[화학톡톡]겨울 문턱, 보온서 발열로 진화하는 섬유 원리는?

흡습발열, 섬유가 땀을 흡수해 열을 내는 원리
신체열 반사·원적외선·태양광 발열에 이용하기도

편집자주 ...우리가 일상적으로 사용하는 물건의 70%는 석유화학제품으로 이뤄져 있다. 음료용기, 의류부터 휴대폰, 자동차 내외장재까지 우리가 먹고, 입고, 즐기는 대부분이 화학제품이라고 해도 과언이 아니다. 하지만 사물 속 기초소재로 사용되기 때문에 우리가 쉽게 정체를 알아차리긴 힘들다. 일상에서 흔히 보는 플라스틱부터 첨단 제품의 기초가 되는 신소재까지 어려운 화학을 '화학톡톡'으로 풀어본다.

뉴스1 ⓒ News1 민경석 기자
뉴스1 ⓒ News1 민경석 기자

(서울=뉴스1) 송상현 기자 = 서울 기온이 한때 영하까지 떨어지는 등 추위가 성큼 다가왔다. 겨울에는 신체 보온이 중요한 만큼 다른 계절보다 옷을 신경써서 고르게 된다. 최근에는 '발열'을 핵심으로하는 기능성 화학섬유 개발이 활발하게 이뤄지고 있다.

발열(發熱)은 말 그대로 '스스로 열을 낸다'는 뜻이다. 오리털이나 거위털을 이용한 패딩은 솜이 공기를 가둬서 열이 밖으로 빠져나가는 것을 막아 주는 '단열성'을 이용한다면 '발열성'을 이용한 의류들은 원단 자체에서 열이 발생한다.

5일 화학업계에 따르면 발열성을 활용하는 섬유들은 기본적으로 '흡습발열'의 원리를 활용한다. 흡습발열에는 흡착열과 응축열이 이용된다. 섬유에 땀과 같은 수분이 달라 붙으면서 흡착열이 발생하고 동시에 그 수분이 수증기로 기화되면서 응축열이 발생하게 된다. 단순하게 설명하면 우리 몸에서 발생하는 땀을 흡수해 섬유가 스스로 열을 발생시키는 것이다. 피부와 밀착해야 하기 때문에 이런 섬유들은 대부분 내의에 사용된다.

발열내의를 착용했지만 움직이지 않고 있을 때는 별다른 효과를 못 느끼지만 조금만 걷거나 운동을 하면 금세 따뜻해지는 것을 느끼는 것도 이런 이유에서다.

유니클로가 출시한 히트텍이 소위 '대박'을 친 이후 최근에는 발열성을 이용한 제품들이 줄을 잇고 있다. 흡습성이 높을수록 많은 열을 발생 시킬 수 있는데 대표적인 흡습발열 화학섬유는 아크릴레이트와 레이온, 폴리에스테르 등이다.

신체열 반사를 이용한 섬유도 있다. 은과 알루미늄 등의 금속을 섬유에 펀칭하거나 코팅 또는 도금시켜 신체에서 복사되는 열을 반사하면서 보온력을 높인다. 이는 보온병 안을 알루미늄으로 코팅하는 것과 비슷한 원리다. 은색의 점 패턴을 안감으로 사용하는 컬럼비아 브랜드의 옴니히트도 이런 신체열 반사의 원리를 이용한다. 일반 안감보다 20% 높은 보온효과를 가지고 있다.

신체에서 발생하는 원적외선을 증폭시켜 열을 발생시키는 '원적외선 반사'를 이용한 섬유도 있다. 우리 몸은 10㎛ 부근의 원적외선을 내보내는데 이때 같은 파장을 내는 원적외선을 만나면 '공명현상'이 발생, 에너지가 증폭돼 발열효과를 낼 수 있다. 원적외선을 내는 세라믹, 옥, 백탄 숯을 섬유에 적용해 발열 기능을 지닌 의복을 만들 수 있다.

태양열을 이용하는 경우도 있다. '흡광축열섬유'는 말 그대로 햇빛을 흡수해 열을 축적하고 이를 옷 밖으로 빠져나가지 못하게 하는 섬유다. 태양광을 효과적으로 흡수하는 물질인 탄화지르코늄, 산화지르코늄을 섬유 중간에 넣어 이를 제작한다.

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