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새로운 기능을 가진 신소재 섬유들이 속속 등장하고 있다. 이에 따라 섬유의 활용분야는 의류용 자재로부터 산업용 자재로까지 확대되고 있다.

인간은 과거에는 불가능했던 꿈들을 과학기술의 힘으로 실현해내고 있다. 생활에 필수적인 의복 재료 분야에서도 예외는 아니다. 의류 재료를 천연 면화 양모 견 마 등에 의존해온 인류는 언젠가부터 섬유도 인간의 손으로 만들고 싶다는 꿈을 가지게 되었다.

이는 레이온으로부터 폴리에스터의 발명으로 이어 졌고, 근대 합성 섬유공업의 발전과 함께 현재는 천연섬유와 합성섬유의 구성비율이 거의 비슷한 수준에 이르게 되었다.

또한 종래의 섬유에는 없었던 성능을 가진 섬유가 창출된다든지, 새로운 기능을 가진 신소재 섬유가 등장하게 되면서 섬유는 이제 생활용 자재로부터 산업용 자재에 이르기까지 폭넓은 분야에서 다용도로 활용되고 있다.

섬유에 부가되고 있는 가능성들을 특징에 따라 크게 구분하면 강도 열수분 빛 색 등과 관련된 기능으로 나눌 수 있다. 이들 기능은 의류 인테리어 침장류 사업자재 등 여러 분야에서 직접적으로 요구되는 것이며 그 개발개념도 쾌적성 위생성 건강성 안전성 편리성 심미성 재미있는 특성 등 매우 다채롭다. 그 기능의 종류를 특성별로 정리하면(표1)과 같다.

(표1)에 분류된 섬유들 중 그 상품성이 어필되어 최근 수요가 증가되고 있는 섬유에 대해서 살펴보자.
 

● 삼림욕 섬유

숲에 들어가면 우리는 심리적으로 안정감을 느낄 수 있다. 이것은 수목으로부터 발산되는 피톤치트라는 성분 때문이다. 피톤치트에는 정신안정효과 항균효과 탈취효과가 있다고 알려져 있다.

삼림욕 섬유는 이 피톤치트 성분을 모델로 해 특별히 혼합제조한 물질을 마이크로캡슐로 만들어 섬유소재에 부착시켜 제조한 것이다. 이렇게 제조된 삼림욕 섬유는 가벼운 마찰이나 자극에 의해 부착된 마이크로캡슐이 파괴되도록 설계되었기 때문에 사용시 지속적으로 피톤치트 성분이 발산된다. 때문에 도시생활을 하면서도 숲속에 있는 듯한 상쾌한 기분을 느낄 수 있다.

● pH조절 섬유

pH조절섬유는 섬유소재의 pH값을 약산성이 되도록 유지하는 기능을 보유한 섬유로서 산성비로부터 인체를 보호하고자 개발됐다. 사람의 피부는 정상 상태에서는 약산성이지만 여러 외부 환경요인에 의하여 그 균형이 깨어질 수 있다.

pH 조절섬유는 pH 완충작용이 있는 화학물질을 섬유에 고착시킨 것으로서 섬유의 pH값을 5-7수준으로 유지시켜 줄 수 있다.

● 온도변색성 섬유

온도에 따라서 가역적으로 색상이 변하는 온도변색성 섬유는 현대인의 기호에 맞물려 크게 인기를 끌고 있다. 원리는 산과 결합하여 발색하는 로이코형 색소와 산, 그리고 알코올의 3성분을 마이크로캡슐 안에 넣은 것. 이 마이크로캡슐을 우레탄 수지중에 혼합하고 이를 직물 표면에 도포한다. 고온에서는 산이 알코올에 용해되고, 저온에서는 산이 로이코형 색소와 결합하여 발색하게 된다.

이 의류소재는 현재 -40℃ -85℃의 은도범위에서 약 10℃의 온도차에 의해 순간적으로 색이 변하게 되므로 한벌의 옷으로 온도에 따라 다양한 색상을 표현할 수 있다.

● 심색효과섬유

남미 아마존강 하류지역에 서식하고 있는 모르포나비는 투명한 파란색과 금속의 광택을 가진 세계에서 가장 아름다운 나비로 알려져 있다. 모르포나비의 신비로운 색상을 합성섬유로 재현하도록 개발한 것이 심색효과섬유이다.

이 나비의 날개를 구성하고 있는 비늘들을 확대하여 관찰하면 1매의 비늘에는 아주 얇은 찢어진 틈들이 약 0.7μ 간격으로 규칙적으로 배열되어 있는 것을 관찰할 수 있다. 이 틈의 단면은 그 높이가 약 2μ로서 각 끝은 9-10단의 미세돌기로구성돼 있다.

이 구조에 빛이 들어가면 입사광 대부분은 틈내에 침투하여 벽내부 돌기 부분에서 반사 굴절 간섭을 반복하여 증폭되기 때문에 결과적으로 선명하고도 깊이 있는 색상을 발현한다. 이는 색소에 의한 색상이 아니라 간섭 효과에 의한 색상이라는 특징을 갖는다.

모포나비의 날개구조에서 힌트를 얻어 개발된 섬유가 심색효과섬유이다. 간섭효과에 의한 색상을 내기 위한 연구를 수행한 결과 수축률이 다른 폴리에스터를 복합 방사기술로 조합시키고 3개의 볼록부분을 갖는 편평한 단면형태 및 섬유의 길이방향으로 꼬일 수 있는 구조의 섬유로 제조했을 때 합성섬유로 모르포나비의 심색효과를 재현할 수 있다는 것을 알게 되었다.

이 섬유는 필라멘트 상태에서는 보통의 편평한 섬유이지만 열을 가하면 수축률차가 발생, 0.2-0.3mm간격으로 1개의 꼬임이 주기적으로 생기므로 1인치당 80-1백 20개의 꼬임이 형성된다. 이 필라멘트를 직물화한 뒤 꼬임을 주기적으로 발현시키면 섬유의 편평면을 직물면에 수직으로 배열시킬 수 있게 된다. 여기에 입사된 빛은 복잡하게 반사 굴절 및 간섭을 반복하게 되어 모르포나비 날개가 내는 색상과 광택효과를 재현할 수 있는 것이다.

● 초극세섬유

섬유의 굵기는 길이에 대한 무게의 잣대인 데니어(Denier)라는 용어로 나타낸다. 1데니어란 섬유의 길이 9천m가 1g일 때를 지칭하는 것이다. 따라서 데니어가 높을수록 무게가 많아지므로 굵은 실이 된다. 폴리에스터의 경우 1데니어의 섬유직경은 대략 0.01mm 정도다.

천연섬유중 가장 가는 섬유는 견으로, 기껏해야 1데니어 수준이다. 그러나 합성섬유는 기술수준에 의해 1데니어 이하로 제조할 수 있다. 섬유가 가늘어지면 유연해지기 때문에 극세섬유로 만들어진 직물은 종래의 섬유로는 표현될 수 없는 부드러운 직물이 된다.

초극세섬유를 만드는 대표적인 방법은 다음과 같이 3가지가 있다.
1) 직접법 : 방사에 의해 직접 만드는 방법
2) 해도형법 : 해도구조로 방사한 후 가공공정에서 한 성분을 용출하는 방법
3) 분할법 : 방사단계에서 2종의 폴리머를 조합시킨 후 가공공정에서 분리하는 방법
초극세섬유에 의해 형성되는 직물 표면의 미세한 촉감은 천연섬유로는 표현이 불가능한 이주 새로운 질감이다.
현재 상품화된 섬유중 가장 가는 것은 0.001데니어(직경 0.0004mm)인데 이것은 머리카락 굵기의 2백분의 1 수준이다. 또한 0.0001데니어(직경 0.0001mm)의 초극세섬유를 연구 개발중인데 이 섬유 1g만 있으면 9만km, 즉 지구를 2바퀴 돌릴 수 있는 길이가 되는 셈이다.

● 도전성 섬유

전기적 특성에 따라 물질을 분류하면 도체, 반도체 및 부도체로 나뉜다. 도체의 대표적인 것은 금속으로 동선(${10}^{-10}$Ωcm)은 전선 및 전기회로에 널리 사용되고 있다. 섬유에서 도전성 섬유의 정의는 명확하지 않지만 전기 비저항 ${10}^{7}$Ωcm 정도 이하를 도전성 섬유라고 지칭하고 있다. 참고로 일상생활에서 의복으로 쓰이는 합성 섬유의 비저항은 ${10}^{14-16}$Ωcm에 불과하기 때문에 정전기가 많이 발생하는 요인이 되고 있다.

도전성 섬유는 생활양식 변화와 산업기술 발전에 따라 그 필요성이 증가되어 왔다. 도전사는 정전기 장해 및 전자파 장해를 제거하여 안전하고 쾌적한 생활을 할 수 있게 해준다. 근래에는 컴퓨터의 급속한 증가에 따른 전자파 장해를 막기 위한 용도가 중요시되고 있다.

정전기는 (+)와 (-)의 전하가 분리되어 생기는 물질의 표면현상이다. 두개의 물질을 접촉 분리할 때 접촉면에서 전하의 이동 분리에 의해 물질이 전기를 띠게 된다. 모든 물질은 기체 액체 고체를 막론하고 정전기를 발생시킨다. 용기에 든 액체를 옮겨도, 벽면에 바람이 불어도, 길을 걸어도, 옷을 벗을 때에도 그 양의 차이는 있지만 정전기는 발생하고 있다.

정전기 발생량은 재질 및 접촉분리조건에 의존한다. 물질의 대전서열상 가까운 위치의 재료는 정전기 발생량이 적고 마찰강도가 낮을수록 적다.

도전성 섬유는 대전체 자체의 전계를 이용하여 코로나 방전에 의한 대전체 전하를 중화시키는 기능을 가진 섬유이다. 일반 합성섬유는 대전체에 접근해도 대전체로부터 발산되는 전기력선을 약간 왜곡시킬 뿐이지만, 도전성 섬유는 주변의 전기력선을 끌어 모음으로써 도전사 근방에 불균형 전계가 형성된다. 그 결과 국부적인 절연 파괴가 일어나, 코로나 방전에 의해 주변에 다량의 공기 이온대가 형성되고 대전체와 반대극성의 이온은 대전체에 흡수되는 중화작용을 한다.

코로나 방전을 시킬 수 있는 도전성 섬유의 비저항은 ${10}^{6}$Ωcm 이하일 때 가능하다. 이를 위해 금속 금속화합물 탄소 등의 도전성 물질의 미립자를 섬유 속에 혼합시켜 필요한 도전성을 부여한다. 현재 개발 사용되고 있는 도전성 섬유의 대부분은 카본블랙을 도전성 물질로 삼고 2종 이상의 폴리머를 복합방사에 의해 조합시켜 섬유로 만들어 사용하고 있다.

● 보온성 섬유

의복의 보온성은 그 두께에 비례하지만 많이 껴입으면 활동하기가 어렵다. 때문에 얇고 가벼우면서도 보온성 있는 소재를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 대표적인 방법은 다음과 같다.

1) 극세, 이형, 중공섬유를 사용하여 열전도율이 낮은 공기의 함량을 높이는 방법
2) 직물 표면에 알루미늄과 같이 열반사율이 높은 금속을 이용하여 복사에 의한 열이동을 적게 하는 방법
그러나 최근에는 이들 방법과는 다른 적극적인 보온성 소재가 개발돼 흥미를 끌고 있다.

그것은 태양열 발전소재로 사용되고 있는 탄화지르코늄계 화합물의 미세입자를 나일론이나 폴리에스터 섬유내에 혼입시킨 섬유. 태양광(가시광선)을 효율좋게 흡수하여 열(적외선)로 변환시킨 후 의복내로 방사하는 축열섬유다. 또한 인체로부터 발산되는 열(원적외선)도 의복의 바깥으로 나가지 않고 반사시키기 때문에 보온성을 높일 수 있다.

● 투습, 방수성소재

종래의 비옷은 땀이나 수증기도 통과시키지 않기 때문에 입으면 무덥다는 결점이 있었다. 이러한 결점을 해소한 것이 투습, 방수성소재다.

투습성과 방수성의 획득원리는 수증기의 크기(0.0004μ)와 빗방울이나 물방울의 크기(1백-3천μ)가 매우 차이가 난다는 점을 이용한 것으로서 빗방울의 크기보다 작은 구멍을 가진 다공질 구조를 직물의 표면에 형성시키고 있다.

1) 초극세섬유를 사용하여 초고밀도 직물로 가공하는 방법
2) 직물에 미세한 다공질막을 라미네이트시키는 방법
3) 투습방수성 수지를 코팅하는 방법
4) 폴리아미노산 수지를 코팅하는 방법
 

● 슈퍼 섬유

지방족 폴리아미드는 분자구조를 변화시켜도 달성되는 섬유 강도에는 한계가 있다. 보다 강한 섬유를 얻기 위해서는 벤젠고리 등의 방향족을 도입할 필요가 있는데 그 대표적인 예가 아라미드섬유다.

'아라미드'는 방향족의 폴리아미드에서 유래된 명칭으로 고강도 고탄성률 섬유이다. 아라미드는 강직한 봉상에 가까운 고분자로서 분자방향을 비교적 쉽게 바꿀 수 있기 때문에 높은 탄성률과 강도를 갖게 된다. 대표적인 슈퍼섬유는 (표3)과 같다.

아직도 섬유를 실, 직물 또는 의류용 소재 정도로만 인식하는 사람들이 많이 있다. 그래서인지 우리나라 근대 산업발전의 효자역할을 담당하고 있는 섬유산업이 사양 산업이라는 이미지가 불식되지 않고 있는 듯하다. 그러나 그동안 섬유기술은 눈부시게 발전하여 그 응용범위가 의류나 인테리어뿐 아니라 토목 건축 환경 등 기초분야로부터 항공 우주 등 하이테크분야에 이르기까지 확장돼 왔다.

산업이 보다 발전하여 생활이 풍요로워짐에 따라 섬유의 가능성에 대한 요구도 다양화되고 고도화될 것이므로 지금 섬유산업의 미래상을 예측한다는 것은 무의미한 일일지도 모른다. 그러나 현재의 섬유산업 발전추세로 볼 때 환경 고기능 의료분야 등으로 그 기능 및 용도는 더욱 확대되고 첨단 기술들이 개발될 것이다. 2000년대 초반에는 에어컨 섬유, 슈퍼 인테리어 섬유, ${CO}_{2}$ 흡착 부직포, 스트레스 해소섬유, 치료섬유, 먹는 섬유 등과 같은 기능성 섬유가 실용화될 것으로 예상된다.