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나일론섬유

섬유세계를 뒤흔든 나일론의 발명

화학의 연구가 진행됨에 따라 인간은 명주와 같은 아름다운 실을 만들고자 하는 염원이 더해갔다. 비단은 누에가 뱉어 낸 끈끈한 액이 공기 중에서 굳어진 것이므로, 그와 같은 인공의 액을 만들어 내면 된다는 생각에서였다.

처음엔 식물 세포막의 주성분인 셀룰로즈를 초산과 유산의 혼합액에 담가 만들어지는 니트로셀룰로즈를 다시 에테르와 에틸알콜의 혼합액에 용해한 것으로 얇게 칠해 말리면 막이 만들어지는 성질을 가진 콜로지온이라는 물질에 주목했다.

T. 에디슨의 협력자였던 J. 스완은 전구의 필라멘트를 만들려고 콜로지온을 연구하다 가는 관을 통과한 콜로지온을 약품으로 처리하여 실과 직물을 만들어 냈다. 이 인조 견사는 1885년 런던에서 개최된 발명 박람회에서 대단한 주목을 끌었다. 파스퇴르의 제자인 H. 샤르도네 역시 1884년 콜로지온으로 인견을 만드는 특허를 얻어, 1889년 파리에서 열린 만국 박람회에 이 레이온을 출품해 화재를 뿌리고, 레이온을 생산하기 시작했다. 그러나 샤르도네의 레이온은 불에 타기 쉬워 생산이 일시 중단되기도 하였다.

1892년 영국인 C. 크로스와 E. 베벤은 비스코스를 이용해 섬유를 만드는 다른 방법을 생각해 냈고, 1904년 비스코스 레이온의 대량생산이 가능하게 되었다.

당시의 레이온과 같이 자연계에서 만들어진 분자를 이용해 섬유를 만드는 것과 달리, 인간의 손으로 고분자를 만들겠다고 나서게 되었는데, 듀퐁사에서 고분자로 이루어진 합성 고무를 만들어 내는 데 성공한 W. 카로저스가 고분자로 형성된 합성섬유를 만들게 되었다. 카로저스는 비단을조사하여 이것이 카르복실기(基)를 함유한 카르본산(酸)과 아미노기(基)를 함유한 아민으로 이루어진 고분자라는 것을 밝혀 내었고, 카로저스는 연구소에 있는 카르본산과 아민을 계통적으로 결합해 본 뒤 마침내 카르본산의 일종인 아지핀과 아민의 일종인 헤키사메치렌지 아민과의 조합이 자신이 찾고 있던 것이라는 사실을 알게 되었다.

이렇게 해서 석탄과 물과 공기로 만들어진다고 하는 나일론이 발명된 것이다.

1938년 10월 27일, 듀퐁사는 거미줄보다도 가늘고 강철보다 질긴 나일론을 만들었고 대량생산에 착수, 1940년에는 최초로 나일론 양말이 판매되었다.

나일론사의 종류

SD, BRT, SPK란?

화학섬유에서는 광택을 나타내는 의미로, 광택의 정도에 따른 분류를 하고 있다, 이 때, 광택을 조절하는 방법 중 하나인 소광제(消光劑) 이산화티타늄(TiO2)이 들어 있는 양에 따라 나뉘게 된다.

광택이 거의 없는 FD(Full Dull), 광택이 약간 있는 SD(Semi Dull), 광택이 많이 있는 BRT(Bright)로 크게 구분한다. 또한 섬유의 단면형태를 삼각, Y형 등으로 변화시킴으로써 빛의 굴절을 이용하여 광택을 조절한 방법으로, 일반적인 둥근 형태보다 광택이 많이 나면서 반짝거리는 고광택의 SPK(Spark)가 있다. 이는 BRT보다 고광택 소재이다.

소광제의 함량을 살펴 보면, FD는 0.4~0.5%, SD는 0.1~0.3%, BRT는 소광제가 들어 있지 않다. 다만 BRT는 경우에 따라서 0.1%미만의 소광제가 들어 있기도 한데, 광택의 차이는 없다. 소광제로 쓰이는 이산화티타늄은 광택조절 이외에 내구성을 행상시키는 기능이 있다. 또한 공업적으로는 화학섬유 이외에 플라스틱, 제지, 고무, 페인트, 잉크, 화장품 등 백색안료로 사용되기도 한다, 특히 얇은 종이에 양면인쇄를 해야 하는 사전류의 경우, 이산화티타늄을 사용하지 않으면 앞뒷면이 서로 비쳐 글씨를 식별할 수 없게 된다. 80년대 중반 폴리에스터 제품에 파스텔조의 제품이 선풍적인 인기를 끌었던 것으로 기억한다. 이는 제품의 외관이 파스텔을 칠한 것처럼 색조가 은은하게 발현되도록 광책 및 색상을 조절한 것이다. 나일론 섬유의 경우 고기능성으로 요구하는 산업용의 경우를 제외하면, 일반적인 경우 광택이 없는 제품이 추세이다.

나일론사의 분류

섬유형태에 따른 분류

① 모노 필라멘트 : 한 가닥의 연속 필라멘트를 말한다.
② 필라멘트사 : 둘 또는 그 이상의 연속 필라멘트가 꼬임이나 기타의 방법에 의하여 결합 또는 접합되어서 된 사(絲)를 말한다.
③ 스테이플 : 다수의 연속 필라멘트의 다발을, 원하는 길이로 절단한 일정 섬유장의 섬유를 말한다.

제조방법에 따른 분류

제조방법에 따라 원사(原絲)와 가공사(加工絲)로 구분할 수 있고, 이들은 또다시 각각 세부적으로 분류된다.

* 원 사
① FOY(Full Oriented Yarn) : 완전 연신된 원사로, 직물이나 편물에 직접 사용할 수 있는 제품이다. 용도에 따라서 스타킹 커버링사에 사용되는 10~30데니어의 細데니어, 40~70데니어로 주로 경편이나 환편용에 사용하는 편직물용과 70데니어 이상으로 직물용에 사용되는 일반용사, 유연한 편직물용으로 사용되는 모노 필라멘트가 약 1데니어 이하인 극세사(Micro Fiber), 폴리에스터 원료로 함께 방사하여 염색 등에 특수한 효과를 나타나는 복합사, 가방이나 어망 등에 사용되는 주로 210데니어 이상인 고강력 원사로 구별할 수 있는 산자 어망용 등으로 나눌 수 있다.

② POY(Partially Oriented Yarn) : 예비 배향사, 부분 연신사 또는 반연신사라고 불리워 진다. 보통의 방사속도로 방사된 것은 3~4배로 연신을 해주어야 사용할 수 있다. 그러나 방사속도가 3,500m/min 전후가 되면 자연적으로 상당한 연신이 이루어지기 때문에 이것을 POY라고 부른다. 이 POY는 약 1.5배만 연신해도 종래의 사와 같은 물성을 얻을 수 있어, 주로 가공사의 모사(母絲)로 사용된다. 가공사(Texturized Yarn)를 만드는 보통방법은 방사-연신-가공의 세 공정을 거치지만, POY를 사용하게 되면 연신과 가공을 한 공정에서 할 수 있어(Draw Texturizing), 생산원가를 낮추는 등의 이점이 있다. POY와 가공사는 이렇게 상호연관되어 있어서, 보통 POY-DTY(Draw Texturized Yarn)라 표기하기도 한다.

* 가공사
① PTY(Producer Texturized Yarn) : 세데니어(40이하)로, 스타킹에 사용된다.
② 스트레치사(Stretch Yarn) : 70 및 100데니어로, 양말 등의 신축성을 지닌 편직물의 소재로 사용된다.
③ ATY(Air Texturized Yarn) : 고압공기로 교락을 줌으로써 면과 같은 외관 및 촉감을 부여하여, 의류용(140데니어) 및 가방 등의 산자용(1,000데니어)으로 사용된다.
④ 스판덱스(Spandex) : 폴리우레탄이라는 고분자로 제조된 고탄성사로 스타킹, 양말, 수영복 등 용도에 따라 다양하게 적용된다.
⑤ 나일론 BCF(Bulky Continuous Filament) : 카페트에 사용되는 가공사이다.
⑥ 고강력 폴리에스터사 : 자동차 타이어코드지, 좌석벨트 등의 특수한 용도로 사용된다.
⑦ 나일론 스테이플 화이버(Staple Fiber) : 부직포 및 휄트 등에 사용되고 있으며, 극세사 및 원착사가 개발되어 고부가가치를 올리고 있다.

나일론 기능성 신소재

예로부터 섬유소재로 마(魔), 양모(羊毛), 면(綿), 견(絹) 등의 천연소재는 장기간에 걸쳐서 사용되어 왔다. 마는 8,000년 전에 이집트에서, 양모는 6,000년 전에 메소포타미아에서, 면은 5,000년 전에 인더스에서, 실크는 4,700년 전에 중국에서 이미 사용되었다고 알려지고 있다.

수천년 이상의 역사를 갖고 있는 이러한 천연섬유에 비해, 나일론 및 폴리에스터 등의 합성섬유는 약 50년, 레이온 등의 재생섬유는 약 100년의 짧은 역사를 갖고 있다. 합성섬유는 여러 종류의 특징을 갖고 있음에도 불구하고, 천연섬유에 오랜 세월동안 길들여져 온 인간에게 있어서 그 결점은 우려되는 것이다.

합성섬유의 역사는 그 특징을 가능한 한 살리면서 결점을 해소하는, 즉 천연섬유의 특징을 부가하는 과정이었다. 그 작업은 지금도 계속되고 있으며, 여러 종류의 기능을 부가시켜 감으로써 합성섬유에 큰 변화가 일어나고 있다. 그것은 합성섬유의 특징을 늘리면서 합성섬유류밖에 할 수 없는 제품을 만들려고 하는 움직임이다.

그 중 하나는 의류용을 중심으로 한 기능성 소재의 개발이다. 기능성 소재에 대해서는 쾌적상품, 위생ㆍ건강상품, 오락상품 등이 각광을 받고 있다.

그에 대해 간략히 소개하면 다음과 같다.

최근 폴리머로 만든 섬유가 많이 개발되고 있고, 고차가공기술, 그 중에서도 특히 염색.마무리공정에서의 기능부여 기술을 구사한 신상품의 비중이 커지고 있다. 염색, 마감공정에서 기능성을 부여한다고 하는 것은, 원사에는 없고 텍스타일이 그 대상이 되는 것이 많다. 텍스타일에서 요구되는 기능으로서는 제전성, 오염방지성, 방수성, 발수성, 발색성 등이 대부분이고, 이러한 고기능화가 향후에도 요구되어질 것으로 보인다. 한편, 새로운 흐름으로서 쾌적성 및 위생.건강을 추구하는 가공, 소비생활의 윤택함을 반영한 가공도 있다.

기능성 소재의 기능을 쾌적.편리성.위생.건강.안전성.감성.심미성.내구성 기타의 5가지로 분류하여 <표 1>에 정리했다.

기능성 소재

쾌적,편리성 기능
오염방지,흡수(땀),흡온,방수투습, 통기,발수,발유,보온,축열 방풍,향기

위생,건강기능
진드기방지,항균방취,소취(냄새제거)자외선차단,피부염방지

안전성기능
제전, 도전,난연, 방염,마찰난용융 내압,내한

감성,심미성기능
외관,광택,발색성,가역변색,볼륨 드레이프,터치,스트레치,구김

내구성, 기타
항필,구김방지,접착성

1.첨단 축열,보온섬유

축열,보온섬유는 열에너지를 축적시킨 후 이를 인체로 재방사하여 온도의 상승을 가져오게 함으로써 따뜻함을 느끼게 하는 동시에 인체의 充血작용을 통해 생체리듬을 활성화시키는 소재이다.

국내에서 최초로 개발된 축열섬유인 "솔라리나"는 태양광을 섬유가 흡수, 축적시킨 다음, 이를 열에너지로 전환, 인체에 방사하는 신소재이다. 축열보온섬유는 태양열을 흡수, 체온의 적외선 단열효과 등으로 일반직물에 비해 4∼5도 정도의 보온효과를 부여하게 된다.

그 이론적 배경은 다음과 같다.

의류용에 적용할 수 있는 원적외선 세라믹은 불투명하여 빛의 통과는 거의 없고 일부는 반사하며, 나머지는 흡수하여 재방사하는 특성을 가지고 있다. 이중 효율이 아주 우수한 것을 선택하는데, 이에 대한 척도는 방사율로 나타내며, 실용적으로 쓸 수 있는 것들은 방사율이 90이상이 되는 것으로 알려져 있다.

특히 축열용으로 많이 사용되는 지르코늄(ZrC)은 태양광의 95%인 적외선, 가시광선 이상의 단파정 영역에서는 흡수율이 높은 이상적인 물질로 알려져 있다. 축열현상은 일반적으로 광의 95%를 의복에서 흡수, 에너지 변환을 하여 원적외선으로 방사하게 되는데, 이 원적외선 영역에서는 반사율이 높아 의복내에서 에너지가 축열되는 현상이 일어나게 된다.

또한 사람의 인체는 10㎛ 부근의 원적외선을 방사하는데, 이때 같은 파장을 내는 물체를 가까이 했을 때에는 공명현상이 일어나게 된다. 그때 열이 발생되고 인체에는 혈액을 증진시키기도 한다.

⊙ 방사율; 전체 받은 양의 빛이 100이라 할 때 10은 통과, 30은 반사되고 나머지 60은 흡수되었 다가 재방사 되었다면 방사율은 60이 된다.

2. 도전성 합성섬유

두 종류의 물체를 마찰시킬 때, 정전기가 발생한다는 것은 오래 전부터 잘 알려져 왔다. 양모, 견, 면과 같은 천연섬유에도 정전기가 발생한다는 사실은 알고 있었지만, 섬유에 있어서 대전의 문제가 중시되게 된 것은 최근 소수성 합성섬유가 의류로서 널리 사용되면서부터이다. 이에 섬유자체에 도전성을 부여해 마찰에 의한 정전기를 방전, 전기적으로 중성상태를 유지시키는 도전성 합성섬유를 개발한 바 있다.

효성의 "에코론"은 정전기를 방지할 수 있는 개질제를 방사공정 중 투입하여, 섬유자체에 도전성 부여는 물론 영구도전성을 부여하고, 합성섬유의 단점인 정전기 발생을 억제한 기능성 섬유이다. 안감지, 란제리, 특수작업복(무진의), 무진장갑, 무진언더웨어, 카페트 제전 백필터 등에 사용되고 있다.

3. 보온성 및 경량감이 뛰어난 중공섬유

고도의 일반방사기법에 의해 경량ㆍ보온소재인 나일론 중공사를 개발한 바 있다. 중공섬유의 단면은 섬유의 밀도를 낮추어 무게를 20%까지 줄일 수 있으며, 줄인 무게는 공기로 대체되어 우수한 보온 효과를 나타내줄 뿐만 아니라, 비중 1 이하의 제품전개가 가능해 나일론 최초의 물에뜨는 신제품전개가 가능해졌다

나일론 중공사는 경량, 보온성 소재로 특유의 볼륨감과 은은한 광택을 특징으로 한다. 즉, 중공사는 원사의 중심이 비어 있으므로 겉보기 섬도에 비해 중공율만큼 가볍고(10∼60%) 중공 형성부분을 단열성이 뛰어난 Dead Air로 채우고 있기 때문에 열차단 효과가 뛰어나 높은 보온력을 지니게 된다. 또한 외력에 대해 불규칙적으로 변형되기 때문에 굽힘감성을 가지고, 중공터널로 인해 난반사에 의한 은은한 광택을 나타낸다.

섬유 시장의 최근 추세가 기능성을 강조하는 패션 경향으로 변하면서 일본업계를 중심으로 일고 있는 경량ㆍ보온소재 개발은 초기에는 겨울용 보온소재 용도가 주를 이루었으나, 점차 스포츠의류 및 언더웨어 분야로 그 용도가 확대되어 가고 있다.