주요 섬유소재의 특징
1) 셀룰로오즈(Cellulose)계 섬유
(Cellulose의 화학구조 )
가) 면(綿, cotton) : 종자섬유(seed fiber)
∙ 천연적인 꼬임
∙ 중공(lumen)
∙ 친수기(-OH)가 많다
∙ β-D-glucopyranose의 탈수축합 반응
∙ 품종(이집트면, 인도면 등), 재배환경 등에 따라 강/신도, 섬유장이 다르다.
∙ 강도가 습윤상태에서 10%정도 증가
∙ 공정수분율이 8.5%
∙ 염색은 직접, 환원, 반응성
∙ 내약품성 : 강알칼리에서 머서화가공(mercerization)
나) 마 (麻, linen) : 인피섬유(bast fiber)
아마(linen)
대마(hemp)
황마(jute)
저마 (ramie)
∙ 천연적인 작은 마디
∙ 아주 미세 중공(lumen)이 여러개 존재
∙ 초기탄성계수가 높아 뻣뻣한 느낌
∙ β-D-glucopyranose의 탈수축합반응
∙ 물이 증발할 때 증발열을 빼앗아 가므로 여름에 청량감을 느낌
∙ 의마가공 (면을 마처럼 만드는가공)
2) 단백질계 섬유
1분자속에 아미노기(-NH2)와 카르복실기(-COOH)를 동시에 갖는 화합물을 아미노산(amino acid)이라 하고, 아미노기와 카르복실기가 동일한 탄소원자에 결합한 것을 α-아미노산이라 한다.
α-아미노산은 -NH2기와 -COOH기가 다음과 같이 축합중합하여 고분자화합물질인 단백질을 만든다.
(-CO-NH- 결합 : 펩티드(peptide)결합, 아마이드(amide)결합)
가) 양모(羊毛, wool)
∙ 비늘(scale)
∙ 권축구조(파라코르텍스, 오르소코르텍스)
∙ 공정수분율 15.0% 최고
∙ 숭고성
∙ Felting 현상 → 방축가공
나) 견 (絹, silk)
∙ 천연섬유중 유일한 연속상의 장섬유
∙ 세리신(sericine)내에 피브로인(fibroin) 2개로 구성
∙ 약알칼리로 정련(디거밍, 탄산나트륨)
∙ 삼각단면→광택우수
∙ 견명(絹鳴)현상
∙ soft touch
(F : fibroin S : sericin h : 외표피 )
3) 재생섬유
가) 비스코스 레이온(viscose rayon)
목재펄프 등의 셀룰로오즈를 적당한 용매에 용해 시켜
방사 액을 만든 다음 긴 필라멘트로 방사
(비스코스 레이온의 제조공정)
∙ 드래이프(drape)성과 반발성이 우수
∙ 비중 1.52
∙ 습식방사
∙ 수분흡수시 강도저하가 가장 심함
나) 정제된 셀룰로오즈 재생섬유
ㄱ) 라이오셀(lyocell, 렌징(오스트리아)),
ㄴ) 텐셀(tencel, 코틀즈(영국) =>렌징(오스트리아)으로 매각)
다) 고강력 레이온 (POLYNOSIC)
ㄱ) 준론(junlon, fujibo(일본)=>생산중단),
ㄴ) 모달(modal, 렌징(오스트리아))
4) 반합성 섬유
가) 아세테이트(acetate)
∙ 안감지→우수한 광택, 드래이프성→합섬과 혼방→패션
∙ 건식방사
∙ 굴절률이 낮다(섬유축과 평행 1.478, 섬유축과 수직 1.473)
∙ 디아세테이트 > 트리아세테이트
∙ 공정수분율 6.5%(다소 소수)
∙ 셀룰로오즈의 -OH기가 아세틸기(-OCH3CO)로 치환
- 강력 : 중 정도의 강력을 가진다.
- 탄성 : 레이온에 거의 유사하거나 그다지 높지 않다. 트리아세테이트
는 아세테이트 보다 약간 높다.
- 원상회복력(resilience) : 아세테이트는 나쁘나 트리 아세테이트는
우수하다.
- 흡습성 : 아세테이트 6.0%, 트리 아세테이트 3.5%이며 습윤 상태로
되어도 강력은 그다지 저하하지 않는다.
- 내열성 : 아세테이트에서는 다리미온도는 135℃로 충분하며,트리
아세테이트는 아세테이트 보다 내열성이 우수하여 다리미
온도를 204℃까지 올릴수 있다.
- 가연성 : 아세테이트, 트리 아세테이트 모두 서서히 연소하며 불똥은
용융물로 화상의 원인이 된다.
- 도전성 : 아세테이트에서 양호하며 트리 아세테이트에서는 높다.
건조시에는 도전성이 나쁘게 되어 정전기를 발생한다.
- 비중 : 아세테이트, 트리 아세테이트 모두 1.32이다.
5) 합성섬유 (부가 중합형)
가) 폴리에틸렌(polyethylene)
∙ CH2=CH2 → -CH2-CH2- → -(CH2-CH2)n-
∙ 고밀도 PE(저온 저압하에서 중합, 分枝적음)
저밀도 PE(고온 고압하에서 중합, 분지많음)
∙ 마찰계수 작음
∙ 비중(0.94-0.96)→물에 뜬다
∙ 흡수성 없음→염색불가
나) 폴리프로필렌(polypropylene)
∙ CH2=CH(CH3) → -CH2-CH(CH3)- → -(CH2-CH(CH3))n-
∙ 백도가 섬유중 가장 양호
∙ 마찰계수 큼
∙ 비중(0.91)
∙ 흡수성 없음→염색불가(原液着色)
다) PAN(polyacrylonitrile)
∙ 3대 합성섬유 가운데 하나
∙ 5-10%의 다른 monomer 공중합체 (vinyl acetate CH2=CH(OCOCH3 등)
∙ High bulk yarn(권축사, conjugate방사(side by side)) → 보온성 → Knit 제품의 비약적 발전
∙ 가볍다(비중 1.17), 강도 2g/d
∙ 연화점(軟化點) 300℃
∙ 최근 도전성 섬유제조 원료 각광
∙ 내광성
라) PVC(polyvinylchloride)
∙ CH2=CH(Cl) → -CH2-CH(Cl)- → -(CH2-CH(Cl))n-
∙ 불연성→커텐, 인테리어
∙ 융점 : 200～210℃
마) PTFE(polyteafluoroethylene)
∙ C-F 결합력(105.4Kcal/mol) → 내열성, 내화학성
∙ 융점 : 325℃
∙ 마찰계수 : 0.04-0.10(나일론 0.30-0.39, PVC 0.4-0.9)
∙ Teflon(DuPont)
∙ 패킹재료, 인조혈관
∙ 굴절률이 물에 가깝다.
6) 합성섬유 (축합 중합형)
가) PET ( polyethylene terephthalate )
폴리에스터 섬유는 2가 알코올과 테레프탈산의 에스터를 85% 이상 함유하는 합성고분자로부터 제조된 섬유이며, 주쇄를 이루는 구조단위가 에스터기(COO)인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 만들어지기 때문에 보통 폴리에스터 섬유라고 하며 PET로 지칭함.
∙ 건습시 강도변화가 거의 없다.
∙ 초기탄성회복율이 커서 구김발생이 적음.
∙ 열고정성이 우수하여 신축, 구김, 형태안정성이 우수.
∙ 흡습성이 나쁨(공정수분율 0.4%)
∙ 마찰대전성이 큼. 필링성, 광분해성
∙ 황변하지 않음(고분자내에 N 원소 없음)
∙ 내열성(융점 약 265℃), 알카리에 가수분해
∙ 분산염료로 염색
∙ 연소전에 용융되어 바닥에 떨어지므로 쉽게 불꽃이 전파되지 않음
나) PBT ( polybuthylene terephthalate )
PBT 테트라메틸렌글리콜 (1.4-부탄다이올)과 테레프탈산 또는 테레프탈산디메틸과의 중축합으로 합성되는 폴리머로 Melting Point 225℃, 열변형온도(1.86kgf/㎠) 58℃의 결정성 열가소성 플라스틱. 흡수율이 작아서 내약품성이 우수하지만 내열성이나 고농도 알칼리성에는 떨어진다.
∙ 탄력성 섬유
∙ 스타킹, 수영복 등
다) PTT ( polytrimethylene terephthalate )
최근 타 화섬 소재에 비해 신축성이뛰어나고 촉감이 부드러워 주목받고 있는 PTT는 이미 1941년에 PET섬유와 함께 중합방법이 보고 되었으나, 그 후 약 50년 이상의 기간동안 휴면기를 거쳤기 때문에 대부분의 관련자료는 1950년도를 전후한 고분자 관련 저널에 다수의 논문이 등록되어 있다.
소재 특성의 우수함에도 불구하고 상업화가 지연된 이유는 PTT의 주원료인 1,3-propandiol(PDO)의 가격이 워낙 비싸 한동안 관심 밖으로 밀려나 있었기 때문이다.
그 후 90년대초 미국의 Shell사가 세계 최초로 원가를 혁신한 PDO의 개발에성공함으로서 상업생산이 시작되었다. Shell사는 「Corterra」라는 상품명으로 PTT수지를 생산하고 있으며 현재까지는 카핏, 엔지니어링 플라스틱 등 주로 산업용으로 응용되어 왔으나 최근들어 국내외 몇몇 섬유메이커와 긴밀한 관계를 유지하며 PTT를 섬유용도로 개발하기 위한 노력을 기울이고 있다.
∙ PTT 고분자를 방사하여 우수한 신축 특성을 가진 필라멘트 및 스테이플사를 얻을수 있다.
∙ 낮은 영율 모듈러스로 인해 신감각의 부드러운 촉감
∙ 직물에 적용시 깊은 드레이프성 부여가 가능하고 Zigzag 형태의 결정구조로 인해 우수한 탄성회복력을 가진다.
∙ 110∼120℃의 저온에서 염색성 및 발색성이 매우 우수해 PTT 를 일컬어"차세대 섬유" 라 부름.
라) CDP ( cation dyeable polyester )
PET를 중합할 때에 공중합체로서 sodium-dicarbomethoxy benzene sulfonate를 2-3 mol% 가하여 공중합
∙ Cation (염기성) 염료 가염 PET로서 선명한 색상 발현
마) Nylon 6
정의: 카프로락탐(-caprolactam)으로 만들어진 선상 고분자
화학식 : H-[-NH(CH2)5CO-]nOH
발명: 1932년 미국인 캐로더즈(Carothers)
특성: 강도,탄성 및 내마모성 큼,비중이 작고,흡습성 낮음, 내화학
약품성 큼.
∙ 현미경에 의한 외관 : 표면은 대단히 평활, 균일
∙ 섬유장 : 필라멘트는 어떠한 길이로도 가능하며, 스테이플파이버로서도 생산되고 있음.
∙ 광택 : 강하고 고유한 광택을 지님. 광택의 정도는 필요에 따라서 조절할 수 있음.
∙ 강력 : 극히 높으며 60,000∼108,000psi(4∼7g/d)
∙ 탄성 : 대단히 높음.
∙ 인장회복성 : 구김회복성이 대단히 우수함.
∙ 흡습성 : 3.8%(21℃, 65% R.H) 습윤에 의해서 강력이 약간 저하함.
∙ 내열성 : 높은 내열성을 가지며 250℃, 5시간의 가열에 의해서 황변함.
나일론布의 다림질 온도는 135℃로 충분
∙ 가연성 : 서서히 융해하면 연소를 조장하지 않음.
∙ 도전성 : 낮다. 着用中에 정전기를 발생함.
∙ 비중 : 1.14 밀도는 낮음
<화학적 특성>
∙ 산에 대한 作用 : 진한 强酸에 의해서 강력이 저하하며 5% 염산에서 저비하면 분해됨.
약산(묽은산)에 대해서는 저항성을 지님.
∙ 알칼리에 대한 作用 : 높은 저항성을 지님.
∙ 유기산에 대한 作用 : 드라이크리닝用 용제 및 얼룩제거용 시약에 대하여 저항성을 가짐.
아세톤에서는 용해하지 않지만 濃개미산에 용해됨.
∙ 표백제에 대한 作用 : 얼룩제거용 산화표백제 혹은 환원표백제에는 영향이 없지만 강한 산화표백제에는 손상됨.
∙ 곰팡이에 대한 作用 : 나일론은 완전한 저항성을 갖지만 수지가공제는 害를 받음
∙ 蟲에 대한 作用 : 통상의 사용 조건하에서는 완전한 저항성을 가짐.
∙ 일광,대기에 대한 作用 : 오래 지나면 강력이 저하한다. 브라이트 나일론은 덜나일론絲 보다도 저항성이 큼.
∙ 염색성 : 산성, 직접, 환원, 분산, 염기성염료 등이 사용됨.
바) Nylon 66
헥사메틸렌디아민+아디프산=나일론 66염(AH salt)을 만드는 단계,
나일론 66염을 축중합시켜 중합체를 만드는 방법
* 용융방사의 제사공정:건조⇒방사⇒연신 및 열고정
* Spin-draw machine:방사와 연신을 한단계에서 실시
∙ 나일론 6의 용도와 같고,융점이 나일론 6 보다 높으므로 고온에서 열 처리가 가능하여 열고정이 우수함
∙ 가연사의 경우 신축성이 높아 여성용 스타킹 제조 유리
◆ 산업용
∙ 200d 이하:컴퓨터 리본,재봉사,낙하산 등
∙ 200∼800d:가방,고무보강용,자동차 에어백 등
∙ 800d 이상:타이어 코드,카핏용(BCF와 단섬유) 등
∙ 기타:범포(tarpauline),로프,실내장식재 등