문원초 5학년 서정우, 노연우, 왕경식 지도교사: 김유래 선생님 산도에 따른 물백묵의 선명도 변화 문원초 5학년 서정우, 노연우, 왕경식 지도교사: 김유래 선생님

연구 동기 수업시간에 선생님께서 물백묵으로 쓰신 글씨가 때로는 보이지 않을 때도 있어 물백묵의 선명도에 대해 알아보고자 하였다. 시중 물백묵은 장시간 사용 시 선명도가 높지 않은데, 물백묵의 선명도를 장시간 유지시킬 수 있는 첨가물을 찾아보고자 하였다.

이론적 배경 원리 - 물백묵은 사람이 물백묵을 흔들 때 구슬이 흔들리면서 용액이 스펀지를 통해 펜촉으로 나온다. 평소에는 매질이 굳어 있다가 흔들릴 때 액상으로 녹아 나온다. 구성성분 비율 역할 에탄올 50% - 물백묵의 용매로써 염료와 다른 성분들을 녹여 점도를 조정하여 필기가 될 수 있도록 함 이소프로필알코올 5% 레진 10% - 점도를 조절하고 지움성에 영향을 줌 - 수지 함량이 많으면 점도가 상승하여 필기가 되지 않고 수지 함량이 적으면 점도가 낮아 지움성이 떨어짐 티타늄 디 옥사이드 25% - 흰색 안료로 물백묵이 선명한 하얀색을 내도록 함 가소제 - 영업비밀로써 성분 파악 불가 사용 순간 칠판 표면에서 물백묵과 분리 → 사용된 물백묵 글씨를 용이하게 지울 수 있도록 함

가설 물백묵 용질과 극성이 동일한 용매를 사용해야 가필성이 높은 물백묵이 나온다. 산성 용액과 쉽게 반응하여 녹는 물백묵의 성질을 활용하면, 보다 명도가 높은 물백묵을 만들 수 있다.

연구 기간 연구 기간: 2013년 6월 12일 ~ 9월 28일 연구 내용 착수일 종료일 물백묵에 대한 문헌조사 6월 12일 6월 19일 물백묵에 대한 성분조사 및 전문가 면담 6월 26일 7월 5일 용매 성질 알아보기 7월 22일 7월 28일 여러 가지 첨가물 넣어보기 8월 12일 8월 28일 3가지 색깔의 물백묵 보충액에 레몬즙과 식초 넣기 9월 13일 9월 21일 상기 내용에 대한 보고서 작성 9월 23일 9월 28일

실험 설계(실험 1) 실험 과정 5개의 시험관에 같은 양의 에탄올을 넣는다. 이소프로필알코올 식초(약pH3.5) 사이다(약pH4.5) 글리세린(약pH5.5) 참기름(약pH5.5) 우유(약pH6.8) 시험관 5개 실험 과정 5개의 시험관에 같은 양의 에탄올을 넣는다. 각 시험관에 식초, 사이다, 글리세린, 참기름, 우유를 각각 넣고 섞는다. 각 시험관에 다시 이소프로필알코올을 첨가한다.

실험 1 종류 식초(극성) 사이다(극성) 참기름(무극성) 글리세린(무극성) 우유(극성) 에탄올 섞임 분리 조금 섞임 응고 이소프로필 알코올

실험 설계(실험 2) 실험과정 4개의 시험관에 각각 5 ml의 물백묵 보충액을 담는다. 식초(약pH2.5) 사이다(약 pH4.5) 글리세린(약pH5.5) 시험관 4개 실험과정 4개의 시험관에 각각 5 ml의 물백묵 보충액을 담는다. 3개의 시험관에 식초, 사이다, 글리세린을 1 ml 씩 첨가한다. 용액을 섞은 후 면봉으로 선과 점 두 개를 3cm 간격으로 찍어 거리를 점점 멀리하며 사진을 찍어 선명도를 비교한다.

실험 2 7m 8m 9m 10m

실험 2 ※ 육안상 선명도 식초는 10m까지, 사이다는 8m까지, 글리세린은 4m까지 선명도가 유지되는 것으로 나타남 물백묵 + 식초 물백묵 + 사이다 물백묵 + 글리세린 선명도 1번째 2번째 3번째 ※ 육안상 선명도 식초는 10m까지, 사이다는 8m까지, 글리세린은 4m까지 선명도가 유지되는 것으로 나타남

실험 설계(추가실험) 물백묵 보충액 식초(약pH2.5) 레몬즙(약pH2.5) 실험 과정 2개의 시험관에 각각 5ml의 물백묵 보충액을 담는다. 각 시험관에 식초, 레몬즙을 1ml씩 첨가한다. 10cm 길이로 선을 그려 비교한다. (실험의 정확성을 위해 위와 같은 실험을 노란색, 파란색, 빨간색 물백묵 보충액으로 반복해서 실험한다. )

추가실험 물백묵 물백묵 + 레몬즙 물백묵 + 식초 파란색 노란색 빨간색

결과 분석(실험 1) 실험에 사용된 에탄올, 사이다, 식초는 극성, 글리세린은 무극성이다. 극성인 사이다, 식초는 물백묵의 주성분인 에탄올(극성)과 잘 섞인 결과를 보였다. 무극성인 글리세린은 오랜 시간 저은 후 조금 섞였다. 같은 무극성 물질인 참기름은 전혀 섞이지 않은 결과를 보였다. 이는 극성에 따른 저조한 혼합도 외에 비중, 고형분 이물질 등 여타 요인에 의해 전혀 섞이지 않는 것으로 판단된다. 특이사항 우유를 에탄올과 이소프로필알코올에 넣었더니 응고 현상이 나타났다. 실험 후 조사 결과 단백질은 에탄올과 만나면 응고하게 된다는 점을 확인했다.

결과 분석(실험 2와 추가실험) 선명도 식초의 선명도가 제일 높았고 사이다가 두 번째, 글리세린이 마지막 순이었다. 이는 글리세린이 대체적으로 부드러워서 제일 잘 나올 것이라 예상한 실험 전 예측을 벗어나는 결과였다. 실험을 통해 알 수 있듯이 식초(약pH2.5)나 레몬즙(약pH2.5)처럼 산성이 강한 첨가물을 물백묵에 넣었을 때 물백묵 자국이 더 선명해지는 효과가 생겼다. 결과 분석 단계에서 시중 화이트닝 치약이나 미백 화장품이 높은 산도로 인해 법률상 규제를 받는다는 점을 확인하였다.

동일한 극성을 지닌 용매를 사용함으로써 혼합도와 반응성이 우수한 물백묵을 만들 수 있다. 결론(실험 1) 동일한 극성을 지닌 용매를 사용함으로써 혼합도와 반응성이 우수한 물백묵을 만들 수 있다. 극성 용매에 대하여 극성 물질만 반응한다는 점을 실험 결과를 통해 확인할 수 있었다. 따라서 에탄올과 같은 극성 용매를 사용할 때 극성 첨가물을 활용, 반응성이 우수한 물백묵을 만들 수 있다는 결론을 도출하였다.

산도가 높은 첨가물을 통해 물백묵 색상의 선명도를 극대화시킬 수 있다. 결론(실험 2) 산도가 높은 첨가물을 통해 물백묵 색상의 선명도를 극대화시킬 수 있다. 첨가물의 산도와 물백묵의 선명도가 대체로 비례한다는 점을 확인하였다. 이를 통해 높은 산성이 염료와의 반응성을 높여 채색 효과를 두 드러지게 한다는 결론을 도출하였다. 비슷한 산도의 다른 첨가물을 통한 실험 시 유사한 선명도를 나타내는 결과를 통해 산도 외의 다른 요인은 물백묵 선명도에 큰 영향을 미치지 않는다는 점 역시 함께 확인할 수 있었다.

저희의 실험에 도움을 주신 선생님, 친구, 가족 여러분 감사합니다