겨울철에 사용하는 손난로와 핫팻 원리
추운 겨울철에 차가운 손발이나 꽁꽁 얼어붙은 몸을 간편하게 녹일 수 있는
손난로, 일명 핫팩(hot pack). 사용해 본 사람은 누구나 한 번쯤 손난로가
어떻게 따뜻해지는지 궁금해할 법도 합니다.
보통 사용하는 손난로는 흔들어보면 그 안에 분말이 들어 있는 것을 알 수 있는데요,
그 안에서 어떤 일들이 벌어지는 걸까요?
손난로의 종류
먼저 손난로의 종류로는 크게 3가지로 나눌 수 있는데, 흔히 사용하는 부직포 파우치에
특정 물질을 넣어 산소가 통하지 않도록 밀봉한 손난로와 액체 상태의 손난로,
전기를 이용한 손난로입니다.
쓰임에 따라 형태도 디자인도 다양하여 자신에게 맞는 손난로를 구입하여
외출 시 많이 찾는다고 하는데요,
각각의 원리를 간단히 알아보았습니다.
1. 부직포 파우치 손난로(흔들거나 붙이는 손난로)
손난로가 따뜻해지는 원리를 간단히 설명하면, 철(Fe)과 산소(O2), 물(H2O)이
화학 반응(chemical reaction)을 일으켜 수산화제이철이 되는 과정에서
열이 발생하는 것으로 '산화발열반응'을 이용한 것이죠.
2 Fe + O2 + 2 H2O → 2 Fe(OH)2
그래서 포장지로 밀봉되어 있을 때는 반응이 없었던 것입니다. 사실 이와 같은 반응은
우리 주변 어디서나 찾아볼 수 있습니다. 예를 들면 산화반응의 일종으로
쇠못이나 철판이 녹이 슬어 있는 걸 본 적이 있을 텐데요, 열은 나지 않았습니다.
원래는 쇠못이나 철판이 녹이 슬 때에는 열이 발생한다고 합니다.
단지 그 속도가 현저히 느려서 열기를 느끼지 못할 뿐이죠.
그래서 부직포 파우치 손난로는 미세한 분말 상태의 철 가루를 사용해 녹이 스는 속도를
인위적으로 빠르게 하고, 그 덕분에 일반적으로는 느낄 수 없는
열을 느낄 수 있게 한 것입니다.
이 손난로는 폴리에틸렌을 코팅한 부직포에 철 가루를 포함한
활성탄, 소금, 수분 등을 넣어서 제작하는데요, 파우치로 쓰이는 부직포는 표면에
무수히 작은 구멍이 나 있어 산소가 드나들 수 있게 했는데, 이 산소가 부직포 안의
재료들과 함께 산화 작용을 거쳐 발열이 생기는 것입니다.
철 가루의 입자가 고울수록 발열이 매우 빠르고 지속시간이 길어질 수 있다고 하네요.
단, 일회용이라는 게 좀 아쉽죠.
2. 똑딱이 손난로
한 번 충격을 가하면 하얗게 변하면서 열을 발생시키는 손난로를 아시나요?
이 제품은 화학반응을 이용한 제품으로 아세트산 나트륨(Sodium acetate)이라는
물질을 활용해서 만든 것인데요, 평소에는 액체 상태의 과냉각 상태로 있다가
충격을 주면 고체로 변하면서 응결 에너지를 외부로 방출 시키면서
열을 내는 원리를 이용한 것입니다. 열을 한 번에 방출하기 때문에
장시간 사용이 불가능하지만, 녹는점이 58℃로 뜨거운 물에 넣으면 다시
액체 상태로 변하여 재사용이 가능한 장점이 있습니다.
Note ;
아세트산나트륨을 이용한 주머니 난로를 만들기 위해서는
우선 아세트산나트륨을 구해야 한다.
아세트산나트륨 대신 티오황산나트륨( Sodium thiosulfate, Na2S2O3)을 사용하긴 하지만
반응이 좋고 더 많은 열을 내는 것은 아세트산나트륨이다.
출처: 주주 기프트 쇼핑몰
Sodium acetate를 이용한 액체 손난로 만드는 방법
1. 아세트산나트륨 100g을 비늘 봉투에 넣는다.
2. 물 12ml를 스포이드를 통해 넣고 나서 잘 저어준다.
3. 똑딱이 또는 클립을 봉투에 넣고 열 봉합기로 입구를 밀봉한다.
(열 봉합기가 없는 경우 다리미나 고데기로 봉합한다.)
4. 봉투를 물에 넣고 용액이 투명해 질 때까지 중탕 가열한다.
5. 완전히 다 녹은 것을 확인했으면 밖으로 꺼내 두고 식힌다.
6. 완전히 식으면 용액 속에 있는 똑딱이를 여러 번 꺾어 본다.
제조시 주의할 사항
- 봉투를 봉합할 때 새지 않게 주의한다. - 화기를 사용할 경우 특별히 주의 요망.
3. 충전식 손난로
최근 들어 점점 증가하는 추세인 보조배터리와 열선의 조합인 손난로가 있습니다.
배터리 용량이 크면 클수록 장시간 사용이 가능하고 제품에 따라 10시간 이상도
가능하다고 하는데요, 각종 제어 센서를 통해 온도 조절이 가능한 제품도 있으며,
배터리 충전을 통해 재사용이 가능합니다.
거기다 조명이나 보조배터리 역할도 가능해 휴대폰이나 다른 전자기기도
충전할 수 기능이 포함된 제품도 많아졌습니다.
다만 가격이 다른 손난로에 비해 비쌉니다.
생활속에 많이 사용되는 손난로의 원리를 알아보면서 다양한 손난로를 보게 되었는데요,
정말 양이 어마어마해서 어떤 게 좋은지 모르겠어요~ 오래 사용하고자 하면..
충전식도 좋은 거 같고, 자주 쓰지 않는다면 일회용도 괜찮을 것 같아요.
부직포 손난로의 경우에 재사용에 대한 연구가 있으면 어떨까 ? 생각해 봅니다.
또, 부직포 손난로를 사용하면서 어렴풋이 산소와 만나지 않으면 반응이
없다는 것은 알았지만, 부직포의 구멍을 통해 산소와 만나는 철과의 산화작용을
이용한 것인지는 이번에 다시 알게 되는 계기가 되었던 것 같습니다.