6주
인조섬유 – 합성섬유(1)
섬유소재분석론
1. 합성섬유의 특성을 알아본다.
2. 축합중합체 합성섬유인 나일론, 폴리에스터, 폴리우레탄 섬유의 특성과 용도를 알아본다.
1. 합성섬유
1. 합성섬유 : 인조섬유 중에서 유기화학 물질을 원료로 하여 제조한 섬유를 말함.
1930년 후반 미국의 듀폰(Du Pont)사에 의해 합성섬유인 나일론이 발명되었고, 제2차 세계 대전 이후 여러 가지 다른 합성섬유가 개발되었음.
2. 합성섬유의 역사
우리나라는 1963년에 나일론의 생산과 함께 합성섬유 공업이 시작되었으며, 현재 세계 제 10위권 이내의 합성섬유 생산국으로 성장하게 되었음. 따라서 인조섬유 소비량이 천연섬유 소비량을 능가하게 되었음.
3. 합성섬유의 종류
축합중합체 합성섬유 : 나일론(폴리아미드), 폴리에스터, 폴리우레탄(스판덱스) 부가중합체 합성섬유 : 아크릴, 올레핀(폴리프로필렌, 폴리에틸렌)
합성섬유
2. 축합중합체 합성섬유- 나일론 (폴리아미드)
1. 나일론(Nylon) 섬유 제조
섬유분자의 구조단위가 아미드(-CONH-)결합에 의해 연결된 합성고분자로 제조된 섬유.
구조단위가 지방족으로 되어있을 때 나일론이라 함.
나일론은 최초의 합성섬유로 1935년 미국 듀폰사의 화학자 캐로더스에 의해 나일론66 합성되는데 성공- 1938년 스타킹으로 시판됨.
폴리아미드제조 : 아디프산+헥사메틸렌디아민→나일론염+압력+열로 중합 → 나일론66 수지칩→가열하여 녹임→용융방사
2. 나일론 섬유의 형태 및 내부구조 1) 섬유의 형태
단면 : 주로 원형(노즐에 따라 다름)
측면 : 매끄럽고 유리막대처럼 균일한 모양을 가짐.
⇒ 광택을 줄이기 위해 소광제인 이산화티탄을 첨가함.
단면의 형태를 여러 형태로 만들어 이형단면 섬유를 만들기도 함.
합성섬유 - 나일론
합성섬유 - 나일론
2) 섬유의 내부구조
제조조건에 따라 섬도, 촉감, 광택,투명도 등 다양한 섬유를 만들 수 있음.
부피가 큰 측쇄를 가지지 않고 수소결합이 발달하여, 분자쇄가 치밀하게 인접할 수 있어 결정이 발달함. 연신 과정을 거쳐 섬유의 배향과 결정이 더욱 발달하여 결정화도가
50~80%에 달함.
단면: 주로 원형 측면: 매끄럽고 유리막대처럼 균일함
합성섬유 - 나일론 3. 나일론의 성능
광택 : 일반 나일론은 원형단면을 가져 강한 광택을 띰.
외관 : 초기탄성률이 매우 낮아 지나치게 유연하여 의복의 형체를 유지하지 못함.
유연하면서도 비중이 낮아 가벼워 드레이프성이 우수하지 못함.
촉감 : 부드럽고 미끈미끈한 느낌을 줌. 피부에 직접 닿는 느낌이 우수함.
흡습성 : 표준수분율 4%로 천연섬유에 비해 작음.
비중 : 1.14로 천연섬유나 폴리에스터에 비해 가벼움.
강도와 신도 : 강도와 신도는 모두 커서 매우 강인한 섬유임. 습윤 시 강도는 조금 감소하고 신도는 증가함. 나일론66은 3~6g/d, 나일론6은 4~7g/d으로 매우 큼.
초기탄성률 : 매우 작아서 매우 유연함. 형체유지능력 부족해 정장에 부적당함.
마모강도 : 매우 큼.
탄성과 레질리언스 : 탄성은 아주 좋음. 회복에는 다소 시간 걸림.
우수한 레질리언스는 내추성에 좋음(주름 덜 감).
내일광성 : 일광에 매우 약함. 자외선에 노출되었을 때 강도가 저하되는 속도가 빠름.
합성섬유 - 나일론
내연성 : 난연성 섬유로 불 속에서는 녹으면 서서히 타다가 불 밖에서는 저절로 꺼짐.
150℃이상 온도에서 장시간 방치 시 황색으로 변함.
대전성 : 표면에 정전기 잘 생기고 축적되어 감. 대전방지 가공이 필요함.
내수성 : 물에 젖으면 강도가 다소 감소함. 세탁 후 쉽게 건조되는 장점이 있음.
방오성 : 소수성 섬유로 기름에 쉽게 오염되고 잘 제거되지 않으며 축적되어 점차로 색이 탁해짐.
내약품성 : 비교적 좋음, 알칼리에 별로 손상 받지 않음.
방추성 : 구김이 잘생기지 않음.
열가소성 : 매우 좋아 스타킹 등 열고정을 이용함.
내열성 : 썩 좋지 못하지만 피복 재료로는 별 지장 없음. 150℃이상 온도에서 장시간 방치시 황색으로 변함. 탈 때는 녹으면서 뚝뚝 떨어지며 탐.
내약품성: 알칼리에 좋은 저항성 가짐. 산에 약함.
항미생물성: 해충에 거의 침식받지 않음.
생분해성 : 반복 단위가 짧고 규칙적이라 결정화도가 높아 생분해가 어려움.
4. 나일론의 용도와 관리
신도가 크고 탄성과 레질리언스 좋아 스타킹, 란제리에 많이 사용.
마모강도가 좋아 양말, 셔츠, 스포츠의류 등 편성물에 많이 사용.
다른 섬유와 혼방에 쓰이긴 하지만 폴리에스테르보다는 훨씬 덜 사용.
강도가 커서 내구성을 필요로 하는 곳에 많이 사용.
내일광성이 나빠서 커튼, 야외용은 부적합
결점: 대전성, 필링 발생, 흡습, 투습성 적어 착용시 불쾌함.
세탁시 다른 직물의 염료를 쉽게 흡착함.
5. 아라미드(aramid) : 아라미드는 85% 이상의 아미드 결합이 두 개의 방향족 환과 연결되어 있는 폴리아라미드임. 아미드결합이 두 개의 방향족 환의 위치에 따라 파라(para)형과
메타(meta)형으로 구분됨.
케블라(Kevlar): 파라계 아라미드 섬유
노멕스(Nomex): 메타계 아라미드 섬유 등이 있음.
합성섬유 - 나일론
3. 축합중합체 합성섬유- 폴리에스터
1. 폴리에스터(Polyester)
폴리에스터의 제조 : 섬유분자의 기본단위인 2가 알코올(HOROH)과 테레프탈산 (HOOC⌬COOH)의 에스테르(-COO-)를 85% 이상 함유하는 합성고분자.
합성섬유 중 생산량이 가장 많고, 우리나라는 1968년에 대한화섬에서 처음 생산됨.
폴리에스터섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)이며, PET병과 같은 화합물을 사용함. 용유방사로 방사.
방사시 연신하여 열고정하며, 연신비율은 섬유의 성질에 따라 달리함.
2. 폴리에스터 섬유의 형태 및 내부구조 1) 섬유의 형태
단면 : 원형에 가깝고 용도에 따라 이형단면섬유도 만듦.
측면 : 매끈하고 투명하여 섬유의 형태에 의해 다른 합성섬유와 구별되지 않음.
⇒ 이산화티탄(TiO2)을 첨가해 무광으로도 만듦.
합성섬유 - 폴리에스터
합성섬유 - 폴리에스터
2) 섬유의 내부구조
분자쇄에 벤젠고리가 있으므로 나일론만큼 쉽게 결정화하지 못하나, 분자구조가 규칙적이어서 결정이 발달하고 내부구조가 치밀한 편임.
단면: 주로 원형 측면: 매끄럽고 유리막대처럼 균일함
합성섬유 - 폴리에스터
3. 폴리에스터의 성능
광택 : 광택이 강하고 온화하지 못함. 소광제 처리나 표면에 홈을 만들어 광택을 조절하기도 함.
외관 : 초기탄성율이 커서 강경한 편으로 드레이프성이 좋지 않음.
촉감 : 미끈미끈한 느낌을 줌. 알칼리 감량가공을 하면 촉감이 개선됨.
흡습성 : 수분율 0.2~0.8% 정도 낮음. 때문에 습기가 강도와 신도에 영향을 미치지 않음.
수증기 상태의 땀을 흡수하는 흡습성은 아주 낮지만, 심지흡수성이 있어 액체 상태로 흐르는 땀을 흡수하는 성능은 우수함. 또한 세탁 후 쉽게 마르고 세탁에 대하여 형체의 안정성이 있어 세탁 후 다림질 필요 없는 워시 앤드 웨어(wash and wear)의복을
만들 수 있음.
보온성 : 열전도율이 높아 보온성이 우수하지 못함.
비중 : 1.38로 양모와 비슷함. 나일론보다 무겁고 적당한 드레이프성을 가짐.
강도와 신도 : 일반적인 강도는 4~7g/d로 강도와 신도는 매우 커서 강인한 섬유임.
마모강도 : 나일론보다 다소 낮음.
합성섬유 - 폴리에스터
탄성과 레질리언스 : 탄성은 천연섬유보다 우수하나 나일론보다는 작음. 구김이 잘 생기지 않음.
작은 신장후의 즉시 회복률이 나일론보다 우수하여 착용시 작은 신장을 받는 의복감으로는 나일론보다 우수함.
내연성 : 난연성 섬유로 불 속에서는 오그라들고 녹으면서 탐.
대전성 : 흡습성이 낮아 정전기 잘 생김.
내수성 : 물에 젖어도 강도가 감소하지 않음.
방오성 : 기름에 쉽게 오염되고 잘 제거되지 않음.
내약품성 : 산과 알칼리에 강하며 세제 및 드라이클리닝 용매에 의해 손상을 입지 않음.
강알칼리에 용해되는 성질을 이용하여 알칼리 감량가공을 함.
방추성 : 탄성회복률이 크고 레질리언스가 우수함. 변형을 즉시 회복하는 성능이 우수함.
열가소성 : 매우 좋아 형체를 원하는 대로 고정할 수 있음.
내열성 : 다림질이 필요 없으나 다림질은 낮은 온도에서 뒷면을 다림.
항미생물성: 해충이나 균에 침식받지 않음.
생분해성 : 분자구조가 규칙적이고 결정이 발달하여 생분해가 되지 않음.
합성섬유 - 폴리에스터
4. 폴리에스테르의 용도와 관리
탄성과 레질리언스가 우수하고, 흡습성이 적어서 세탁 후 쉽게 마르고, 구김이 안 생기며.
열가소성이 좋음 - 세탁 후 거의 다림질이 필요 없는 워시 앤드 웨어로 신사, 숙녀, 아동복으 로 널리 사용되며 편성물로도 많이 사용함.
스테이플 섬유는 다른 섬유와 혼방하여 강도, 내추성, 형체 안정성을 향상.
폴리에스테르의 흡습성, 대전성을 보완
레질리언스가 좋아 솜으로 이불, 방한복의 충전재로 적합, 황변현상 없어 커튼감으로 훌륭함.
폴리에스테르는 관리가 쉬워 세제와 표백제의 제한 없이 세탁기 사용가능.
드라이클리닝도 가능하며 다림질온도는 150℃ 이하가 적합.
4. 축합중합체 합성섬유- 폴리우레탄 (Polyurethane)
1. 폴리우레탄(스판덱스)의 제조
폴리우레탄 섬유는 우레탄결합(-HNCOO-)을 갖는 분자쇄를 85%이상 함유하는 합성고분 자로 만들어짐. 듀폰사에서 1958년 탄성이 매우 큰 라이크라(Lycra)를 발표 후, 폴리우레탄 섬유의 사용이 증가되었음. 이와 같이 폴리우레탄으로 탄성이 큰 섬유를 스판텍스(spandex) 라 함. 보통 500~700%의 신도를 가지는 신축성이 매우 큰 섬유로 고무대신 사용함.
우레탄기는 이소시아네이트기(N=C=O)와 수산기(-OH)의 반응으로 생성됨.
분자의 배열시 치밀하여 강한 분자간 인력을 갖는 강경한 부분과 신장시 늘어나는
유연한 부분의 두 구조로 구성됨. 제품에 따라 방사법이 다르나 주로 건식방사를 함.
합성섬유 - 폴리우레탄
합성섬유 - 폴리우레탄
2. 폴리우레탄 섬유의 형태 및 내부구조 1) 섬유의 형태
단면 : 원형 단면으로 완전히 건조되기 전에 서로 접촉하여 섬유가 붙어 다발을 이룸.
다른 스판텍스는 땅콩껍질, 강아지 뼈 형태를 띰.
단면: 원형의 다발 측면
합성섬유 - 폴리우레탄
2) 섬유의 내부구조
강경한 방향족 세그먼트와 유연한 폴리에테르나 폴리에스터 세그먼트가 우레탄 결합에 의 해 연결된 공중합체임. 유연한 세그먼트가 비결정 영역을 이루고, 섬유가 이완될 때 코일 형태로 있다가 섬유를 잡아당기면 코일이 길게 펼쳐져서 매우 큰 신도를 가지게 됨.
스판덱스의 신장과 수축 형태
합성섬유 - 폴리우레탄
3. 폴리우레탄의 성능
광택 : 전반적으로 소광제를 첨가하지 않고 광택섬유로 투명하게 사용함. 필링이 생기지 않음.
염색성: 산성, 크롬, 분산염료에 염색가능. 견뢰도는 좋지 않음.
촉감 : 미끈미끈하지만 다른 섬유로 피복하여 사용하므로 직접 피부에 닿는 경우는 거의 없음.
흡습성 : 표준수분율이 0.3-1.3%로 낮은 편이나 수분의 침투가 가능함.
비중 : 1.2내외로 천연섬유나 폴리에스터에 비해 가볍고 고부보다는 무겁다.
강도와 신도 : 강도는 0.6g/d로 작음. 신도는 450-800%로 섬유 중 가장 큼.
초기탄성률 : 매우 작아서 부드럽고 유연함.
탄성과 레질리언스 : 우수함. 구김이 잘 생기지 않으며 열가소성을 가져 형체안전성이 좋음.
내일광성 : 일광에 황변되면서 서서히 약해지지만 심각하게 섬유에 손상되지 않음.
내연성 : 높은 온도로 가열하지 않아야 탄성을 유지함. 불에는 녹으며 비교적 잘 탐.
내약품성: 일반적으로 좋은 편, 강알칼리에 강도 저하. 염소계 표백제에 황변되고 강도 저하됨.
내열성 : 약 230℃에서 녹으며 170℃에서 연화됨. 열가소성 있음.
항미생물성: 균이나 벌레에 저항함.
참고문헌
텍스타일(Sara J.Kadolph(유지헌외 3인 옮김)/시그마프레스) 새로운 의류소재학(조길수외 4인 공저/동서문화원)
패션소재기획(김정규.박정희/교문사) 피복재료학(김성련/교문사)
