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조면기

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1. 개요

조면기는 면화에서 씨앗을 제거하는 기계로, 고대 인도에서 처음 사용되었다. 초기에는 단일 롤러 형태였으나, 이후 두 개의 롤러를 가진 '차르카'가 발명되었고, 12~14세기에는 이중 롤러 조면기가 인도와 중국에 등장했다. 1793년 엘리 휘트니는 톱니 모양의 롤러를 사용하여 면화에서 씨앗을 효율적으로 분리하는 조면기를 발명하여, 면화 재배의 수익성을 크게 향상시켰다. 19세기에는 맥카시 조면기와 멍거 시스템 조면기가 개발되어 면화 가공 기술이 더욱 발전했다. 현대의 조면기는 대량의 면화를 처리하며, 면화 조면 잔류물을 활용하는 연구도 진행되고 있다.

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조면기
기본 정보
조면기의 작동 원리
조면기의 작동 원리
유형기계
발명 연도1793년
발명가엘리 휘트니
용도씨앗으로부터 면화 섬유 분리
역사
기원인도 아대륙
발명1793년, 엘리 휘트니
발전다양한 형태의 조면기가 인도 아대륙에서 16세기까지 사용됨. 웜 기어 롤러 조면기
작동 방식
기본 원리회전하는 갈고리 또는 톱날을 사용하여 섬유를 당겨 씨앗과 분리
휘트니 조면기드럼에 부착된 작은 갈고리를 사용하여 면화를 통과시키는 방식
롤러 조면기회전하는 롤러를 사용하여 면화를 빗질하여 씨앗으로부터 분리하는 방식
영향
경제적 영향면화 생산량 증가, 노예 노동 수요 증가 (미국 남부), 면방직 산업 발전 촉진
사회적 영향노예 제도 심화, 사회적 불평등 심화

2. 역사



5세기경 인도에서 단일 롤러 조면기가 사용되었다. 인도에서 발명된 개선된 형태는 "추르카(churka)", "차르키(charki)", 또는 "나무 벌레 작동 롤러"로 알려진 2개의 롤러 조면기였다.[8]

초기 조면기는 작은 인쇄기 정도 크기로, 철이나 나무로 만들어진 1개의 롤러와 평평한 석재 혹은 목재로 이루어졌다. 이러한 형태의 조면기는 아프리카, 아시아, 북아메리카에서 발견된다. 최초의 조면기에 대한 증거는 5세기경 서인도의 아잔타 석굴군에서 단일 회전 롤러 조면기를 그린 불교 그림에서 찾아볼 수 있다. 초기 조면기는 사용하기 어려웠고 많은 기술을 필요로 했다. 씨앗을 부수지 않고 면에서 씨앗을 제거하려면 간격이 좁은 단일 롤러가 필요했다. 그 설계는 곡물을 빻는 데 사용된 맷돌과 유사했다. 조면기의 초기 역사는 고고학자들이 조면기 부품을 다른 도구로 오인할 수 있기 때문에 불분명하다.[48]

12세기부터 14세기 사이에 인도와 중국에서 이중 롤러 조면기가 등장했다. 인도의 이중 롤러 조면기는 16세기까지 지중해 면화 무역을 통해 확산되었으며, 일부 지역에서는 수력으로 작동했다.[49]

2. 1. 고대와 중세

조면기의 기원은 고대 인도로 거슬러 올라간다. 5세기경 서부 인도의 아잔타 석굴에서 단일 롤러 조면기를 묘사한 불교 그림이 발견되었는데, 이는 조면기의 가장 초기 증거로 여겨진다.[9] 이 초기 조면기는 사용하기 어려웠고, 씨앗을 부수지 않고 면화를 분리하기 위해 좁은 단일 롤러를 정교하게 다루는 기술이 필요했다.[9] 이후 두 개의 롤러를 가진 '차르카(charka)' 또는 '추르카(churka)'가 발명되었다.[8]

인도 여성이 면화를 조면하는 모습, c.1815-20


12세기에서 14세기 사이에는 이중 롤러 조면기가 인도와 중국에 등장했다. 인도의 이중 롤러 조면기는 16세기까지 지중해 면화 무역에 널리 사용되었으며, 일부 지역에서는 수력으로 작동하기도 했다.[10]

네우토니, 웜 기어 면화 탈면기 종류, 아삼에서 유래


13세기에서 14세기 초 델리 술탄국 시대에는 웜 기어를 사용한 롤러 조면기가 인도 아대륙에서 발명되었다.[11] 이 조면기는 16세기 무렵 무굴 제국에서 널리 사용되기 시작했으며,[11] 오늘날까지 인도 아대륙에서 사용되고 있다.[9] 크랭크 손잡이를 면화 탈면기에 통합한 것은 델리 술탄국 말기 또는 무굴 제국 초기에 처음 나타났으며,[12] 웜 기어와 크랭크 손잡이를 롤러 조면기에 통합하면서 무굴 시대에 인도 면직물 생산이 크게 확대되었다.[13]

인도 면화 탈면기는 반은 기계, 반은 도구로, 한 남자와 한 여자가 하루에 약 12.70kg의 면화를 정화할 수 있었다고 한다. 개량된 포브스 버전으로는 한 남자와 소년이 하루에 약 113.40kg를 생산할 수 있었다. 소를 이용하여 이 기계 16대를 가동하고, 몇 명의 노동력을 투입하여 먹이를 공급한다면, 이전에는 750명이 하던 것과 같은 양의 작업을 생산할 수 있었다.[14]

2. 2. 엘리 휘트니의 조면기

1793년 미국인 엘리 휘트니는 기존 조면기를 크게 개선하여 이듬해인 1794년에 특허를 받았다. 휘트니는 대학 졸업 후 조지아주에서 가정교사로 일하면서 부업으로 면화 농장의 기계 수리를 하던 중 조면기를 개발하게 되었다.[80]

휘트니의 조면기는 톱니 모양의 이를 가진 원통과 목화씨보다 약간 작은 홈을 가진 단순한 구조였다. 원통을 회전시키면 톱니가 홈 위의 목화 솜털만을 뽑아내고 씨는 홈에 남게 된다.[81]

휘트니의 조면기는 두 개의 회전하는 실린더로 구성되었다. 첫 번째 실린더에는 원주를 따라 톱니가 있고, 금속판에는 작은 구멍("조면 리브")이 있어 톱니가 들어갈 수 있었다. 기계가 회전하면서 톱니는 면섬유를 잡아당겨 구멍을 통과시키고, 씨앗은 구멍을 통과하기에는 너무 커서 금속판에 의해 분리되어 수집 통에 떨어졌다. 첫 번째 실린더 반대편에는 브러시가 부착된 두 번째 실린더가 회전하며 면을 닦아내어 수집 버킷에 넣었다.

씨앗은 파종에 재사용되거나 유지 공장으로 보내져 면실유와 면실박으로 가공되었다. 면화 청정기는 톱과 그리드 바를 사용하여 미성숙 씨앗과 이물질을 분리하고, 포장 프레스는 면을 묶음으로 압축했다. 현대식 조면기는 시간당 최대 15ton의 면을 처리할 수 있다.

휘트니는 1793년 10월 28일에 조면기 특허를 신청했고, 1794년 3월 14일에 특허(특허 번호 72X)를 받았지만 1807년까지 유효하지 않았다.[17] 휘트니의 조면기 모델은 하루에 약 22.68kg의 솜털을 정화할 수 있었다. 가는 철사 열로 덮인 나무 실린더, 빗살 모양 격자 막대, 그리고 두 번째 회전 실린더의 브러시로 구성되어 막힘을 방지했다.[19]

많은 동시대 발명가들이 단섬유 면화를 처리할 수 있는 설계를 개발하려 했고, 호드겐 홈스, 로버트 왓킨스, 윌리엄 롱스트리트, 존 머레이는 1796년까지 조면기 개선 특허를 받았다.[20] 그러나 휘트니가 톱 조면기를 발명하여 유명해졌다. 그는 특허를 침해한 농장주들을 상대로 법정 투쟁을 벌였으나, 특허법 변경으로 주장이 법적으로 유효해졌을 때는 이미 특허 만료 직전이었다.[21]

2. 2. 1. 휘트니 조면기의 영향

엘리 휘트니의 조면기 발명은 미국 남부의 경제와 사회에 큰 영향을 미쳤다. 개량된 조면기는 하루에 50명분의 작업량을 소화했으며, 이후 더욱 발전된 모델은 초기 모델보다 효율이 50배나 향상되었다.[76] 조면기의 보급으로 미국의 원면 생산량은 폭발적으로 증가했다.

| 연도 | 원면 수확량 (파운드) |

|---|---|

| 발명 1년 후 | 80만 |

| 1800년 | 350만 |

| 1810년 | 9,300만 [82] |

| 1825년 | 2억 2,500만 [83] |

| 1860년 | 23억 [84] |

이러한 면화 생산량 증가는 과잉 생산으로 가격이 폭락한 담배를 대체하며 면화를 주요 작물로 부상시켰다.[85] 조면기 덕분에 면화 재배의 수익성이 크게 증가하면서, 미국은 농업 강국이자 '면화 왕국'으로 발돋움하게 되었다.[86] 당시 전 세계적으로 양모 대신 면직물로 의복 혁명이 일어나고 있었기 때문에 면화 수요는 폭발적이었다.[87]

면화 생산량 급증은 미국 남부 내륙 지역에 단일 작물을 대규모로 재배하는 플랜테이션 농장이 들어서는 계기가 되었다. 1820년 이후 면화는 미국 수출의 절반 이상을 차지하는 최고 수출품이 되었고, 영국에서 필요한 면화의 약 80%를 미국 남부가 공급했다.[83]

그러나 이러한 경제적 성장은 흑인 노예 노동력에 대한 의존도를 심화시키는 결과를 낳았다. 담배 생산 감소로 한동안 감소세를 보이던 흑인 노예 수는 조면기 발명 이후 급증했다. 1808년 이후 노예 무역이 금지되었음에도 불구하고 불법적인 노예 유입이 계속되었고,[88] 노예 수급이 어려워지자 '노예 번식 산업'까지 생겨났다.[89]

| 연도 | 노예 수 (명) | 노예 가격 (달러) |

|---|---|---|

| 1790년 | 약 70만 | 300 |

| 1850년 | 약 320만 [90] | 2,000 [91] |

이러한 변화는 노예제에 대한 남부인들의 인식에도 영향을 미쳤다. 이전에는 북부보다 흑인 노예에게 동정적이었던 남부인들 사이에서 노예제 폐지론은 자취를 감추었고,[92] 노예 수탈, 인권 말살, 인종 차별이 심화되면서 노예제가 남부 지역에 확고하게 뿌리내리게 되었다.[93]

휘트니의 조면기는 단순한 기계였지만, 미국 남부의 목화 산업 생산성을 최대 1,500배까지 늘린 미국 산업 혁명의 견인차 중 하나였다. 그러나 의도치 않게 노예 수요 급증을 초래하여 남부 지역에 노예제가 확고하게 정착하게 만들었으며, 훗날 미국 남북 전쟁의 간접적인 원인이 되었다는 평가를 받는다.[94][95][96][97]

조면기의 발명은 루이지애나 주 뉴올리언스, 앨라배마 주 모빌, 사우스캐롤라이나 주 찰스턴, 텍사스 주 갤버스턴과 같은 도시들이 주요 선적 항구로 성장하는 데 기여했으며, 남부 전역에서 재배된 목화로부터 상당한 경제적 이득을 얻게 했다. 또한, 면화 공급 확대는 섬유 기계 및 공작 기계 발전에 대한 수요를 창출하여 산업 혁명에 기여했다.[3]

2. 3. 맥카시 조면기

1840년, 폰스 맥카시는 장모종 면화의 섬유 손상을 줄인 새로운 조면기("스무스 실린더 코튼진")의 특허를 받았다.[98] 맥카시 조면기는 장모종과 단모종 면화 모두에 사용 가능했지만, 특히 장모종 면화 가공에 유용했다. 1861년 특허가 만료된 후, 맥카시 조면기는 영국에서 생산되어 전 세계로 판매되었다.[22]

맥카시 조면기는 플로리다, 조지아, 사우스캐롤라이나에서 재배되는 장모종 면화 가공에 사용되었다.[23] 이 조면기는 기존 조면기보다 몇 배 더 빠르게 면화를 가공했으며, 말 한 마리로 작동하면 하루에 약 68.04kg에서 약 90.72kg의 면화를 생산할 수 있었다.[23] 맥카시 조면기는 보풀에서 씨앗을 분리하기 위해 왕복 칼을 사용했다. 20세기 중반에는 왕복 칼날 대신 회전 칼날을 사용하는 조면기가 등장했다.[24] 현재 미국에서 장모종 면화 가공에 사용되는 유일한 조면기는 맥카시 조면기의 후손이다.[62]

2. 4. 멍거 시스템 조면기

1879년, 러터스빌, 텍사스에서 아버지의 조면기를 운영하던 로버트 S. 멍거는 '시스템 조면' 기술을 발명했다.[26] 멍거와 그의 아내 메리 콜렛은 나중에 멕시아, 텍사스로 이사하여 시스템 조면기를 건설하고 관련 특허를 취득했다.[26]

멍거 시스템 조면 설비(또는 시스템 조면기)는 모든 조면 작업 기계를 통합하여 면화가 기계를 통해 원활하게 흐르도록 보장했다. 이러한 시스템 조면기는 공기를 사용하여 면화를 기계에서 기계로 이동시킨다.[27] 멍거가 발명품을 개발하게 된 동기 중 하나는 조면기 직원들의 작업 조건을 개선하는 것이었다. 그러나 대부분의 조면기 소유주에게 가장 중요한 점은 면화를 더 신속하고 고품질로 생산하면서 비용을 절감할 수 있다는 점이었다.[28]

1960년대까지 조면 기계에 많은 다른 발전이 이루어졌지만, 면화가 조면 기계를 통과하는 방식은 멍거 시스템이 계속되었다.[29]

경제 사학자 윌리엄 H. 필립스는 시스템 조면의 개발을 면화 조면에서 "멍거 혁명"이라고 언급했다.[30] 그는 멍거의 혁신은 지리학자 찰스 S. 아이켄이 두 번째 조면 혁명이라고 칭한 것의 정점에 있었으며, 이 혁명에서 개인 소유의 농장 조면기는 대규모 공공 조면기로 대체되었다고 썼다. 이는 면화 조면 산업의 주요 구조 조정을 가져왔고, 19세기의 작고 분산된 조면 공장과 상점은 20세기의 대규모 기업 수가 줄어들면서 전체 조면 작업을 설계하고 건설하게 되었다고 썼다.[31]

3. 현대의 조면기

현대의 조면기는 자동화된 시스템을 갖추고 있으며, 시간당 15ton의 면화를 처리할 수 있다.[41] 면화는 트레일러나 압축된 직사각형 "모듈" 형태로 조면기에 도착한다. 트레일러 면화는 직경 약 16cm의 파이프를 통해 빨려 들어가며, 모듈 면화는 모듈 공급기를 통해 투입된다.

조면 과정은 다음과 같다.

단계설명
건조과도한 수분 제거
실린더 클리너회전하는 뾰족한 실린더를 사용하여 면화 덩어리를 분해하고 흙, 잎 등 미세한 이물질 제거
스틱 머신원심력을 이용하여 막대, 가시 등 큰 이물질 제거
조면기 (진 스탠드)회전하는 톱니를 사용하여 면화를 "조면 리브"를 통과시켜 씨앗과 섬유 분리
린트 클리너톱과 그리드 바를 사용하여 미성숙한 씨앗과 남아있는 이물질 제거
베일 압착면화를 베일 형태로 압축



조면 과정에서 분리된 씨앗은 재파종되거나 유지 공장으로 보내져 면실유와 면실박으로 가공된다.

현대식 조면기는 면화 조면 잔류물(CGR)을 생성하는데, 이를 에탄올 생산에 활용하는 연구가 진행 중이다.[42][5][72]

현대 면화 조면기 공장의 그림. 생산의 여러 단계를 보여준다.


현대 면화 조면기

4. 한국의 면화와 조면기

고려 말 문익점이 목화씨를 들여온 이후 한국에서도 면화 재배가 시작되었다. 조선시대에는 수공업적인 면직물 생산이 이루어졌으며, 개항 이후에는 미국산 면화와 면제품이 수입되기 시작했다.[1] 일제강점기에는 일본 방직 자본의 원료 확보를 위해 면화 재배가 강요되었으며, 해방 이후에도 면방직 산업은 한국 경제의 중요한 축을 담당했다.[1] 현재 한국은 면화를 전량 수입에 의존하고 있으며, 면방직 산업은 고부가가치 제품 생산 중심으로 변화하고 있다.[1]

참조

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