일반적인 일회용 핫팩의 사용법은 다들 알다시피 흔들어서 사용하면 되는데, 여기서 질문! 대체 핫팩 안에는 무엇이 들었길래 흔들면 따뜻해지는 것일까? 그럼 오늘은 겨울철 필수품, 핫 팩의 원리에 대해 함께 알아보도록 하자!

핫팩, 언제부터 사용된 걸까?

핫팩을 처음 발명한 사람은 일본의 니치 마토바로 알려져 있다. 핫팩은 1912년 지금과 동일한 형태인 부직포 주머니에 쇳가루와 촉매를 넣어 만들어졌는데 이 핫팩은 1923년 특허출원을 했으며, 지금도 비슷한 형태의 핫팩으로 사용되고 있다.

핫팩이 따뜻해질 수 있는 비밀은 철?

일회용 핫팩은 부직포 주머니에 가루가 들어 있는 형태가 일반적이다. 핫팩은 꺼내어 흔들거나 주무르면 열이 발생하기 시작하고, 3~4시간 정도 열이 지속된다. 핫팩은 제품에 따라 40도에서 60도까지 열을 발생시키기 때문에 겨울이 시작되면 핫팩을 미리 챙겨 두는 사람들이 있을 정도로 겨울 필수품으로 자리 잡은 지 오래다. 그렇다면 핫팩은 어떤 원리로 따뜻한 열을 발생시키는 것일까? 답은 바로 핫팩 안에 있는 철가루에 있다.

핫팩 안에 들어 있는 철은 공기와 접촉하면 점차 산화되기 시작하는데, 이 과정에서 1g당 1.69kcal의 열이 발생한다고 한다. 일반적인 철의 산화는 아주 천천히 진행되기 때문에 열이 발생하는 것을 느끼기 어렵지만, 손난로 안에 들어 있는 철은 가루 형태로 조금만 흔들어주어도 빨리 산화되고 그 과정에서 온도가 급격히 높아지게 되는 것이다.

특히 핫팩에 들어 있는 가루들은 아주 곱고 미세한데, 핫팩을 흔들면 주머니 밖 외부 공기와 만나면서 빠른 속도로 철가루가 산화될 수 있기 때문이다. 또한 핫팩에는 탄소가루와 소금, 물 등이 포함되어 있는데, 이러한 물질들은 산화가 빨리 이루어지도록 돕는 촉매 역할을 해 손난로가 더욱 더 빠르게 열을 낼 수 있도록 도와준다고 한다. 이렇게 미세한 철들이 들어간 핫팩은 사용 전에 공기가 잘 투과되지 않도록 포장해서, 제품을 운반하거나 보관할 때 산화 반응이 일어나지 않도록 한다.

핫팩의 수명을 늘리는 방법?

핫팩을 한번 쓰기에 너무 아쉽다면 이 방법을 써보자! 단, 완전히 산화된 철은 원래의 상태로 돌아갈 수 없어 차갑게 식은 핫팩은 재사용이 불가능하다. 아쉽지만 온기가 사라지고 있는 미지근한 온도의 핫팩만 심폐소생이 가능하다는 점을 참고하자.

미지근해진 핫팩을 따뜻하게 하기 위해선 공기에 노출되지 않도록 하는 것이 중요한데 사용한 핫팩이 완전히 식기 전에 지퍼백에 넣어 밀봉을 해야 한다. 만약 지퍼백이 없다면 밀폐 용기나 비닐봉지에 넣어 산소를 완벽하게 차단해 주는 것이 포인트! 이렇게 공기에 노출되지 않도록 해준 핫팩은 다시 사용할 때 꺼내서 흔들어주면 다시 따끈따끈하게 사용이 가능하다. 그리고 한 가지 더 잊지 말아야 할 것! 차가워진 핫팩은 재활용이 아니라 종량제 봉투에 담아서 배출해야 한다.

오늘은 따뜻한 온기를 핫팩의 원리에 대해 알아보았다. 설마 했지만, 핫팩에도 철가루가 들어간다는 사실에 철의 중요성을 다시 한번 느낄 수 있었다. 추워지는 날씨, 없어선 안되는 머스트 아이템으로 자리잡은 핫팩! 이번 겨울도 핫팩과 함께 안전하고 따뜻하게 보내보자.

STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

요즘처럼 추운 날씨에는 주머니 속 핫팩 하나가 넘나 소중 하죠. 여러분은 어떤 핫팩을 주로 사용하나요? 말랑말랑한 액체 ‘아세트산나트륨’이 들어 있는 얇은 플라스틱 주머니 핫팩, 스마트하게 진화한 USB 충전식 손난로, 그리고 가루가 들어있는 1회용 주머니 핫팩 등, 요즘은 핫팩도 종류가 다양해요.

이 중 가장 많이 쓰이는 핫팩은? 바로 가루형 핫팩이래요. 사용하기에 간편하면서도 따뜻하고, 가격도 저렴하기 때문에 시중에서 가장 많이 팔린다네요. 다들 핫팩을 쉐킷쉐킷~ 흔들어서 따뜻하게 손을 데워봤죠? 그런데 그렇게 핫팩을 흔들다 보면..킁킁 왠지 철 냄새가 나지 않았나요? 이 핫팩에 들어 있는 재료가 바로 ‘철가루’거든요! 그렇다면 또 포스코 뉴스룸에서 파헤쳐 보지 않을 수 없겠죠? 호주머니 속 든든한 손난로, 핫팩에 숨겨진 철의 비밀을 소개해드릴게요~

l 몇 초만 흔들면 따뜻해지는 핫팩의 비밀, 철(Fe)의 산화 발열 반응!

겨울철 빼놓을 수 없는 필수품인 핫팩. 비닐 포장을 뜯은 뒤 핫팩을 흔들거나 주무르면 뜨거운 열이 발생하고, 그 열은 최대 12시간 지속되죠. 호기심이 남다른 친구라면 핫팩을 뜯어서 내용물을 확인하기도 했을 거예요. 그 안에 무엇이 들어 있던가요? 바로 철가루! 정확히는 철가루, 소금, 활성탄, 톱밥, 질석 등이 들어 있어요.

엥? 철이 열을 낸다고? 당연히 가만히 있는 철이 저절로 열을 내지는 않아요. 따뜻함의 비밀은 바로 철가루가 녹스는 현상에 있답니다. 철가루는 공기와 만나면 ‘철(Fe)의 산화 발열반응’이 일어나면서 녹이 슬게 되는데요. 이때 발생하는 열로 핫팩이 뜨거워지는 거에요. 하지만 철이 공기와 만난다고 해서 바로 녹스는 게 아니죠. 그래서 소금과 활성탄으로 구성된 촉매제가 함께 들어있는 거랍니다. 산화 시간을 줄여서 불과 몇 분 만에 핫팩의 온도가 30~70℃까지 높아질 수 있어요. 톱밥과 질석은 이 열을 지켜주는 단열제의 역할을 하고요.

핫팩에 들어있는 가루들은 아주 곱고 미세해요. 그래서 핫팩을 흔들면 주머니 밖 외부 공기와 만나면서 빠른 속도로 철가루가 산화될 수 있어요. 우리가 보통 물에 무언가를 녹일 때, 덩어리보다 가루가 빨리 녹는 것을 알 수 있죠? 마찬가지로 미세한 가루들도 화학반응이 빨리 일어난답니다. 이러한 핫팩은 사용 전에 공기가 잘 투과되지 않도록 포장해서, 제품을 운반하거나 보관할 때 산화 반응이 일어나지 않도록 하고 있어요.

▲ 이렇게 녹슨 철은 아주 아주 오랜 시간 공기(산소)에 노출된 철이랍니다.

l 핫팩의 비결 산화 반응, 주변에서 쉽게 볼 수 있을까?

그런데 철의 산화 반응을 듣고 의문이 생긴 친구들도 있을 거예요. “그럼 녹슨 철은 다 따듯한 거예요? 녹슨 거 만져도 차가운데요?” 하고 말이죠. 우리 주변의 못 같은 철 제품에 녹이 생기는 것도 산화 반응이고, 그 과정에서 물론 열이 발생합니다! 하지만 우리 생활 속에서 일어나는 철의 산화 현상은 주로 ‘아주 천천히’ 진행돼요. 그래서 우리가 그 열을 인식하기가 어렵죠.

l 한 번 사용한 핫팩, 다시 쓸 수 있을까?

핫팩 속 철가루는 발열 후 산화철로 바뀌는데요. 완전히 녹슨 상태가 된 철은 더 이상 산화 반응을 일으키지 않아요. 그래서 일회용 핫팩인 거죠!

그럼 일회용 핫팩을 좀 더 오래~ 잘~ 사용하기 위한 팁은? 첫째로 제조일자가 최근인 제품을 고르는 것입니다. 최근에 생산한 제품일수록 공기 접촉 가능성이 낮기 때문이죠. 두 번째로는 핫팩을 사용하지 않을 때 지퍼백과 같은 밀폐된 용기에 넣어두는 거예요. 철을 필요할 때만 산소에 노출하면 산화를 늦춰 사용 시간을 연장할 수 있어요.

오늘은 일상 속 따뜻한 철, 핫팩 속에 숨겨진 비밀에 대해 알아봤습니다. 요즘처럼 추운 날씨에 없어선 안 될 존재로 철의 중요성을 다시 한번 느낄 수 있었는데요. 남은 겨울 주머니 속 철과 함께 따뜻하게 보내시길 바라겠습니다. 아는 만큼 보이는 철 이야기, 스틸톡의 다음 스토리도 기대해주세요~!

* 도움말 주신 분: 포스코 자동차소재연구소 자동차소재표면연구그룹 김영하 수석연구원