[알쏭달쏭 과학이야기] 화학섬유? 합성섬유? 폴리에스터? “뭐가 다른가요”

알쏭달쏭한 섬유? 자주 들어본 용어들이라 아는 것도 같지만 막상 또 물어보면 대답하긴 어렵죠?
현직 과학 기자를 통해 속 시원히 알아보는 섬유 이야기! Q&A 시작해볼까요?

 

 

섬유(fiber)는 일반적으로 천연섬유와 화학섬유로 나뉩니다.
천연섬유는 목화에서 뽑아낸 면(cotton), 동물의 털로 만든 모직(wool), 누에고치에서 뽑아낸 실크(silk) 등이 속하죠. 화학섬유는 말 그대로 석유 등에서 뽑아낸 화학물질을 원료로 만든 섬유류의 총칭입니다. 레이온과 같은 재생섬유, 아세테이트와 같은 반합성섬유, 폴리에스터와 같은 합성섬유가 있습니다.

 

 

 

재생섬유인 레이온은 펄프가 주 원료이며 아세테이트는 셀루로오스, 그리고 대표적인 화학섬유인 폴리에스터(EG, TPA)와 나일론(사이클로헥산)은 석유에서 추출한 물질로 그리고 아크릴은 AN(아크릴로니트릴)를 원료로 하여 제품을 만듭니다.

 

 

 

우리가 입는 옷의 주요 소재인 폴리에스터(polyester), 스타킹 소재로 주로 사용되는 나일론(nylon), 겨울철 의류나 담요 등에 사용되는 아크릴(acrylic fiber)이 3개 합성섬유입니다. 그 중 폴리에스터가 87%로 가장 많으며 나일론은 8% 정도입니다.

 

 

 

나일론은 1935년 듀폰에 근무하던 캐러더스(Wallace Hume Carothers, 1896~1937)에 의해 처음 개발되었습니다. 캐러더스가 잠시 실험실을 비운 사이 연구원들은 그동안 합성 섬유를 개발하기 위해 만들어 놓은 재료들을 가지고 실을 길게 뽑아내며 놀았고 연구원 중 한 명이 병 속에 든 폴리에스테르를 유리 막대로 찍어 허공으로 휘젓자 마치 거미줄 같은 실들이 길게 퍼지게 되었습니다. 캐러더스는 녹는점이 낮아 섬유를 만들 수 없는 폴리에스테르에 이런 성질이 있다면, 녹는점이 매우 높은 폴리아마이드에도 같은 성질이 있을 것이라는 점에 착안해 연구를 거듭했습니다. 마침내 듀폰이 세계 최초로 나일론을 개발하게 되었죠. 듀폰은 1938년 카프로락탐과 아디프산 등을 반응시킨 나일론의 상업 생산에 성공, 1939년 뉴욕 만국 박람회에서 ‘석탄과 공기와 물로 만든 합성 실크’라는 타이틀과 함께 나일론을 세상에 알렸습니다. 스타킹은 1940년부터 미국에서 판매가 시작돼 세계 전역으로 퍼졌습니다. 나일론 스타킹의 성공 이후 새로운 합성섬유 개발이 촉발되었습니다. 스타킹 재료로 사용된 나일론은 정확히 말하면 나일론 66이라는 물질입니다. 66이라는 숫자는 화학 구조에서 탄소 원자 수와 관련되죠. 현재 나일론은 자동차용 타이어, 벨트, 호스뿐만 아니라 낚싯줄, 광섬유, 부직포, 필터, 방탄복, 헬멧, 각종 엔지니어링 플라스틱의 재료 등으로 사용됩니다.

 

 

 

세계적으로 섬유류 수요는 화학섬유가 약 70%, 천연섬유가 30%를 차지합니다. 합성섬유 중에서는 폴리에스터의 생산과 소비가 약 87%로 2005년 이후 폴리에스터가 면 생산량을 추월해서 현재는 폴리에스터가 면 생산량의 두 배를 넘어섰습니다.

 

 

흔히 신축성이 있는 옷에 사용되는 스판이라는 섬유는 1959년 듀폰이 개발한 스판덱스(spandex)라는 상품명을 줄여 사용한 것으로 최근에는 신축성사의 일반명사로 사용됩니다. 스판은 폴리에스터와는 다른 폴리우레탄을 원료로 고무와 비슷한 탄성을 지니고 있습니다. 최근에는 폴리에스터로도 신축성을 가미한 원사들이 많이 출시되고 있습니다.

 

 

섬유는 기술발달과 더불어 일반적인 의류 제조 외에 최근 산업용으로 그 수요처가 확산되고 있으며 특히 슈퍼섬유는 방호복, 방탄복, 고온필터, 항공기용 부품소재 등 산업계의 핵심 소재로 각광받고 있습니다. 350도에도 불에 타지 않는 고내열성(메타 아라미드 섬유), 철보다 강한 고강도성(탄소섬유), 산·염기에 녹지않는 내화학성[PPS(폴리페닐렌설파이드)섬유] 등의 물리적 특성이 우수하기 때문입니다.

일례로 특수방화복은 내열성과 난연성이 우수한 메타(Meta)아라미드와 강철보다 강도가 높은 파라(Para)아라미드로 구성됩니다. 또한 산업자재용 섬유로는 고강력사, 스펀본드 등을 가공해 자동차 내외장재나 건축용 부직포 등에 쓰입니다. 이 외에 기능성 섬유 소재는 수(水)처리 산업의 핵심인 막(membrane) 제조에도 사용된답니다.

 

 

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