는데도 ‘웰빙’이다.

균을 확실히 죽이기 위해 90℃ 정도의 고온에서 병에 내용물을 넣는다. 그런데 일반 페트병이 물렁물렁해지기 시작하는 온도는 75℃로 90℃에서 무용지물이 된다. 따라서 물렁물렁해지는 온도를 90℃ 이상 끌어올리는 공정이 필요하다. 특히 주입하는 액체가 처음 닿는 병목 부분은 조금만 변형이 생겨도 뚜껑이 꼭 닫히지 않으므로 더 확실해야 한다. 병목 부분은 따로 적외선을 쬐여 온도를 높여준 뒤 서서히 식혀주는 결정화과정을 거친다. 이 과정에서 분자들이 더욱 촘촘하게 배열된 고분자가 얻어지고 겉모습은 불투명한 흰색이 된다.

기체가 드나드는 것을 좀 더 확실하게 차단하는 페트병도 나왔다. 맥주는 이산화탄소가 톡 쏘는 게 제 맛이다. 사람들이 가장 쾌감을 느끼는 병속 압력은 2.5기압. 탄산음료의 경우 미리 3.5기압의 이산화탄소를 넣어 유통과정에서 조금 빠져 나가도 탄산의 느낌을 주도록 한다. 그러나 맥주는 자연발효 과정에서 탄산이 생성되는데 2.5기압 정도밖에 안 된다. 따라서 공기 유입이 완전히 차단되는 페트병이 필요하다. 맥주 패트병은 안팎의 페트재질 층 사이에 기체 차단성이 높은 특수 합성수지 필름이 놓여있다.

세계적으로 페트병 수요는 급증하고 있다. 전 세계에서 일년에 나오는 페트병은 150만t에 이른다. 무겁고 깨지는 유리, 속이 안 보이고 한 번 따면 다 먹어야 하는 알루미늄 캔. 페트병에 익숙해질수록 이런 불편함이 더 거슬린다. 게다가 이제는 담지 못하는 내용물이 거의 없을 정도로 다양한 기능성 페트병이 나오고 있다. 이제 모든 병은 페트로 통하는 게 아닐까. (글 : 강석기 과학칼럼니스트)

이글루 엿보기

이글루를 만들자 ㅣ 과학 그림동화 18
울리 쉬텔처 글 사진, 곽성화 옮김 / 비룡소 / 2003년 12월

과학 그림동화 시리즈다. 이글루를 직접 만드는 모습을 흑백 사진 속에 담아내어 친절한 설명을 곁들였다.

이글루를 튼튼하게 지으려면 적당한 눈을 찾는 것이 가장 중요하다. 눈은 너무 단단하지도, 너무 무르지도 않아야 한다.
눈은 벽돌 모양으로 커다랗게 잘라내서 일렬로 가지런히 세워둔다. 이때 눈벽돌의 무게는 8~12kg이나 나간다.

잘라낸 눈벽돌은 비스듬하게 잘라서 둥글게 쌓아 올린다.

안에서 천장까지 다 막고 나면 눈 속에 갇히고 마는데, 이때 안에서부터 출입구를 내어 기어 나온다. 그리고 남은 눈으로 눈벽돌 사이의 틈을 메운다.

다음엔 잊지 않고 굴뚝을 만드는데, 굴뚝이 없으면 등잔불에 의해 따뜻해진 공기가 밖으로 나가질 않아 천장이 녹을 수 있다.

굴뚝 다음엔 출입구 위에 창을 낸다. 바다에서 건져 온 얼음 조각을 창에 달면 얼음 창문으로 햇빛이 쏟아져 들어와 이글루 안이 바다 속처럼 묘한 청록빛으로 일렁이게 된다. 이 책이 칼라책이었다면 영롱한 햇빛도 같이 보여줄 수 있었을 텐데 유일하게 아쉬운 부분이다.

여기서 끝나는 게 아닌다. 이번엔 현관을 만들어야 한다. 이글루 자체의 크기가 크지 않기 때문에 보조 공간이 필요한 것. 눈벽돌로 이글루 양쪽에 둥글에 벽을 쌓아 굴뚝 없이 마무리를 한다. 현관 덕분에 찬 공기도 못 들어오고 음식, 장화, 부피가 큰 옷가지 등을 보관할 수 있다.

이렇게 해서 마치 누워있는 눈 사람 같은 이글루가 완성된다.

이누이트들은 이글루가 무너져도 수리하지 않고 이동하여 새로 짓는다고 한다. 버려진 이글루는 여름이 되면 햇볕에 녹아 없어진다. 요새는 이누이트들도 일반인과 같은 집을 지어 살지만 그들이 갖고 있는 이글루 짓는 기술은 여전히 전수되는 듯하다. 지혜가 응축된 이런 집이 유지되고 있는 것은 기쁜 일이다. 북극에 가보진 못하지만, 사진으로 보는 이글루 짓는 모습이 신비롭고 재밌다. 그 안의 공기가 따뜻하게 유지되는 원리가 과학적인데 이 책에서는 그 부분이 세세히 묘사되진 않는다. 그래도 별점 다섯이 아깝지 않다.

전집 추천 부탁해요~

여섯 살 조카는 창작동화만 전집을 갖고 있어요. 프뢰벨이구요.

그밖에 제가 사주는 책들이 있기는 하지만 전래동화나 명작동화는 아무래도 전집으로 갖춰야 할 것 같아요.

어떤 출판사 책이 좋은 지 추천 좀 해주세요~

기탄 큰수학 C단계 3집 구매자 100자 평

기탄 큰수학 C단계 3집 - 유아 6세~초등1학년 ㅣ 기탄 큰수학 시리즈 13
기탄교육연구소 엮음 / 기탄교육 / 2004년 8월

여섯살 조카는 너무 쉽다고 하네. 똑똑한 녀석(>_<)

이네이처 파우더 팩트 구매자 100자 평

한불 이네이처팩트 / 시크릿 파우더팩트 / 리필+폼클렌징 / 썬크림4종set - 이네이쳐팩트[초록] 23호 (10,200원)
한불화장품

역시 너만한 파우더가 없더구나...