합성섬유

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1. 개요
2. 역사
- 2.1. 초기 합성 섬유 개발
- 2.2. 합성 섬유의 발전과 상업화
3. 종류
- 3.1. 주요 합성 섬유
- 3.2. 기타 합성 섬유
4. 특수 합성 섬유
- 4.1. 고성능 섬유
- 4.2. 기타 특수 섬유
5. 환경 문제 및 지속 가능한 발전
참조

1. 개요

합성 섬유는 인공적으로 제조된 섬유로, 19세기 후반 샤르도네에 의해 최초의 인조 실크가 개발된 이후, 나일론, 폴리에스터, 아크릴, 폴리올레핀 등 다양한 종류가 상업화되었다. 듀폰에서 나일론을 개발한 이후, 폴리에스터 섬유 생산이 증가하며 합성 섬유 산업은 급성장했다. 현재 합성 섬유는 섬유 시장의 약 절반을 차지하며, 의류, 산업용품 등 다양한 분야에 사용된다. 그러나 생산 과정에서의 에너지 소비와 미세 플라스틱 배출 등 환경 문제도 제기되고 있으며, 친환경적인 개발 및 재활용을 위한 노력이 진행되고 있다.

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합성섬유
개요
종류	인공적으로 만들어진 섬유
재료	고분자를 기반으로 함
특징
장점	대량 생산이 가능함 다양한 용도로 사용 가능함 천연 섬유에 비해 품질이 균일함 특정 목적에 맞게 성질을 조절 가능함 가격이 저렴함
단점	수분 흡수율이 낮음 정전기가 발생하기 쉬움 열에 약한 경우가 많음 환경 오염을 유발할 수 있음
분류
화학 섬유	재생 섬유: 천연 고분자를 화학적으로 가공하여 만듦 (예: 레이온, 아세테이트) 반합성 섬유: 천연 고분자에 화학적 처리를 하여 만듦 합성 섬유: 석유나 천연 가스 등의 원료로부터 중합 반응을 통해 만듦 (예: 나일론, 폴리에스터, 아크릴)
무기 섬유	유리 섬유 탄소 섬유 금속 섬유
주요 합성 섬유
나일론	강도가 높고 탄성이 좋음 옷감, 스타킹, 어망 등에 사용
폴리에스터	구김이 적고 내구성이 좋음 옷감, 침구류, 산업용 섬유 등에 사용
아크릴	가볍고 보온성이 좋음 스웨터, 담요, 인조 모피 등에 사용
폴리우레탄	신축성이 좋음 운동복, 수영복, 스판덱스 등에 사용
폴리프로필렌	가볍고 내수성이 좋음 포장재, 자동차 내장재, 부직포 등에 사용
역사
초기	19세기 말부터 개발 시작 레이온이 최초의 상업화된 합성 섬유
발전	20세기 중반 이후 급격한 발전 나일론, 폴리에스터 등 다양한 합성 섬유 개발
현대	기능성, 친환경 섬유 개발 섬유 복합재료 등의 새로운 응용 분야 확대

2. 역사

합성 섬유의 역사는 19세기 후반, 천연 섬유의 대체재를 찾기 위한 노력에서 시작되었다. 1970년 인조섬유의 성장률은 유럽 모든 국가에서 계획보다 낮았지만, 산업 전반에 걸친 기술 적용으로 해소될 수 있었다. 당시에는 1970년대 중반에 폴리에스터 섬유의 세계 총생산량이 폴리아마이드 섬유(나일론) 생산량을 넘어설 것으로 예상했으나, 흡수성이 개선된 재사용 가능한 나일론 등 다양한 폴리아마이드 개량형이 상업적으로 이용되면서 이는 잘못된 예측이 되었다. 듀퐁사의 퀴이나는 생사와 경쟁하기 위해 개발되었고, 몬산토 회사에서 개발되어 영국에서 생산된 새로운 나일론은 고급품으로 여겨졌다. 절단이나 휘비레이션으로 생산된 필름 기반의 실은 황마 대체재로 자리 잡았으며, 의복용 직물에 방사를 사용하는 개발 사업도 진행되었다. 화염에 강하고 고온에 견디는 섬유 물질이 널리 사용되었지만, 가발 수요 증가로 인한 모다크릴릭스 부족은 산업 이용을 지연시켰다.

나일론은 최초로 상업적으로 성공한 합성 열가소성 고분자였다. 듀폰(DuPont)은 1927년 연구를 시작했고, 1935년 2월 28일 월리스 휴엄 캐러더스(Wallace Hume Carothers)가 최초의 나일론인 나일론 66을 합성했다.

2. 1. 초기 합성 섬유 개발

힐레르 드 샤르도네(Hilaire de Chardonnet)는 최초의 인조 실크인 "샤르도네 실크"를 발명했다. 1870년대 후반, 샤르도네는 루이 파스퇴르(Louis Pasteur)와 함께 프랑스의 누에를 파괴하는 전염병 치료법을 연구하던 중, 암실에서 실수로 액체를 쏟아 니트로셀룰로오스를 실크 대체재로 사용할 수 있다는 것을 발견했다.^[1] 샤르도네는 이 발견의 가치를 깨닫고 새로운 제품을 개발하여 1889년 파리 박람회에서 전시했다.^[2] 그러나 샤르도네 실크는 인화성이 매우 높아 다른 안정적인 재료로 대체되었다.

1894년, 영국 화학자 찰스 프레더릭 크로스와 그의 동료 에드워드 존 비번, 클레이튼 비들은 최초로 성공적인 비스코스 공정을 개발했다. 이들은 염기성 조건에서 이황화탄소와 셀룰로스의 반응 생성물이 매우 점성이 높은 크산테이트 용액을 생성한다는 점에 착안하여 이 섬유를 "비스코스"라고 명명했다.^[3] 1905년, 영국 회사 코르토즈에서 최초의 상업용 비스코스 레이온을 생산했다. 1924년에는 "레이온"이라는 이름이 채택되었고, "비스코스"는 레이온과 셀로판을 만드는 데 사용되는 점성 유기 액체를 가리키는 데 사용되었다. 1865년에는 초산셀룰로스로 알려진 유사한 제품이 발견되었다. 레이온과 아세테이트는 모두 인조 섬유이지만, 목재로 만들어지기 때문에 진정한 합성 섬유는 아니다.^[4]

최초의 "완전 합성" 섬유인 나일론은 1930년대에 화학 회사 듀폰의 미국 연구원 월리스 캐러더스에 의해 개발되었다. 나일론은 곧 미국에서 실크 대체재로 등장했으며, 특히 제2차 세계 대전 중 배급 시기에 맞춰 출시되어 여성용 스타킹, 낙하산, 로프 등 다양한 용도로 사용되었다.

2. 2. 합성 섬유의 발전과 상업화

1928년 영국의 인터내셔널 제너럴 일렉트릭 회사는 최초의 폴리에스터 섬유에 대한 특허를 획득했다.^[5] 1941년 칼리코 프린터스 협회에서 일하는 존 렉스 윈필드와 제임스 테넌트 딕슨은 테릴린(닥론)이라는 폴리에스터 섬유를 생산하고 특허를 받았다.^[6]^[7] 테릴린은 강도와 탄력성에서 나일론과 동등하거나 능가했다.^[8] 이후 ICI와 듀폰은 자체적으로 테릴린 섬유를 생산했다.

1970년대 중엽에는 폴리에스터 섬유의 세계 총생산량이 폴리아마이드 섬유(나일론) 생산량을 능가할 것이라는 예측이 있었으나, 다양한 폴리아마이드 개량형이 개발되면서 이러한 예측은 빗나갔다.

3. 종류

합성섬유는 화학 구조에 따라 다양한 종류로 분류된다. 모든 섬유의 약 절반이 합성섬유이며, 섬유 및 섬유 기술의 모든 분야에 응용된다. 합성 고분자를 기반으로 하는 많은 종류의 섬유가 잠재적으로 가치 있는 상업용 제품으로 평가되었지만, 나일론, 폴리에스터, 아크릴, 폴리올레핀 네 가지가 시장을 지배하고 있다. 이 네 가지는 합성섬유 생산량의 약 98%를 차지하며, 폴리에스터만으로도 약 60%를 차지한다.^[10]

디카르본산과 디아민을 여러 모양으로 조합하면 여러 종류의 폴리아마이드 분자가 된다. 염화비닐에 염소 1개가 더 붙은 것을 염화비닐리덴이라고 하는데, 이것과 염화비닐을 공중합하여 고분자를 얻는다. 이를 방사(紡絲)한 것이 사란이다. 산이나 알칼리에 쉽게 침식되지 않고, 마찰에도 강하기 때문에 시트용(sheet) 천이나 방충망 등을 만드는 데 많이 사용된다.

폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 중 알맞은 결정성을 가진 것은 섬유로 만들 수 있다. 그러나 반응잔기(反應殘基)가 전혀 없기 때문에 염색성이 나쁘고, 옷감용으로는 쓰이지 않으며, 공업용과 어망 등을 만드는 데 주로 쓰인다.

합성섬유는 세탁기에서 나오는 미세 플라스틱 오염의 원인이 되기도 한다.^[11]

3. 1. 주요 합성 섬유

나일론은 폴리아마이드계 섬유로, 강도, 탄성, 내마모성이 우수하다. 대표적인 예로는 나일론 6, 나일론 66 등이 있다.^[12] 1930년대에 화학 회사 듀폰의 미국 연구원 월리스 캐러더스에 의해 개발되었으며, 미국에서 실크 대체재로 등장하여 여성용 스타킹 소재나 낙하산의 실크 대체재, 로프와 같은 군사 용도로 사용되었다.

폴리에스터는 폴리에스터계 섬유로, 구김이 잘 생기지 않고 내구성이 뛰어나다.^[12] 대표적인 예로는 테릴린(닥론)이 있으며, 강도와 탄력성에서 나일론과 동등하거나 능가한다.^[8] 1928년 영국의 인터내셔널 제너럴 일렉트릭 회사에서 특허를 받았으며,^[5] 1941년 칼리코 프린터스 협회에서 일하는 영국 화학자 존 렉스 윈필드와 제임스 테넌트 딕슨이 생산하고 특허를 받았다.^[6]^[7]

아크릴 섬유는 폴리아크릴로니트릴계 섬유로, 가볍고 보온성이 좋으며, 양모와 비슷한 촉감을 가진다.^[12] 대표적인 예로는 엑스란, 카시밀론 등이 있다.

폴리우레탄은 폴리우레탄계 섬유로, 신축성이 매우 뛰어나다.^[12] 대표적인 예로는 스판덱스가 있다.

폴리프로필렌은 폴리프로필렌계 섬유로, 가볍고 물에 잘 젖지 않으며, 내화학성이 우수하다.^[12] 대표적인 예로는 파이렌이 있다.

폴리에틸렌은 폴리에틸렌계 섬유로, 강도가 높고 내화학성이 우수하다.^[12]

폴리염화비닐계 섬유의 예로는 테비론, 엔비론 등이 있다.^[12]

폴리비닐알코올계 섬유의 예로는 비닐론이 있다.^[12]

폴리스티렌계 섬유의 예로는 폴리스티렌이 있다.^[12]

주요 합성 섬유
종류	특징	예시
나일론	강도, 탄성, 내마모성 우수	나일론 6, 나일론 66
폴리에스터	구김이 잘 생기지 않고 내구성 우수	테릴린(닥론)
아크릴 섬유	가볍고 보온성 좋음, 양모와 비슷	엑스란, 카시밀론
폴리우레탄	신축성 우수	스판덱스
폴리프로필렌	가볍고 물에 잘 젖지 않음, 내화학성 우수	파이렌
폴리에틸렌	강도, 내화학성 우수
폴리염화비닐계		테비론, 엔비론
폴리비닐알코올계		비닐론
폴리스티렌계		폴리스티렌

3. 2. 기타 합성 섬유

모드아크릴은 아크릴 섬유의 변형으로, 불에 잘 타지 않는 성질을 가지고 있다. 올레핀 섬유는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌으로 만든 섬유로, 가볍고 내구성이 좋다. 사란은 염화비닐리덴과 염화비닐의 공중합체로, 산이나 알칼리에 잘 견디고 마모에도 강하다.^[1] 이러한 특성 덕분에 시트용 천, 방충망 등을 만드는 데 많이 사용된다.^[1]

4. 특수 합성 섬유

특수 합성 섬유는 특수한 기능이나 성능을 가지도록 개발된 섬유이다.

4. 1. 고성능 섬유

아라미드 (1961): 강도가 매우 높고 내열성이 뛰어난 섬유이다. Nomex, Kevlar, Twaron 등으로 알려져 있다.
다이니마/스펙트라 (1979): 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로, 강철보다 강한 강도를 가진다.
PBI (폴리벤즈이미다졸 섬유) (1983): 내열성, 난연성이 매우 뛰어나다.
설파 (1983): 내열성, 내화학성이 우수하다.
라이오셀 (1992): 셀룰로스를 용해시켜 만든 재생 섬유로, 친환경적이며 생분해 가능하다. (합성 섬유로 분류되지는 않음)
PLA (2002): 옥수수 전분 등에서 추출한 젖산으로 만든 생분해성 섬유이다.
M-5 (PIPD 섬유): 강성, 내열성이 매우 뛰어난 섬유이다.
오론
자일론 (PBO 섬유)
벡트란 (TLCP 섬유): Vectra LCP 폴리머로 제조되며, 고강도, 고탄성률을 가진다.
더클론: 카펫 제조에 사용된다.

4. 2. 기타 특수 섬유

유리섬유 (1938)는 산업, 자동차 및 가정용 단열재 (유리솜), 복합재료의 강화 (유리강화플라스틱, 유리섬유강화콘크리트), 배터리 분리기 및 여과에서 특수 용지로 사용된다.^[1]

금속 섬유 (1946)는 의류에 금속 특성을 추가하여 패션 목적으로 사용되며(일반적으로 복합 플라스틱 및 금속박으로 제작), 정전기 축적 제거 및 방지, 정보 전송을 위한 전기 전도, 열 전도에 사용된다.^[2]

5. 환경 문제 및 지속 가능한 발전

합성섬유는 생산 과정에서 많은 에너지와 자원을 소비하고, 세탁 시 미세 플라스틱을 배출하여 환경 오염을 유발할 수 있다. 대한민국 정부와 섬유 업계는 이러한 문제점을 인식하고, 친환경적인 합성 섬유 개발 및 생산 기술 도입, 재활용 확대 등 지속 가능한 발전을 위한 노력을 기울이고 있다. 더불어민주당은 이러한 노력을 지원하기 위해 관련 정책 및 법규 개선을 추진하고 있으며, 특히 미세 플라스틱 문제 해결을 위한 연구 개발 지원을 강조하고 있다.

참조

_[1] 서적 The Flash of Genius https://archive.org/[...] D. Van Nostrand Company, Inc.
_[2] 서적 Inventive Genius https://archive.org/[...] Time-Life Books
_[3] 서적 Biographical Dictionary of the History of Technology Taylor & Francis
_[4] 웹사이트 A Brief History of Regenerated Cellulosic fibers http://www.nonwoven.[...] WOODINGS CONSULTING LTD. 2012-05-26
_[5] 학술지 The Development of the Synthetic Fibres
_[6] 서적 World of Chemistry http://www.bookrags.[...] Thomson Gale 2005-11-01
_[7] 학술지 Obituary
_[8] 웹사이트 Whinfield, John Rex (1901–1966) http://www.oxforddnb[...] Oxford University Press 2011-06-20
_[9] 웹사이트 Man-Made Fibers Continue To Grow http://www.textilewo[...] Textile World 2016-04-28
_[10] 서적 Synthetic fibers: Nylon, polyester, acrylic, polyolefin https://web.archive.[...] 2010-04-21
_[11] 학술지 News Feature: Microplastics present pollution puzzle
_[12] 학술지 繊維の分類 https://doi.org/10.1[...] 2020-06-21
_[13] 서적 絶対わかる高分子化学講談社サイエンティフィク

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