식물섬유
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1. 개요
식물 섬유는 육상 식물의 세포벽을 구성하는 셀룰로스를 기반으로 하며, 인피 섬유, 엽맥 섬유, 종자모 섬유, 과실 섬유 등으로 분류된다. 섬유의 종류에 따라 끈, 천, 종이, 의복 등 다양한 용도로 사용되며, 면, 마, 삼, 코코야자 섬유 등이 대표적이다. 최근에는 펄프화 과정을 거쳐 종이 제조에 활용되거나, 셀룰로스 나노섬유로 추출되어 복합 재료, 화장품, 식품 등 다양한 분야에 응용되고 있으며, 자동차 부품으로도 사용되어 연비 향상에 기여한다.
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| 식물섬유 | |
|---|---|
| 식물 섬유 정보 | |
 | |
| 설명 | 식물의 구조적 부분을 이루는 섬유 |
| 주요 구성 성분 | 셀룰로스 헤미셀룰로스 리그닌 |
| 유형 | |
| 씨앗 섬유 | 면 카폭 |
| 줄기 섬유 | 아마 대마 저마 황마 아프리카삼 왕골 |
| 잎 섬유 | 마닐라삼 시살삼 헴프 |
| 열매 섬유 | 코코넛 섬유 |
| 용도 | |
| 직물 | 섬유 실 |
| 종이 | 펄프 종이 |
| 기타 | 로프 바구니 매트 단열재 복합재료 |
2. 식물 섬유의 정의 및 특징
식물 섬유는 화학적으로 식물의 세포벽의 골격 성분인 셀룰로스를 주성분으로 한다. 육상 식물은 기부를 지지하기 위해 헤미셀룰로스, 리그닌 등을 포함하는 매트릭스(기질)나 유지와 함께 관다발을 따라 발달한 세포가 이어져 섬유를 형성하고 있다.
식물 섬유는 채취 및 이용하는 부위에 따라 다음과 같이 분류된다.[2]
면은 아욱과(科) 식물의 종자의 털에서 취한 것으로 거의 순수한 셀룰로스만으로 되어 있다. 셀룰로스·글루코스 분자가 β결합으로 수천개 이상 일렬로 나란히 계속되어서 생긴 쇄상고분자(鎖狀高分子)이다. 이 같은 쇄상고분자가 수많은 다발로 모이고, 군데군데에는 질서정연하게 줄을 지어서 미셀(micelle)이라고 하는 미결정(微結晶) 부분을 만들고 있다. 미셀을 구성하는 셀룰로스 분자 다발은, 다시 몇 개씩 모여서 겨우 전자현미경으로 보일 정도의 다발로 된다. 이처럼 많은 수의 분자사슬이 집합을 되풀이함으로써 우리가 보게 되는 면섬유가 형성되는 것이다.
마류는 한마디로 삼이라고 불리고 있으며, 대마(大麻)·아마(亞麻)·황마(黃麻)·래미(ramie：모시풀, 紵麻) 등 여러 가지 종류가 재배되고 있다.
식물 섬유는 종류에 따라 사용 가능한 섬유의 길이와 굵기가 제각각이므로 용도에 따라 같은 종류의 식물에서 섬유를 모아서 이용한다. 잡아당기기에 강한 인피 섬유는 말 그대로 물건을 끈이나 밧줄로 묶거나 교차시켜 평면이나 입체를 만들어 그물이나 바구니 등을 만들 수 있다. 마닐라 삼의 잎집은 경질의 강고한 섬유를 얻을 수 있기 때문에 밧줄의 재료로 옛날부터 이용되었다.
섬유를 가늘게 할 수 있는 것은 실로, 이것 또한 교차시켜 평면으로 한 천이나, 얇게 할 수 있는 것은 종이(파피루스 종이 등)로도 이용했다. 털 모양의 섬유는 보온성이 뛰어나지만 섬유가 짧기 때문에 흩어지지 않도록 다른 천 등에 감싸서 묶는 등의 궁리가 필요했다. 이윽고 면에서는 솜털로 면사를 만드는 제법이 발명되어 다른 식물 섬유와 마찬가지로 이용이 진행되어 의복에 안감 사이에 충전하거나 이불 등으로 방한에도 적합했다. 식물 섬유는 의복 용도로는 수렵 등에서 얻는 모피나 피혁 등의 동물 섬유보다 비교적 효율적으로 채집할 수 있으며, 통기성도 뛰어나기 때문에 이윽고 동물 섬유가 가축으로부터 얻어지게 된 후에도 주요한 재료가 되었다.
한편, 현대의 종이는, 식물에서 매트릭스인 리그닌 및 헤미셀룰로스를 제거하는 펄프화 후, 펄프 섬유(세포벽 단위)를 분리(해리)·두들김, 초지한 소재이다. 셀룰로스 섬유는 그 표면에 수산기를 다수 가지고 있기 때문에, 건조시키면 수소 결합을 형성하여 자기 접착함으로써 종이가 된다.
최근, 펄프 섬유를 다양한 수법으로 해섬함으로써, 셀룰로스 나노섬유가 추출되어, 나노 기술 분야에서의 응용 연구가 세계적으로 활발하다. 예시로, 교토 대학은 셀룰로스 나노섬유를 사용한 신발의 개발·실용화를 추진하고 있다. 석유를 주원료로 하지 않기 때문에 제조 공정에서 온실 효과 가스의 배출을 줄일 수 있는 것 외에도, 경량으로 강도도 있기 때문에 자동차 부품에 사용하면 연비도 향상되어, 지구 온난화 대책에의 기여가 기대된다.
3. 식물 섬유의 분류
종류 설명 예시 종자모 섬유 식물(주로 아욱과)의 종자를 이용하는 섬유이다. 면, 카폭 인피 섬유 식물의 인피부(靭皮部)를 이용하는 섬유이다. 아마, 모시풀 엽맥 섬유 식물(주로 파초과)의 엽맥을 이용하는 섬유이다. 마닐라삼, 사이잘삼 과실 섬유 코코야자의 과실에서 채취하는 섬유이다. 기타 위에 분류되지 않는 그 외의 식물 섬유이다. 골풀 섬유
3. 1. 종자모 섬유
식물(주로 아욱과)의 종자를 이용하는 섬유이다.[2] 면이나 카폭 등이 있다.[2]
면은 아욱과 식물의 종자 털에서 취한 것으로, 거의 순수한 셀룰로스만으로 되어 있다. 이 종자모를 알칼리액에 담가 팽윤시킨 뒤 유리판 위에서 눌러 으깨어 현미경으로 보면 나선상의 갈라진 금과 피브릴이라 불리는 셀룰로스의 집합체인 가는 줄이 나선상으로 칭칭 감겨 있는 것을 볼 수 있다.
털 모양의 섬유는 보온성이 뛰어나지만 섬유가 짧기 때문에 흩어지지 않도록 다른 천 등에 감싸서 묶는 등의 조치가 필요했다. 이후 면에서 솜털로 면사를 만드는 방법이 발명되어 다른 식물 섬유와 마찬가지로 이용이 진행되었으며, 의복 안감 사이에 충전하거나 이불 등으로 방한에도 적합하게 되었다.
3. 2. 인피 섬유
삼이라고도 불리는 마류는 대마(大麻), 아마(亞麻), 황마(黃麻), 모시풀(紵麻) 등 여러 종류가 재배되고 있다. 이들 식물의 줄기에 있는 섬유세포 다발은 길고 강하여 섬유로 사용된다. 면과는 달리 펙틴(pectin)질과 강하게 결합되어 있어, 펙틴질을 먼저 녹여내야 한다. 이를 위해 줄기를 물에 담가 발효시키거나, 나무재나 소다회로 삶아 펙틴질을 제거한 후 줄기를 부숴 섬유를 추출한다. 아마나 모시풀은 펙틴을, 대마나 황마는 리그닌(lignin)을 함유하고 있다.[1]
이러한 섬유들은 그 성질에 따라 다양하게 사용된다. 대마는 내수성과 견뢰성이 강해 어망이나 끈 등에 사용되고, 모시풀은 모기장이나 레이스 등에 사용된다. 황마는 인도 등에서 쌀, 설탕, 비료 등을 담는 자루로 사용된다.[1]
잡아당기는 힘에 강한 인피 섬유는 물건을 묶는 끈이나 밧줄, 그물, 바구니 등을 만드는 데 사용될 수 있다.
식물 섬유는 채취 및 이용하는 부위에 따라 종자모 섬유, 인피 섬유, 엽맥 섬유, 과실 섬유로 분류된다.[2] 그중 인피 섬유는 식물의 인피부를 이용하는 섬유로, 아마나 모시풀 등이 이에 해당한다.[2]
3. 3. 엽맥 섬유
식물(주로 파초과)의 잎맥을 이용하는 섬유이다.[2] 마닐라삼이나 사이잘삼 등이 있다.[2] 마닐라삼의 잎집은 경질의 강고한 섬유를 얻을 수 있기 때문에 밧줄의 재료로 옛날부터 이용되었다.3. 4. 과실 섬유
코코야자의 열매에서 채취하는 섬유이다.[2]
3. 5. 기타 식물 섬유
위에 분류되지 않는 기타 식물 섬유에는 골풀 섬유가 있다.[2]
4. 주요 식물 섬유 종류
식물 섬유는 채취 및 이용하는 부위에 따라 종자모 섬유, 인피 섬유, 엽맥 섬유, 과실 섬유로 분류된다.[2]
- 종자모 섬유: 주로 아욱과 식물의 종자를 이용하며, 면, 카폭 등이 있다.[2]
- 인피 섬유: 식물의 인피부를 이용하며, 아마, 모시풀 등이 있다.[2]
- 엽맥 섬유: 주로 파초과 식물의 엽맥을 이용하며, 마닐라삼, 사이잘삼 등이 있다.[2]
- 과실 섬유: 코코야자의 과실에서 채취한다.[2]
이 외에도 골풀 섬유가 있다.[2]
마류는 삼이라고도 불리며, 대마, 아마, 황마, 모시풀 등 여러 종류가 있다. 이 식물들의 줄기 섬유세포 다발은 길고 강해 섬유로 사용된다. 마류 섬유는 펙틴이나 리그닌과 결합되어 있어, 이를 제거해야 한다. 펙틴질은 줄기를 물에 담가 발효시키거나 나무재나 소다회로 삶아 제거하며, 리그닌은 대마, 황마 등에 함유되어 있다.[1] 대마는 내수성과 견뢰성이 강해 어망, 끈 등에, 모시풀은 모기장, 레이스 등에, 황마는 인도 등에서 쌀, 설탕, 비료 자루로 쓰인다.[1] 마닐라삼은 잎집에서 질기고 튼튼한 섬유를 얻어 밧줄 재료로 사용된다.[1]
4. 1. 면 (Cotton)
면은 아욱과(식물) 종자의 털에서 얻는 섬유로, 거의 순수한 셀룰로스만으로 이루어져 있다.[1] 셀룰로스는 글루코스 분자가 β-결합으로 수천 개 이상 일렬로 연결된 쇄상고분자이다. 이러한 쇄상고분자가 수많은 다발로 모여, 군데군데 질서정연하게 배열된 미셀(micelle)이라는 미결정(微結晶) 부분을 형성한다. 이 미셀을 구성하는 셀룰로스 분자 다발은 다시 여러 개씩 모여 전자현미경으로 겨우 관찰 가능한 수준의 다발이 된다. 이처럼 많은 수의 분자 사슬이 집합을 반복하여 우리가 보는 면섬유가 만들어진다.[1]면은 종자모(種子毛) 상태일 때는 원통 모양이지만, 시들어 마르면 납작해지면서 비틀리고 구부러진다. 이 종자모를 알칼리 용액에 담가 충분히 팽윤(膨潤)시킨 후 유리판 위에서 눌러 으깨어 현미경으로 관찰하면 나선형의 갈라진 금이 보인다. 또한, 피브릴(fibril)이라 불리는 셀룰로스 집합체인 가느다란 줄이 나선형으로 칭칭 감겨 있는 것도 관찰할 수 있다.[1]
면섬유는 보온성이 뛰어나지만 섬유가 짧아 흩어지지 않도록 다른 천 등에 감싸서 묶는 등의 방법이 필요했다. 이후 면사를 만드는 방법이 발명되면서 다른 식물 섬유와 마찬가지로 이용이 확대되어, 의복의 안감 사이에 충전하거나 이불 등에 넣어 방한용으로도 사용되었다.[1] 면은 의복 용도로 수렵 등에서 얻는 모피나 피혁 등의 동물 섬유보다 비교적 효율적으로 채취할 수 있고, 통기성도 우수하여 가축으로부터 동물 섬유를 얻게 된 이후에도 주요 재료로 사용되었다.[1]
4. 2. 마류 (삼)
삼이라고도 불리는 마류에는 대마(hemp), 아마(flax), 황마(jute), 모시풀(ramie) 등 여러 종류가 있다. 이 식물들의 줄기에 있는 섬유세포 다발은 길고 강해서 섬유로 사용된다. 마류 섬유는 펙틴(pectin)질이나 리그닌(lignin)과 결합되어 있어, 이를 제거해야 섬유를 얻을 수 있다. 펙틴질은 줄기를 물에 담가 발효시키거나 나무재, 소다회로 삶아 제거하고, 리그닌은 대마, 황마 등에 함유되어 있다.[1]각 섬유는 그 성질에 따라 용도가 다르다. 대마는 내수성과 견뢰성이 강해 어망, 끈 등에 쓰인다. 모시풀은 모기장, 레이스 등에 사용되며, 황마는 인도 등에서 쌀, 설탕, 비료 등을 담는 자루로 쓰인다.[1]
4. 3. 아마 (Flax)
아마(Flax)는 줄기에 있는 섬유세포 다발이 길고 강해 섬유로 사용된다. 아마 섬유는 펙틴(pectin)질과 강하게 결합되어 있기 때문에, 펙틴질을 녹여내는 과정이 필요하다. 펙틴질을 제거하기 위해 줄기를 물에 담그거나 노적(露積)하여 발효시키고, 나무재나 소다회로 삶는다. 이후 줄기를 잘게 부숴 섬유를 얻는다.[1]4. 4. 모시풀 (Ramie)
모시풀(Ramie)은 삼이라고 불리는 마류(麻類)의 일종이다. 모시풀 줄기에 있는 섬유세포 다발은 길고 강해서 섬유로 사용된다. 모시풀 섬유는 면과 달리 펙틴(pectin)질과 강하게 결합되어 있어, 펙틴질을 녹여내는 과정이 필요하다. 이를 위해 줄기를 물에 담가 발효시키거나, 나무재나 소다회로 삶아 펙틴질을 제거한 후 줄기를 잘게 부숴 섬유를 얻는다. 모시풀은 펙틴을 함유하고 있으며, 모기장, 레이스 등에 쓰인다.[1]4. 5. 황마 (Jute)
황마(Jute)는 삼의 일종으로, 줄기에서 섬유를 얻는다. 황마 섬유는 리그닌(lignin)을 함유하고 있으며, 인도 등지에서 쌀, 설탕, 비료 등을 담는 자루를 만드는 데 사용된다.[1]4. 6. 마닐라삼 (Abaca)
마닐라삼은 잎집에서 질기고 튼튼한 섬유를 얻을 수 있어, 예로부터 로프 재료로 사용되었다.[1]4. 7. 사이잘 삼 (Sisal)
마닐라삼은 경질의 강고한 섬유를 얻을 수 있어 밧줄 재료로 예로부터 이용되었다.[1]4. 8. 코코야자 (Coir)
주어진 원본 소스에는 '코코야자 (Coir)'에 대한 내용이 직접적으로 언급되어 있지 않습니다. 따라서 해당 섹션에 대한 내용을 작성하는 것은 불가능합니다. 이전 답변과 동일하게, 원본 소스에 없는 내용을 추가할 수는 없습니다.5. 식물 유래 합성 섬유
근대 이후에는 식물의 셀룰로스를 용매에 녹여 다시 섬유화한 재생 셀룰로스 섬유(광의의 합성 섬유의 일종)가 발달하였다. 이는 다양한 기능성을 가진 섬유 개발로 이어졌다. 도레이의 "소우치쿠", 구라보의 "린치쿠" 등의 대나무 섬유가 그 예이다.[4]
옥수수 전분에서 고분자 소재를 찾은 "옥수수 섬유"도 등장하였다. 옥수수 섬유는 미생물에 의해 이산화 탄소와 물로 쉽게 분해되므로, 쓰레기로 폐기되어도 환경 부하가 적다는 특징이 있다.
5. 1. 재생 셀룰로스 섬유
근대 이후에는 셀룰로스를 용매에 녹여서 다시 섬유화한 재생 셀룰로스 섬유(광의의 합성 섬유의 일종)가 발달하여 다양한 기능성을 가진 섬유가 개발·이용되고 있다. 도레이의 "소우치쿠", 구라보의 "린치쿠" 등의 대나무 섬유가 그 예이다.[4]5. 2. 옥수수 섬유
옥수수 전분에서 추출한 "옥수수 섬유"는 미생물에 의해 쉽게 이산화 탄소와 물로 분해되는 성질이 있다. 따라서 쓰레기로 폐기해도 환경 부하가 적다는 특징이 있다.[4]6. 기타 식물 섬유
쿠라보(クラボウ)가 2003년 5월에 월도와 면을 혼방한 실을 개발하여, 오키나와현 의류 봉제품 공업 조합이 취급하는 카리유시 웨어의 원단으로 공급되고 있다.[5][4]
7. 식물 섬유의 현대적 응용
식물 섬유는 끈이나 밧줄로 묶거나 교차시켜 평면이나 입체를 만들어 그물이나 바구니 등을 만드는 데 사용되었다. 마닐라삼의 잎집은 질기고 튼튼한 섬유를 얻을 수 있어 밧줄 재료로 오랫동안 이용되었다. 하지만 식물 조직은 부패, 오염, 벌레나 균에 의한 피해를 입을 수 있다. 이를 막기 위해 불필요한 부분을 제거하고 필요한 섬유 조직만 추출하는 가공이 이루어진다. 바쇼후는 베어낸 바쇼 줄기를 나무 재로 삶아 섬유를 얻는다[1]。
섬유를 가늘게 하면 실이 되고, 이를 교차시켜 평면으로 만들면 천이 된다. 털 모양 섬유는 보온성이 좋지만 짧아서 흩어지지 않도록 다른 천에 감싸 묶는 등의 추가적인 작업이 필요했다. 목화에서 솜털로 면사를 만드는 방법이 발명되면서, 다른 식물 섬유와 같이 의복 안감이나 이불 등 방한 용품에 널리 사용되었다. 식물 섬유는 수렵으로 얻는 모피, 피혁 같은 동물 섬유보다 효율적으로 채취할 수 있고 통기성도 뛰어나 가축에서 동물 섬유를 얻게 된 후에도 주요 재료로 사용되었다.
7. 1. 종이
현대의 종이는 식물에서 매트릭스인 리그닌 및 헤미셀룰로스를 제거하는 펄프화 후, 펄프 섬유(세포벽 단위)를 분리(해리)·두들김, 초지한 소재이다. 셀룰로스 섬유는 그 표면에 수산기를 다수 가지고 있기 때문에, 건조시키면 수소 결합을 형성하여 자기 접착함으로써 종이가 된다. 건조 후에는 펄프 섬유의 팽윤능·상호 순응성이 비가역적으로 저하되는 호니피케이션이라고 불리는 현상이 일어난다. 천과는 달리, 도료를 칠함으로써 방수성을 갖게 하는 등, 기능성 모디파이가 가능하다. 최근, 펄프 섬유를 다양한 수법으로 해섬함으로써 셀룰로스 나노섬유가 추출되어 나노 기술 분야에서의 응용 연구가 세계적으로 활발하다. 예시로, 교토 대학은 셀룰로스 나노섬유를 사용한 신발의 개발·실용화를 추진하고 있다. 석유를 주원료로 하지 않기 때문에 제조 공정에서 온실 효과 가스의 배출을 줄일 수 있는 것 외에도, 경량으로 강도도 있기 때문에 자동차 부품에 사용하면 연비도 향상되어 지구 온난화 대책에의 기여가 기대된다.7. 2. 자동차 부품
셀룰로스 나노섬유는 가볍고 강도가 높아 자동차 부품에 사용하면 연비를 향상시킬 수 있다. 식물에서 추출하기 때문에 제조 과정에서 온실 효과 가스 배출을 줄일 수 있어 지구 온난화 대책에도 기여할 수 있다.[1]참조
[1]
간행물
喜如嘉の芭蕉布
2019-01-20
[2]
논문
繊維の分類
https://doi.org/10.1[...]
2020-06-21
[3]
웹사이트
JISC 日本産業標準調査会
https://www.jisc.go.[...]
2023-06-20
[4]
서적
図解 繊維がわかる本
日本実業出版社
[5]
웹사이트
個性光る原糸群（１２）「月桃」（クラボウ）
https://www.sen-i-ne[...]
2023-06-21
[6]
웹인용
Multiple references to non-wood fibers for paper
http://www.paperonwe[...]
PaperOnWeb, PULP & PAPER RESOURCES & INFORMATION SITE
2007-10-19
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