스크랩 섬유의 기초 강좌 (면) 제1화~제10화

[무한질주]

 

섬유의 기초 강좌(면) 

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(綿) 제1화 면의 발전/품질 유지에 여러 가지의 대책

　면은 인더스 문명에서 발달해, 이윽고 각지에서 재배되게 되었다. 미국 대륙에서는 유럽인이 처음 상륙했을 때, 면은 이미 재배되고 있었지만, 그 루트는 불분명하다.

　면은 綿屬식물의 종자 털이지만, 원면상태의 섬유가 생기는 것은, 재래 2품종과 미국산 2품종만으로, 미국산의 품종(신대륙면)은, 재래의 품종(구대륙면)에 비해 섬유가 길고, 품질이 뛰어나다. 이 때문에 신대륙면은 세계 각지에 보급되어, 현재는 재배되고 있는 면의 대부분이 신대륙면이다.

　면은 농산물이므로, 기후 풍토나 작황에 영향을 받아 품종이나 산지가 같아도 품질에 차이가 생긴다. 일본에서는 중급품을 방적할 때, 여러 종류의 면을 혼합함에 따라 실의 품질을 안정화하는 것이 일반이었다.

　면은 개화와 동시에 受粉하는 성질이 있어, 자가 교배에 의한 성능 열악화를 일으키기 쉽기 때문에, 품질 유지 향상을 위해서 인공 교배 등의 노력이 필요로 하고 있다. 또, 면의 재배나 수확에는 많은 노동력을 필요로 하므로, 관개나 비료 등 재배 방법의 개량이나 기계력의 도입에 의해서 생산량이 유지되고 있다.

　그러나 최근에는 농약의 생산자, 소비자 및 환경에 대한 영향이나, 기계 수확으로의 미성숙면 혼입에 의한 품위 저하 등의 문제가 표면화해, 무농약 재배, 유기재배에 의한 무공해 제품이나, 손 수확에 의한 품위 향상 등, 여러 가지의 대책을 강구할 수 있게 되었다.

(면) 제2화 셀룰로오스 분자/해명할 수 없는 형성 시스템

　면은 온대에서 열대까지에 생육하는 식물로, 봄에 씨앗을 뿌리면 2개월 정도에 꽃이 피고 떨어진 뒤에 종자가 성장한다. 면의 섬유는 종자의 표피 세포의 일부가 성장해 커진 것으로, 의류 등에 이용되는 긴 섬유(린트)와 실로는 할 수 없지만, 큐프로 등의 원료에 이용되는 짧은 섬유(린타)가 있다.

　섬유의 주성분은 셀룰로오스로서, 식물 내부에서 광합성에 의해서 생성되어 50일 정도에 걸쳐 섬유 세포의 내벽에 層狀으로 沈着해 간다. 셀룰로오스는 글루코오스가 直鎖狀으로 연결한 것으로, 글루코오스는 동화 작용에 의해서 물과 이산화탄소로부터 만들어지는 것이 알려져 있다.

　식물은 생성된 글루코오스를 여러 가지 목적으로 이용하고 있다. 예를 들면, 곡물 등의 종자가 쌓이는 전분은, 셀룰로오스와 같이 글루코오스가 연결되어 있지만, 연결의 방향이 셀룰로오스와는 다르다.

　글루코오스는 물에 녹지만, 셀룰로오스나 전분은 친수성을 갖고 있지만 물에는 용해하지 않고, 또 전분은 익히면 알파화 되어 풀어지지만, 셀룰로오스는 끓여도 변화는 일어나지 않는다.

　셀룰로오스는 식물의 체내에서 합성되어 간, 줄기, 잎 등 식물체를 형성하는 주요한 물질이 되고 있지만, 그 시스템은 분명하지 않고, 인간의 손으로 합성하는 것은 아직 성공하지 못했지만, 나일론이나 폴리에스텔의 중합 반응에 비해, 훨씬 긴 시간을 들이고 반응이 진행되고 있는 것이라고 생각되고 있다.

(면) 제3화 면의 품종/산지명칭 만으로 품질 평가는 할 수 없다

　면은 이집트면, 페루면, 미 면과 같이 생산국의 이름을 씌워 불리는 것이 많다.

　면은 아욱科 목화屬에 속하는 식물로, 그 중에서 섬유를 만드는 것은, 염색체의 수가 13개의 알보레움, 헬바케움의 구대륙계 품종과 염색체의 수가 26개의 히르스틈, 바르바덴세의 신대륙계 품종의 합계 4 품종에 지나지 않는다.

　알보레움은 옛부터 중국이나 한반도에서도 재배되어, 에도(江戶)시대에는 일본 국내에서도 재배되고 있었다. 섬유 길이는 21밀리 이하로 짧고, 탄력성이 있어 이불의 안 솜에 적절하였지만, 기계 방적에는 적합하지 않았다.

　헬바케움은 미국에서 품종 개량 되어, 업랜드 면의 이름으로 세계에 퍼졌다. 섬유 길이는 24~30밀리 정도로, 중급면의 대표 품종이 되고 있다.

　바르바덴세는 가장 섬유 길이가 길고, 제일 길이가 긴 해도면에서는 50밀리에 이르는 것이 있어, 일반적으로 40밀리 전후의 길이가 되어 가는 실을 방적하는데 적합하다.

　중남미 생산의 해도면이나 피마면, 아프리카 생산의 이집트 면이나 수단 면을 시작해 각지에서 재배되고 있는 초장 면이라고 불리는 고급 면은 모두 이 품종이다.

　면은 인도, 중국, 페루와 같이 산지의 이름으로 불리는 것이 많지만, 재배되고 있는 품종은 교배를 반복해 항상 품종 개량이 진행되어 또한 수확하는 해의 작황에 의해도 품질이 변동하므로, 산지의 이름만으로 품질을 평가할 수는 없다.

(면) 제4화 면 섬유의 구조/뒤틀림이 강도에 공헌

　면 섬유는 종자 표피의 세포가 성장하여, 내부에 셀룰로오스의 층을 형성해 섬유화한 것이기 때문에, 섬유의 단면을 관찰하면, 전에 세포액을 채웠던 흔적이 구멍이 되어 남아 있어 이것을 루멘이라고 한다.

　섬유는 평평하고 뒤틀림이 있어, 단면은 누에콩 형상이라고 형용되는 잘룩함이 있는 타원형이며, 성숙함에 따라 점점 부풀어 간다. 뒤틀림의 방향은 일정하지 않고, 한 개의 섬유 중에 양방향으로 뒤틀림이 존재하는 일이 있다.

　뒤틀림이 발생하는 이유는 분명하지 않지만, 섬유의 상호 마찰을 크게 하여, 방적할 때 실에 필요한 강도를 주는 것에 공헌하고 있다.

　면의 섬유는, 성분이나 성질이 다른 1차 층, 와인딩 층, 2차 층이 싸여진 형성을 하고 있다.

　제일 외벽인 1차 층은 펙틴 물질이나 밀납 성분 등을 포함해, 섬유를 자외선이나 물로부터 보호하는 역할을 갖고 있다. 와인딩 층에는 셀룰로오스 외에 펙틴 물질을 많이 포함해, 1차 층과 2차 층의 중간에 있고, 섬유의 형상을 유지하는 중요한 역할을 하고 있다.

　셀룰로오스를 주성분으로 하는 2차 층은, 섬유축의 방향으로 약 30도의 경사로 나사 형상으로 정연하게 배열된 가는 섬유장의 피브릴에 의해서 형성되고 있다. 피브릴의 경사 방향은 일정하지 않고, 도중에서 변화하여, 어떤 것은 방향이 다른 층이 서로 겹치고 있고, 또한 피브릴은 한층 더 작은 섬유장의 분자 집단인 마이크로 피브릴의 정렬에 의해서 구성되어 있다.

(면) 제5화 면의 성질 특징/의복 재료로서 적합한 성질

　채취한지 얼마 안된 면 섬유의 표면은, 천연 밀납 분을 포함하고 있으므로 물을 튕겨 내지만, 알칼리로서 끓이면 섬유에 포함된 불순물이 제거되고, 거의 순수한 셀룰로오스가 남아, 염색이나 그 외의 가공이 용이하게 된다.

　면에는 다음과 같은 특성이 있다.

　불순물이 제거된 면은 흡수성이 뛰어나 착용시에 땀을 신속히 흡수한다. 또, 흡수한 수분은 용이하게 증발 발산되므로, 증발에 따라 열을 빼앗으므로 착용한 감이 시원하고, 여름용 의복 재료로서 적합하다.

　더러움이 타기 쉽고, 또한 세탁하기 쉽기 때문에 부착된 더러움을 용이하게 제거할 수 있다. 착용시에 신체로부터 분비되는 皮脂 등의 더러움을 흡수하고, 피부를 청결하게 유지할 수 있으므로, 내의 재료로서 적합하다.

　건조되어 있을 때보다, 젖어 있을 때가 강하다. 이것은 모든 섬유 중에서, 천연의 식물 섬유인 綿과 麻 만의 특징이다.

　힘을 가하면 용이하게 변형되어, 구겨지기 쉽지만, 주어진 형태는 濕潤함에 따라 없어지고, 건조할 경우에 새로운 형태를 기억한다. 이 때문에 세탁한 후의 다리미질에 의해서 평평하게 펴지는 것이나, 주름을 잡는 것은 용이하지만, 내구성인 플리츠를 붙이는 것은 곤란하다.

　불에 타기 쉽고, 일단 발화하면 불의 중심으로부터 떼어놓아도, 금방 꺼지지 않는다. 이 때문에 火繩(화승, 불심지)에는 적합하지만, 잠자리에서의 담배 등, 불의 부주의에 의하여 화재의 불러오는 원인이 되기 쉽다.

(면) 제6화 면의 방적/풀어 늘리고 꼬다

　의류용에 사용되는 일반적인 면의 섬유 길이는 24~30밀리로, 고급품에 사용되는 초장 면에서는 40밀리, 제일 긴 것인 해도면(씨-아이랜드 면)도 50밀리 정도이기 때문에, 방적하여 실로 만드는 것이 필요하다.

　방적은 1. 면의 덩어리를 풀어 섞어, 섬유 이외의 잡물을 없애고, 2. 섬유를 다발로 하여 잡아 늘려서 가늘게 하고, 그 다발을 모아 또 잡아늘이는 것을 반복하고, 다발의 굵기 차이를 줄이고, 3. 균일하게  된 섬유의 다발을 한층 더 잡아늘여 실로 하고, 회전력을 주어서, 실에 꼬임을 주어 섬유의 빠짐을 억제한다, 라고 하는 공정으로 행해진다.

　2의 공정 중에서, 빗(코밍)에 섬유다발을 통과시켜, 뒤얽힘이나 짧은 섬유를 제거하여 갖추어주는 조작을 코밍이라고 하여, 코밍을 한 균제도가 높은 실을 코마 사, 코밍을 실시하지 않는 일반사를 카드사라고 한다.

　면의 방적 기술은, 공정의 연속화, 자동화, 고속화에 의한 생산성 향상을 도모할 수 있었다. 3의 공정을 정방이라고 하여, 실의 품질이 많은 범용성이 있는 링 정방 기계가 많이 이용되고 있지만, 꼬임을 주려면 생산 속도에 비례한 회전수가 필요하므로, 고속화에는 한계가 있다. 여기서, 고속화에 의한 생산성 향상을 목적으로 하는, 공기정방(오픈엔드)이나, 결속 방적 등의 새로운 정방방식이 개발되어 니트를 비롯하여 다방면으로 퍼져 왔다. 또, 링 정방 기계에서도 감촉을 중시하여, 보풀을 극한으로까지 억제한 컴팩트사 등도 개발되고 있다.

(면) 제7화 실켓트 사와 液安處理/알칼리 처리로 성질 향상

　면은 알칼리에 강한 섬유로, 진한 수산화나트륨 용액에 담그면 팽창하여 윤기가 나고, 단면이 원형에 가깝게 되어, 結晶을 이룬 부분의 분자 간격이 변화한다. 섬유를 긴장시키고 처리를 하여, 그 상태를 유지한 채로 물로 세탁하여 알칼리를 제외하면, 섬유 표면의 빛의 반사가 향상되어, 비단을 닮은 광택을 얻을 수 있다. 또한 동시에 습기와 윤기가 있을 때에 强度나 염료 등의 흡수성이 향상한다.

　이 현상을 발견한 학자의 이름에서, 이 처리를 마세리제이션(마셀化) 이라고 하여, 일본에서는 비단을 흉내내는 것부터 실켓트 사라고도 일컬어지고 있다.

　직물이나 니트를 긴장이 없는 상태로 처리하면, 팽창 윤기에 의해서 내부의 왜곡을 완화시켜 수축하고, 늘어나기 쉽게 된다. 이 처리를 스랙 마세리제이션이라고 하여, 모자의 내측에 붙이는 등, 입체로 하게 하는 용도에 적용되고 있다.

　수산화나트륨 용액을 대신하여, 저온에 의해서 액화한 암모니아를 이용하면, 유사한 효과를 얻을 수 있다. 결정을 이룬 부분의 분자 간격도 변화하지만, 수산화나트륨의 경우와는 다르다.

　암모니아 분자는 매우 작고, 또 수산화나트륨 용액과 같이 섬유를 팽창과 윤기가 나지 않게 하므로, 신속히 섬유의 분자 결정 부분에 침투한다.

　섬유가 팽창과 윤기가 나지 않게 하므로, 감촉이 딱딱하게 되지 않아, 회복력이 유지되며, 한편 가공에 의한 강도의 저하가 적기 때문에, 의류품의 형태 안정 가공을 위해서 필요한 처리 방법으로서 이용되고 있다.

(면) 제8화 면의 가공/염색과 세탁 내구성

　면의 주성분인 셀룰로오스는, 화학적으로 안정된 화합물로 약품이나 용해제 등에 대한 저항력이 있어, 일반적인 취급에서는 분해되기 어렵다. 이 때문에 외부로부터 부착하고 있는 색소 등을 제거하기 위한 표백 처리 등을 용이하게 실시할 수 있다.

　흡수성이 뛰어나므로, 염색은 비교적 용이하지만, 섬유와 염료의 結合力이 부족하고, 세탁 등에 대한 내구성을 얻기가 어렵다. 섬유와 화학적으로 결합할 수 있는 반응 염료가 개발되어 내구력은 꽤 개선되었지만, 모든 색에 대하고 문제가 없어진 것은 아니다.

　면은 더러움이 타기 쉽고 세탁하기 쉽기 때문에, 반복 세탁하기가 좋지만, 가공에 대한 내구력을 얻기가 어렵고, 세탁할 때마다 처리할 필요가 있었다.

　세탁의 수축은 직물의 왜곡이 세탁할 때에 풀어짐에 따라 발생한다. 봉제하기 전에 직물에 내재하는 왜곡을 제거하기 위한 처리법을 프레슈란크 라고 하여, 산포라이즈는 면직물을 대상으로 하는 방법중의 하나이다.

　면 가공에 세탁 내구성을 주기 위해서는, 가공제가 세탁을 하여도 떨어지지 않는 것으로 하든지, 셀룰로오스 분자와 화학 결합시키는 것이 필요하다. 여러 가지 성능을 주는 것을 목적으로 하는 많은 가공법이 개발되고 있지만, 화학적으로 안정된 셀룰로오스와 반응시키기 위해서는 강한 반응 조건을 필요로 하므로, 강도가 떨어지거나 착색 등의 폐해를 일으키는 위험성이 크고, 요구되는 성능과 내구 년수를 고려해 가공의 조건이 정해지고 있다.

(면) 제9화 컴택트 스피닝/보풀이 적고, 강도는 늘어난다

　다시 면으로 돌아온다. 면에 관한 강좌의 마지막으로, 주목해야 할 최신의 면 방적 기술로서 컴팩트 스피닝과 볼텍스 스피닝에 대해서, 2회에 걸쳐서 추가로 기술한다.

　컴팩트 스피닝

　링 정방의 드래프트 장치의 출구에서부터, 꼬임이 걸리기까지의 트라이앵글로 불리는 영역에서의 섬유의 움직임이, 실 품질이나 실 파손에 크게 영향을 준다. 컴팩트 스피닝에서는, 흡인하는 공기에 의해서 섬유다발의 확산되는 것을 막아, 바깥쪽으로 보풀이 되는 섬유를 잡아주며, 꼬임으로 이것을 말려들게 한다.

　이 방식에 의한 방적사는 컴팩트 얀으로 불려 종래의 링 정방사에 비해, 보풀이 큰 폭으로 감소하고, 강력도 신장율도 향상해, 태사, 세사, 넵프(섬유의 작은 덩어리)등의 결점이 감소한다. 또, 광택이나 외관, 매끄러움 등이 좋아지고, 실의 단면이 둥글게 되어 부품에 의한 독특한「장력」이 나오는 등의 특징도 가진다.

　이 실을 사용한 제품은, 내마모성이 뛰어나 Fill(毛玉)이 생기기 어렵고, 발색성이 좋은 샤프하고 선명한 모양 내기가 가능하다고 한다. 종래의 링 정방사에서는 실현될 수 없었던 상품이나, 보다 높은 품질을 요구하는 상품에 응용되고 있다.

　현재는 면을 주로 하지만, 울에의 상품 전개도 시작되고 있다. 방적 기술을 갖고 있는 곳은,  리-터 1개 사뿐.

(면) 제10화 볼텍스 스피닝/생산 효율, 품질로도 우위에

볼텍스 스피닝(Vortex Spinning)

　1997년 무라타 기계가 세계에서 처음으로 실용화한 혁신적 기술이며, 현재는 미국을 중심으로 활용되고 있다.

　소정의 가늘기로 길게 늘어진 섬유다발이, 고속 에어 스핀들의 중심부를 관통하는 노즐로 들어가, 노즐 내부를 선회하는 기류를 타고, 같이 선회함에 따라 꼬임이 부여된다. 섬유의 뒤끝은 스핀들의 주위를 선회하면서, 실로서 형성되는 섬유다발에 나선형 모양으로 감겨 진다. 이 결과, 섬유의 一端은 확실히 실의 내부에 파지 되면서 밖으로 향하고 나선형 모양으로 감긴 실이 된다.

　섬유에 과잉으로 장력이 가해지는 공정은 없고, 노즐내의 공기류는 음속에 이르므로, 방적 속도는 기계적으로는 450m/분이 가능하고, 실용적으로도 링 정방의 15-20배, 로터식 오픈엔드정방의 2-3배에 이르고 있다.

　링 정방에 비해, 공정이 큰 폭으로 단축되는 것은 오픈엔드정방 등과 같지만, Vortex법의 큰 특징은, 링 정방에도 뒤떨어지지 않는 품질의 우위성에 있다.

　Vortex사의 특징：

① 보풀이 적고, 외관이 클리어이다. 또, 내마모성이 뛰어나 Fill(毛玉)의 발생이 적다.

② 실제 꼬임이 들어간 구조이며, 촉감이 소프트하다.

③ 섬유의 配列性이 좋기 때문에, 링 정방사에 비해 흡수 확산성이 뛰어나다.

④ 고속의 공기 흐름에 의해서 짧은 섬유가 제거되고 있으므로, 그 후의 보풀 떨어짐이 적고, 세탁의 반     복에 의한 촉감의 변화도 적다.