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제 3 주 천연섬유

★ 학습내용

1. 셀룰로스섬유

- 셀룰로스섬유는 셀룰로스(C6H10O5)n가 주성분임

- 셀룰로스(중합체)는 글루코스(단량체)가 수백 또는 수천개 결합된 큰 분자임

- 셀룰로스의 중합도(글루코스의 수)는 섬유의 종류에 따라 다름

- 셀룰로스섬유에는 면섬유와 마섬유가 있음

(1) 면섬유

- 면은 가장 많이 사용되는 섬유이며 최근에 천연섬유에 대한

소비자의 선호도가 커지면서 수요가 증대되고 있음

- 종자에 붙어있는 털을 이용하는 종자(종모)섬유임

*종자(종모)섬유

: 면섬유외에 카폭도 종자섬유이며 충전재로 사용됨

- 4, 5천년 전부터 이용되었고 원산지는 인도임

- 우리나라는 고려말 공민왕때 문익점에 의해 전래됨

(1) 성분과 품종

성분

- 셀룰로스(94%), 단백질(1.4%), 펙틴(1.2%), 회분(1.2%), 왁스(0.6%)

품종 및 특성

- 해도(sea island)면, 이집트면, 미국면, 인도면, 중국면 등

- 면섬유의 굵기는 비교적 균일하나 길이는 품종에 따라 다름

- 섬유길이가 길수록 강도가 커서 품질이 우수함

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품종 섬유길이(mm) 폭(㎛) 꼬임수(cm당)

시아일랜드면 38~51 12~13 118

이집트면 32~45 12~15 90

미국면 19~27 14~17 76

인도면 13~20 15~22 61

표. 면의 섬유길이, 폭과 꼬임수

(2)형태

- 측면은 길이방향으로 꼬임이 있고, 품질이 좋을수록 꼬임이 많음

→ 천연꼬임은 좋은 방적성과 탄성을 갖게 함

- 단면은 강낭콩 모양으로 가운데는 중공이 있으며 잘 성숙할수록 중공이 발달

→ 포근한 촉감과 가벼운 느낌을 가짐

* 면섬유의 측면과 단면

(3) 성질

<장점>

-내구성과 흡습성이 좋아 착용감이 좋음

-오염을 잘 흡수하여 위생적임

-세탁이 쉽고 염색성이 좋음

-세제와 표백제의 종류를 구분하지 않고 사용가능함

→ 수지가공된 제품은 염소계표백제를 사용하지 말 것

- 드라이크리닝에서 용제의 영향을 받지않음

<단점>

- 구김이 잘 생기고 형체안정성이 부족함 → 합성섬유와 혼방하거나 가공 처리함

- 내산성이 좋지 않아 과일이나 산에 의해 섬유가 손상됨

- 비중이 크므로 무거운 섬유에 속함

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(4) 용도

- 관리가 쉬워 가장 많이 사용되는 섬유임

- 겉옷, 속옷, 타월, 이불커버 등의 거의 모든 의류소재로 사용됨

2 마섬유

(1) 아마

① 생산

- 인류가 재배한 섬유로 가장 오래된 섬유

- 아일랜드, 벨기에, 러시아에서 많이 생산함

- 아마식물과 섬유는 플랙스(flax), 아마실과 직물은 리넨(linen)이라고함

생산과정

- 아마섬유는 목질부를 분쇄하여 제거한 후 빗질하여 얻음

*생산과정

• 타마(목질부 분쇄) • 쇄경(섬유분리) • 즐소(빗질하기) • 실뽑기

②성분과 형태

- 셀룰로스(80%정도), 펙틴(11%), 펜토산(8%) 등

- 단면은 5~6각형으로 중심에는 작은 구멍이 있음

- 측면은 폭이 불규칙하고 길이방향의 줄이 있고 마디가 있음

- 섬유의 끝은 뾰족함

* 아마섬유의 측면과 단면

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③성질

- 정련하면 광택있는 소재를 얻음

- 강직하며 열전도성이 좋고 촉감이 차서 시원하므로 여름옷감으로 적당함

- 레질리언스가 좋지 않아 구김이 잘 생김

→ 합성섬유나 레이온 등과 혼방하여 사용함

- 물을 잘 흡수하면서 건조가 빠르고 세탁성과 내균성이 좋음

- 세탁에 의해 빳빳함이 줄어들고 보풀이 생기므로 드라이크리닝할 것을 권장함

- 물세탁은 약알칼리성세제로 40℃이하에서 비비지 말고 가볍게 세탁할 것

- 천연의 담황색을 띠는 것은 형광증백제를 사용하지 말 것

- 내열성이 좋고 다림질 온도가 가장 높음

④용도

- 여름용 블라우스나 셔츠, 드레스 등

- 손수건과 식탁보 등 가정 및 공공시설 등의 인테리어용품의 대명사로 사용됨

→ 리넨룸, 리넨케이스, 테이블리넨, 베드리넨으로 사용됨

(2)저마(Ramie)

-우리나라에서는 모시라고 하여 삼국시대부터 애용되었고 고려시대에는 세모시가 우리나

라의 특산품이었음

① 생산

-모시풀은 습기가 많고 따뜻한 지방에서 잘 자람

-우리나라(충남한산에서 재배됨)와 중국, 동남아시아 등에서 재배

②성분과 형태

-담록색을 띠며 셀룰로스(72%정도), 펙틴(8%), 펜토산(16%) 등을 함유

-정련, 표백하면 광택을 가진 순백색을 얻을 수 있음

-단면은 타원형으로 중심에는 큰 중공이 있음

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-측면은 폭이 불규칙하고 마디가 있으며 섬유의 끝은 둥근 편

③ 성질

-셀룰로스섬유 중에서 결정과 배향이 가장 발달되어 강도가 큼

-열전도성이 좋고 촉감이 차서 시원하여 여름옷감으로 적당함

-물을 잘 흡수하면서 건조가 빠르나 탄성이 부족하여 구김이 잘 생김

-표백과 알칼리세제에는 아마나 대마보다는 잘 견디는 편임

④용도

- 여름용, 한복감, 여름용 침구류에 이용

- 폴리에스터와 혼방하여 드레스셔츠 등에도 이용됨

(3) 기타섬유

* 대마(Hemp)

- 순백색을 얻기 어려우며 수의, 여름옷, 여름침구류, 로프,

카펫 기포 등에 사용됨

- 표백하거나 알칼리와 가열하면 손상되므로

백색섬유를 얻기 어려움

- 주로 중국, 북한, 러시아, 인도, 소련에서 생산됨

- 우리나라에서는 삼베라고 하며 안동포, 곡성의 돌실나이 등

특산물이 있음

* 황마(Jute)

- 다량의 리그닌을 함유하고 있어 황색을 띰

- 표백이 어려워 천연의 누런색을 그대로 사용함

- 대기, 일광, 습기 등에 의해 강도가 현저히 떨어짐

- 의류용으로는 부적당하며 부대, 카펫기포 등에 쓰임

- 인도, 방글라데쉬, 중국이 주산지임

* 그 외에도 마닐라마, 사이잘(sisal)과 헤네켄(henekin), 야자섬유 등이 있음

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그림. 메리노면양

2. 단백질섬유

-단백질은 탄소, 수소, 산소 외에 질소를 함유하고 있으며, 황을 함유하고 있는 것도 있음.

-단백질은 가수분해되어 α-아미노산(α-amino acid)을 생성함

-단백질은 구상단백질과 섬유상단백질로 구분됨

<구상단백질>

- 단백질분자가 둥글게 얽혀 형태가 공모양에 가까움

- 물 또는 여러 용매에 대한 용해성이 비교적 좋음

- 알부민(albumin), 카제인(casein), 헤모글로빈(hemoglobin),

견생사의 세리신(sericin) 등이 속함

<섬유상단백질>

- 단백질 분자가 긴 쇄상 또는 나선형으로 규칙적 배열됨

- 용매나 약품에 잘 녹지 않음

- 양모의 케라틴(keratin), 견의 피브로인(fibroin), 피부의 콜라겐(collagen) 등이 속함

(1)양모섬유

-면양의 털을 깎아 사용함

-중석기시대부터 중앙아시아지방에서 사육하여 동남아시아, 유럽으로 전해짐

-주로 오스트레일리아에서 생산되며 뉴질랜드, 아르헨티나, 중국, 소련 등에서 생산됨

-면양 중에서 가장 품질이 좋은 것은 메리노종임

(1)형태

-단면은 원형에 가까우며 측면에는 스케일(scale)이라는 표피층이 있고 단면은 원형에

가까움

-스케일은 섬유사이의 마찰을 크게 하여 방적성을 좋게하나 축융(felting)되는 원인이 됨

-천연권축이 발달되어 있음

- 아미노기와 카르복실기가 같은 탄소에 결합되어있는 것

- α-아미노산의 아미노기와 카르복실기의 결합(-CO·NH-)을 펩티드(peptide) 결합이라고함

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그림. 모섬유의 측면과 단면

*축융

-수분, 열, 알칼리, 마찰의 작용으로 모섬유가 얽히는 성질

-양모섬유의 스케일로 인해 발생

-엉성하게 짜여진 직물을 조밀하게 할 때 이용하거나

섬유에서 펠트를 만들때 활용됨

(2)성질

<장점>

-열전도율이 작아 보온성이 좋음

-굴곡마찰강도가 커서 내구성이 우수함

-신도가 커서 몸에 잘 맞으므로 활동이 편함

-초기탄성률이 작아 부드러움

-탄성, 레질리언스가 좋아 구김이 덜 생기며 형체안정성이 우수함

-비중은 1.32정도로 면보다 가벼운 편

-권축이 있어 함기량이 크며 보온성이 좋음

-흡습성이 커서 염색성과 위생적 성능이 우수함

<단점>

-알칼리에 약하며 축융이 심해지므로 반드시 중성세제를 사용해야함

-해충피해를 입을 수 있으므로 건조한 곳에서 방충제와 함께 보관할 것

-축융성이 있어 착용과 세탁 중에 수축될 수 있어 관리에 주의하여야함

-드라이크리닝을 하는 것이 안전함

-그늘에서 건조해야함

-일광에 의해 황변되면서 강도도 저하됨

(3)용도

-겨울의류에서 여름옷까지, 내의에서 겉옷에 이르기까지 다양하게 사용됨

-카펫과 담요, 실내장식용으로 사용됨

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(4)울마크

-국제적 울제품 심볼마크

-국제양모사무국(IWS, 1997년 “더 울마크 컴퍼니”로 명칭변경)에서 제정함

-특정한 품질규격 및 테스트를 통과한 제품에만 부착하게 됨

-혼용률에 따라 3가지로 구분하여 사용함.

울마크: 울마크블렌드: 울 블렌드: 신모* 100% 함유 신모 50% 이상 신모 30~50% 제품만 사용 함유제품에 해당 함유제품에 해당

세탁기 세탁 가능마크

그림. 여러 가지 울마크

*신모: 양에서 새로 깍은 털만을 사용한다는 뜻으로 일단 제품이 되었던 것을 다시 사용하 는 재생양모가 아니라는 의미

2. 헤어섬유

- 면양을 제외한 동물의 털을 말함

- 염소(캐시미어, 모헤어)류, 낙타류 외에 여러 동물모를 사용함

- 캐시미어와 낙타모를 제외하고는 대체로 권축과 스케일이 양모에 비하여 적은 편임

그림 양과 염소류

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(1) 캐시미어(cashmere)

-인도의 캐쉬미어지방에서 서식하는 캐시미어염소의 털에서 얻은 섬유

-캐시미어의 겉털과 솜털 중에서 솜털을 사용함

-털을 깎는 것이 아니라 털갈이할 때에 털을 빗어서 모아 사용함

→털의 양이 적어 코트 한 벌을 만들기 위해서는 30~40마리의 털을 모아야 함.

-부드럽고 가볍고 광택이 있어 최고급섬유로 평가됨

-고급양복, 코트, 니트제품 등에 사용됨

-패시미나로 알려진 숄은 히말라야 고산지대인 네팔, 내몽고 등에서 생산되는

최상의 캐시미어제품으로 촉감이 좋고 매우 섬세함

(2)모헤어(mohair)

-앙고라 염소에서 얻은 섬유

-터키 등에서 많이 생산됨

-순백에 가깝고 은백색이나 담황색의 것도 있음

-좋은 광택을 가지고 있음

-스케일과 권축이 거의 없어 축융성도 없음

-표면이 평활하여 양모에 비해 더러움을 덜탐

모헤어마크 -방적성이 좋지 않고 깔깔한 촉감을 가짐

-여름용 신사복, 실내장식, 카펫용 파일직물에 사용됨

(3)낙타털

-털을 깎는 것이 아니라 저절로 떨어지는 털을 수집하여 사용함

-고급소재로 사용하는 낙타털은 솜털로서 밝은황색에서 암갈색임

-표백이 되지 않아 천연색이나 짙은색으로 염색하여 사용함

-보온성과 방수성이 뛰어나 고급코트, 스웨터 등에 사용함

-100% 제품도 사용하나 일반적으로는 양모와 혼방하여 사용함

-겉털은 벨트, 매트, 심지 등에 사용함

(4)앙고라 토끼털

-주산지는 중국이며 비중이 작아 가볍고 촉감이 부드럽고 매끄러움

-모직물, 모편성물 특히 숙녀용 스웨터, 장갑 등에 혼방하여 사용함

-권축과 스케일이 없어 단독으로는 방적할 수 없으며 양모와 혼합하여 사용함

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그림. 견섬유의

측면과 단면

몸이 투명해진 후

누에를 섶에 올리면 실을 토하여 고치를 짓기 시작함

80℃ 내외의 온탕

에 고치를 담구어 사을 뽑아냄

3. 견섬유

-기원은 중국으로 BC 2,600년경에 서능씨가 양잠을 장려함

-서방으로 전달된 것은 AD550년경임

-우리나라는 삼한시대 이전부터 양잠이 보급됨

(1)생산

-고치로부터 생사를 뽑는 과정을 조사(실켜기)라고 함

<고치 짓기와 실뽑기>

(2)성분과 형태

-천연섬유 중에서 유일한 필라멘트섬유임

-고치하나에서 뽑을 수 있는 섬유의 길이는 800~1,200m 정도임

-섬유의 단면은 끝이 둥근삼각형이며 측면은 나무막대를 길이방향으로 거칠게 자른모양

-섬유의 굵기는 1~3데니어정도

* 정련견(숙견)

- 세리신을 제거한 견으로 세리신의 제거정도에 따라 섬유특성이 달라지는데

여름용소재로 사용하는 견은 세리신의 일부를 남겨놓아 빳빳한 촉감을 갖게한

(2) 성질

-강도가 비교적 크며 초기탄성률이 커서 강직함

어린 누에가 부화

되고 뽕을 먹기 시작한후, 4번 탈피함

고치를 완성하는데

2~3일 걸림

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-광택이 우아하므로 여성복에 다양하게 이용됨

-탄성, 레질리언스가 좋아 내추성이 좋은 편임

-비중은 보통으로 면보다는 가벼운 편(1.30~1.37)임

-내일광성이 좋지 않아 햇빛에 약하므로 커튼용으로는 부적합함

-수분율이 커서 염색성이 우수하고 위생적 성능이 좋음

-산에 강하고 알칼리에 약하며 표백제는 염소계를 사용할 수 없음

-내균, 내충성이 낮으므로 보관에 유의할 것

(3)용도와 관리

-우리나라와 동양에서는 전통 민속복의 소재로 대부분 견이 사용됨

-견은 값이 비싸고 내구성이 좋지 않고 관리가 까다로우나 광택과 촉감이 좋아 여성복에

많이 이용됨

-한복용 소재, 블라우스, 드레스, 스카프 외에 신사용 넥타이 등에 이용

-땀에 의해 황변되고 섬유가 약해지므로 속옷용으로는 적합하지 않음

-물세탁할 때는 중성세제로 세탁하며 드라이크리닝을 하는 것이 적합함

-산소계표백제를 사용하며 백색의 견은 황변되기 쉬우므로 세탁과 보관시 주의할 것

-다림질온도는 150℃이하, 건조는 그늘에서 할 것

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그림 1연꽃잎의 초발수성

그림 2나비날개의

구조

그림 3중공섬유

그림 4다공흡수성

섬유

그림 5몰포나비의 발색부분과 발색섬유

의 배열구조

년대 자연계의 구조 섬유의 기능성

1953 양모의 콘쥬게이트 구조 레이온의 curl 구조

1964 표피의 근사복합구조 인공피혁

1965 천연피혁의 초극세 섬유속 인공 suede

1978 나비의 각막구조 초심색, 광택섬유

1980 실크의 이형단면구조 명주소리 합섬

1980 수목의 모세관 흡수 현상 다공, 중공, 흡수성 섬유

1983 연꽃, 토란잎의 구조 초발수성섬유

1983 나비의 날개구조 구조성 발색섬유

1992 생물의 특유구조 투시방지용 수영복

<심화학습>실크류의 기능성과 활용

(1) 생체모방기술의 활용

- 1972년 콜럼비아 대학의 브레스로우 교수는 효소기능연구로 생체모방 기술(biometrics)을 제창함 - 현재까지 생체모방기술로 개발된 기술은 생체구조 뿐만 아니라 정교한 생체기능을 해명한 결과를 합성섬유 재료에 응용하여 합성섬유가 개발된 사례가 많음 - 양모의 conjugate구조에서 권축(curl) 섬유를, 면의 중공구조에서 비롯된 중공섬유는 인공투석막 등 각종 분리막, 실크의 꽃잎형 이형단면구조를 모방하여 명주소리(scroop)를 실현시킴 - 토란과 연꽃잎이 물방울을 튕기는 특성(그림 1)을 모방하여 초발수성 섬유, 나비 날개의 미세구조(그림 2, 5)를 모방하여 발색섬유, 나방의 각막속의 요철구조를 해명하여 짙은 광택섬유와 불투명성 수영복을 개발한 것도 생물의 구조를 이용하여 광을 차단한 것 - 소취섬유는 효소의 초미세구조에서 유래됨

<biometrics를 응용한 기능섬유의 개발 사례>

- 제품의 모방요소 기술은 생물의 복합구조, 이형구조, 표면구조, 형태 및 촉매기능을 모방한 결과들임(그림 3, 4)

- 소생체모방기술을 응용한 기능성 섬유의 개발사례 <표 1>

- 이러한 기술은 자연계의 생체구조와 섬유제조 기술을 접목시켜 개발된 기술임

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2) 실크의 방사

인조섬유 중 레이온은 실크를 모방하여 개발됨 - 단섬유의 셀룰로스섬유를 필라멘트의 장섬유로 만듦 - 나일론은 실크의 아미노산 결합을 분자 중에 배열시켜 최초로 합성섬유에 아미드결합을 도입시킨 것임

그림 6) 고치실 만들기 - 뽕잎을 먹은 누에가 고치실을 만드는 것은 뽕잎의 아미노산과 단백질의 합성공장인 누에실 샘에 들어와 실샘 세포막에서 유전자를 제어시켜 2층 구조의 단백질을 합성함

- 실샘은 겔(gel) 상태의 피브로인용액을 만들고 뽕에서 얻은 칼슘 이온과 공기 중의 이산화탄소에 의하여 겔을 졸(sol) 상태로 변화시킴

- 가늘고 긴 관 속에서 액정상태로 만든 후 유동시키면서 방사관을 통하여 고치실을 방사함 → 합성섬유공정으로 보면 실샘을 합성장치, 세포막은 방사탱크로서 효소의 작용으로 실크단백질을 합성하는 것과 같음

- 누에는 고치를 지을 때에는 머리 부위를 8자 모양으로 움직이면서 계속 실을 토해 내는데 결국 현재의 합섬방사에서는 방사노즐을 고정하고 있는데 반하여 누에는 토사구를 이동하면서 이동방사를 하면서 컬을 형성하며 고치실의 집합으로 풍부한 볼륨감을 나타내어 보온, 흡습 및 촉감기능을 좋게 함 (3) 고치의 색상과 색고치의 이용 - 일반적으로 집누에는 흰색 고치를 짓지만 야생누에는 특유의 다양한 형태의 고치와 색상을 가지는데 염색분야의 경우 천연염색의 중요성이 높아지면서 색고치(그림 7)에 대한 중요성이 강조되고 있음

- 실제 고치는 황색, 등색 및 녹색 등 다양하며 동물성 섬유의 경우 염료를 사용하지 않고 트립토판을 화학적으로 개질시켜 염색하는 연구도 시도되고 있음

- 본래 유색고치는 고치실 량과 품질이 좋지 않아 이용되지 않았으나 황색의 원종과 백색의 누에품종을 교배시켜 대형고치를 생산하고 있음

- 뽕잎이나 인공사료에 색소를 첨가시켜 먹이면 색고치가 만들어지고 인 공사료와 색소 혼합사료를 먹여 착색된 유색고치를 짓는 기술을 개발함

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(4) 실크의 성능과 활용

1) 건강효과가 인정된 실크 - 실크는 기능성 소재로 잘 알려져 있음 - 실크 양말은 무좀발생을 예방하고 실크 속옷은 아토피성 피부염, 실크 이불은 감기예방이 되는 것으로 알려져 있음 - 실크가 건강에 좋은 이유는 일반적으로 수분이동 특성에 기인한 것으로 설명함 →인체에서 발산되는 수분을 잘 증발함으로써 쾌적한 이복 내 기후를 형성하는 것으로 보는 것

2) 자외선 차단기능과 세균의 방어기능 - 고치 탈피 후의 표피는 저항성이 극히 약하기 때문에 고치를 짓고 그 속에서 변태와 탈피함 - 이때 고치층은 자외선과 외계로부터의 천적이나 세균의 침입을 방지하는 역할을 함 - 그 기능 중에서 자외선 차단효과를 확인하기 위하여 실험한 결과 야잠고치실의 투과율이 가장 낮았음 - 집누에 고치실 피브로인에는 글리신과 알라닌의 점유율이 70-80%였고 글리신(42.8%)이 많았는데 야잠 피브로인에는 알라닌의 점유율이 높았음 - 이런 결과로 편향된 피브로인의 아미노산 조성은 실크의 기능성과 관계가 있는 것으로 생각 할 수 있으며 개별 아미노산의 기능성이 인정되어 비섬유 건강보조제 등으로 피브로인이 널리 활용되고 있음

3) 항균성 - 예로부터 신선한 생선이나 과일을 보관할 때 누에고치를 넣으면 부패를 예방하여 신선

도를 연장시키는 사례가 있음

- 이러한 실크의 항균성을 증명하기 위하여 셀룰로스와 실크로 만든 종이로 찹쌀떡을 포

장하여 곰팡이의 증식상태를 관찰함

- 셀룰로스제 종이로 포장한 떡에서는 2-3일 후에 크고 작은 곰팡이가 발생하였지만 야잠

실과 집누에실종이 포장에서는 공팡이의 발생이 억제됨

4) 바이오 섬유의 개발

- 거미실크는 방탄가능한 정도의 강도와 30%이상의 신도를 가지며 연필심 굵기 정도면

비행 중에 있는 첩보기를 정지시킬 수 있는 강도를 갖는 것으로 알려짐

⇒ 지구 위에 생존하는 곤충은 특이한 생체기능을 가지고 있다. 그 중에서 누에와 거미가 실크를 방사하는 기능을 합성섬유 제조 원리에 도입하게 되면 머지않은 미래에는 꿈의 섬유가 탄생할 것이 기대된다.

<자료출처: 남중희, 섬유기술과 산업, 한국섬유공학회, 9(2), 2005.>