[로이스톤 M. 로버츠 ] 우연과 행운의 과학적 발견이야기 16. 상아와 견사를 만들다

[콩 쥐]

    제16장. 상아와 견사를 만들다


  셀롤로이드. 합성 플라스틱으로 처음 성공한 것은  셀룰로이드로서 처음에 이것은 당구의 
상아공 대용품으로 개발되었다. 1863년에 당구공의 재료로 당시 가장 애용되었던 상아가 아
프리카의 야생 코끼리의 감소에 따라  매우 부족되는 사태가 일어났다(오늘날  심각한 문제
가 되고 있는 것이 이미 100년도 더 전에 중요시   되었다는 것은 심히 놀라운 일이다). 그
래서 당구공의 대규모 제조업자가 상아 대용품 발명에 상금을 내걸었다.  미국 뉴저지 주의 
인쇄업자 존 훼슬리 하야트와 그의  아우 이사이아는 여러 가지  재료로  실험을 시작했다. 
그 하나는 톱밥과 종이의 혼합물을 풀로 굳힌다는 것이었다. 이 실험을 하는 도중에 하야트
가 손가락을 다치자 그 상처를 치료하기 위해 콜로디온을 찾아  선반 앞으로 갔다(콜로디온
이라는 것은 니트로 셀룰로오스를 에테르와 알콜에  녹인 것으로서 그 당시 이러한  목적에 
흔히 사용되었다. 알프레드 노벨이 이와 비슷한 경험으로 폭탄  젤라틴을  발명한 이야기는 
제 15장을 참조할 것). 그런데 콜로디온의 병이 쓰러져서 내용물이 흘러나와 있었다. 그리고 
용매가 증발했기 때문에 선반 위에는 니트로 셀롤로오스가 굳어서 얇은 판으로 변해있는 것
을 보았다. 하야트는 톱밥과 종이의  혼합물을 굳히는 데는 지금  사용하고  있는 풀보다도 
콜로디온이 좋을지도 모른다고 생각했다. 
그래서 실험을 시작한 하야트 형제는 니트로 셀룰로오스와 방충제로 쓰이는 장뇌를  알콜에 
섞어서 압력을 가하면서 가열하면 당구공으로 적당한 플라스틱이 된다는  것을 알았다(노벨
의 경우는 니트로 셀룰로오스와 니트로 글리세린으로  폭약 젤라틴을 만들었다). 장뇌는 니
트로 셀룰로오스의 폭발성을 많이 완화시켰음에는 틀림없으나 그래도 셀룰로이드로 만든 당
구공은 이따금씩 폭발을 했다. 하야트 형제는 당구공 대용품의 현상금을 받지 못했다.  그것
은 아마도 이 폭발성 때문이었을 것이다. 그러나 그들은  니트로 셀룰로오스와 장뇌로 만든 
자신들의 플라스틱을 '셀룰로이드'라고 이름을 지어서  1870년에 특허를 취득했으며, 이것은 
오히려 다른 용도로 인기가 오르기 시작했다. 19세기 말경에는 셀룰로이드는 남성용 와이셔
츠 칼라나 소매의 손목 부분에 사용되기도 하고 또 성형 의치를 만드는 틀, 나이프의  자루, 
주사위, 단추 또는 만년필등에 사용되었다. 후에 그것들은 대부분이 플라스틱으로  바뀌었으
나 그래도 나는 어렸을 때 조그마한 포켓용 달력, 카드 등이 셀룰로이드로 만들어졌던 것을 
그 장뇌의 냄새를 통해 기억하고 있다.
  
레이온. 콜로디온이 병에서 흘러나온 것이 우연히 발견되어 성공을  거둔 것처럼 또 하나의 
아이디어로는 최초의 실크 대용품이 있다. 파스퇴르가  심각한 누에의 전염병으로부터 프랑
스의 실크공업을 보호하기 위해 노력하고 있던 무렵, 그의  조수인 이렐 샤르돈네라는 젊은 
화학자가 있었다. 이 누에 문제의 경험에서 샤르돈네는 실크의  대용품 개발이 강력하게 요
망되고 있다고 확신하게 되었다. 1878년 그가 암실에서 일을 하고 있을 때 콜로디온이 담긴 
병이 엎질러졌다. 잠시 후에 그가 닦아내려고 했을 때, 용매는 일부 증발하고 끈적끈적한 액
체가 남아 있었는데 그것을 닦아내자 길고 가는 실이 생기는  것을 보았다. 이 실이 실크와 
비슷하므로 샤르돈네는 콜로디온을 계속 연구하기로 했다. 
이 우연한 사건이 있은 후 6년이 지나 샤르돈네는 인조견을 개발했다. 그는 누에의 천연 먹
이인 뽕잎에서 채취한 펄프를 에테르와 알콜에 녹여서 콜로디온을 만들어 실로 뽑아내고 더
운 공기로 굳게 했다. 이 새로운 합성섬유로 짠 천은  1891년 파리 박람회에 성공적으로 전
시되어 그 즉시 재정  지원을 받았다. 이  새로운  섬유는 '인조 견사'라고 명명되었고,  그  
후 1924년경 부터는 레이온(rayon)이라고 불리게 되었다. 
(해설) 샤르돈네의 레이온은 발화온도가 매우 낮았다. 나중에 면을 실크 비슷한 잘 타지 않
는 섬유로 바꾸는 다른 공정이 개발되어 최초의 레이온인 니트로 셀룰로오스는 더 이상 직
물용 섬유로는 사용되지 않았다. 또한 니트로 셀룰로오스는 스틸  사진과 상업 영화 양쪽의 
사진용 필름으로 한때 사용되고 있었으나, 그 가연성 때문에  몇 번인가 영화관에서의 비참
한 화재의 원인이 되었다. 영사기가 고장나서 강력한 광선의 통로에  필름이 몇 초 동안 멎
어 있기만 해도 인화될 정도였다. '안전필름'으로서 수년 전부터 사용하게 된 것은 아세테이
트 셀룰로오스이다. 면과 실크의 외견상의 차이는 제각기 짠  실이 달라 면실은 오글오글한 
데 비하여 실크실은 누에에서 나온 그대로 매끄럽다. 이  매끄러움이 실크의 독특한 광택이
다. 샤르돈네의 레이온이 실크와 비스한 것은 면이나 목재의 셀롤로오스가 에테르와 알콜에 
녹아서 화학적으로 다른 형(니트로 셀롤로오스)이 되는데, 이 점도가 높은 용액에서 다시 매
끄러운 실로 뽑아내기 때문이다. 
새로운 레이온으로 다음에 성공한 것이 크산토겐산  레이온과 아세테이트 레이온이다. 크산
토겐산 레이온이라는 이름은 셀롤로오스가 화학적으로 다른 형인 가용성 크산토겐산 셀룰로
오스로 바뀌는 과정에서 따왔다. 크산토겐산  셀룰로오스으 점도가 높은 용액이  아주 작은 
구멍으로부터 밀려나와 매끄러운 실이 되는 과정에서 화학작용으로 인해 원래의 셀룰로오스
로 바뀌는 것이다. 전체로서의 효과는 오글오글한 셀룰로오스 섬유에서 매끄러운 실크와 같
은 섬유가 되는 물리학적인 형의 변화이며  이 레이온은 사실상 재생된 셀룰로오스인  것이
다. 아세테이트 레이온은 처음에 샤르돈네가 만든 레이온과 비슷하다. 셀룰로오스는  아세테
이트 에스테르로 변하며 이것은 질산 에스테르(니트로  셀룰로오스)와 마찬가지로 가용성이
며, 매끄러운 실을 뽑아 낼 수 있다. 그러나 니트로 에스테르는 아세테이트 에스테르와 달라
서 타지 않는다. 현재 섬유산업에서는 레인온의 주류인 크산토겐산 레이온(비스코스 레이온)
과 혼동되지 않도록 아세테이트 레이온을 '아세테이트'라고 통틀어 말한다. 만일  상표에  '
레이온'이라고만 쓰여 있으면 그 재료는 대개 크산토겐산 레이온이다. 
아세톤과 같은 유기 용매를 사용하는 실험실에서 일하는 사람에게는 여기서 주의를  환기시
켜 두는 것이 바람직할 것이다. 즉 '아세테이트'는 유기 용매에 어느 만큼은 녹기 때문에 그
와 같은 용매의 접촉이 가능한  환경에서는 아세테이트로 만든 옷을 입지  않는 것이 좋다. 
보통의 '레인온'(크산토겐산 레이온)은 화학적으로는  면과 같기  때문에  유기용매에는 녹
지 않는다. 그 후 레이온보다도 훨씬 실크를 닮은 합성섬유가 여러 가지로 개발되었다.  그
것들은 어떤 의미에서 실크보다 우수했다. 월러스 카로더스와 뒤퐁 사에 속해 있는 그의 그
룹이 1930년대에 개발한 나일론은 그런  섬유의 하나이다. 신세대의   나일론이나 폴리에스
테르와 같은 새로운 합성섬유가 개발되어 직물에  많은 용도로 레이온을 대신 하게  되었다
(나일론의 발명은 25장을 참조할 것.  테럴린, 테이크론 등 폴리에스테르에  관해서도  기술
되어 있다). 그러나 천연 실크를 흉내내거나 보다  좋은 것을 만들려고 한 시도는 샤르돈네
의 인조견사에서 비롯된 것이다.