[스크랩] 특수섬유 소재

1. 식용 섬유 건강과 생명을 유지하기 위하여 식용섬유의 적절한 선택, 섭취가 권장되고 있다. 식용섬유 속의 섬유질이 혈액의 콜레스테롤을 저하시켜주며 동맥경화, 당료병, 변비의 예방과 치료에 효과가 있음이 알려지고 있다. 최근에는 게나 새우껍질에 있는 chitosan이 혈청콜레스테롤의 저하작용이 있어 식이섬유로 취급하고 있다. 2. 보온기능소재 : 출열섬유 이전에는 의복의 보온효과를 높이기 위하여 내부의 열이 전도, 대류, 방사에 의해 손질되는 것을 억제하였다. 즉 두꺼운 직물을 사용하거나 의복 안에 솜을 넣어 보온하거나 금속 증착막을 가진 직물을 이용하였다. 요즘에는 보온소재로서 알루미늄이나 세라믹을 이용한 원적외선 방사소재가 개발되었다. 원적외선이란 파장범위가 4,000nm∼1mm에 이르는 전자파를 말한다. 동물, 물과 수분은 그체온이나 표면온도에 적합한 6,000∼14,000nm의 원적외선을 흡수한다. 원적외선의 특징은 다음과 같다. 물체에 원적외선이 흡수되며 열로 변한다. 동식물의 발육 및 신진대사에 촉진작용이 있다. 상온에서 발효, 살균, 부패방지, 탈취의 효과가 있다. 세라믹(산화 지르코늄)을 섬유 내부에 혼합방사시키면 그 세라믹이 태양광을 흡수하여 광에너지를 열에너지(적외선)로 전환시키고 인체에서 발생하는 원적외선의 방열을 차단시키는 2중의 축열효과를 갖는다. 원적외선은 인체에 흡수되면 신진대사를 높여 혈액순환을 촉진시키고 자율신경(특히 부교감신경)에 영향을 미치므로 생체막과 통증에 매우 효과적이다. 또한 스포츠나 업무로 긴장된 근육을 유연하게 풀어주어 피로회복을 도와주며 인체에서 발산되는 수분을 빠르게 발산시켜주는 동시에 인체의 활력을 증진시켜준다. 여름철에는 시원하게 하고 겨울철에는 따뜻하게 하는 소재이다. 따라서 앞으로 원적외선섬유의 이용이 증가될 것으로 전망된다. 방한복(ski wear), 전기모포 커버, 방석, 전영기, 내의, 양말로 사용되고 고온에서 방사냉각효과를 필요로 하는 여름용 스웨터, 진통효과가 큰 보호대, 욕창방지 시트 등에 사용된다. 원적외선을 방출시키는 ceramic은 ZrO₂, TiO₂,Al₂O₃, SiO₂,MnO₂등의 단독 또는 이들의 혼합물이다. 제조방법은 위의 세라믹을 polymer제조단계 투입, compounding(master chip), 방사단계 투입, binder 수지로 섬유표면에 코팅하여 제조한다. 3. 유리섬유 실생활에 많이 접하는 창유리는 유리섬유로 만들면 풍화를 일으켜서 일주일이면 퇴화되어 부서진다. 유리섬유는 B2O3 성분을 가하여 만든다. 유리장섬유는 복합재료의 강화용으로 가장 많이 쓰인다. 유리섬유 보강 플라스틱인 GFRP(glass fiber reinforced plastics)는 헬멧, 낚싯대, 스키, 선박, 욕조, 수조, 벤츠 등 우리주변에서 많이 볼수 있다. 유리섬유에 의해 강화된 합성원료는 보트나 비행기의 몸체와 같은 가볍고 강한 구조에 대한 좋은 원료로 부상하고 있다. 학자들은 유리섬유를 부식시키는 콘크리트 속의 알카리 성분 때문에 고민을 하고 있다. 알카리성에 견디는 유리섬유는 단가가 몹시 비싸기 때문이다. 해결책으로 나온 것은 유리섬유가 알카리성분에 영향을 받지 않도록 보호막을 입히는 것이다. 중동에서는 보호막을 코팅한 유리섬유를 공항지붕으로 사용하였다. 이 지붕은 105acres의 넓은 공간을 덮고 있는데 높은 압력과 강렬한 햇빛에 잘 견딘다. 그리고 충분히 기분 좋은 정도로 투명성과 그늘을 유지해준다. 유리단섬유 제품은 금속망 위어 모아진 유리단섬유의 집합체이므로 단열재, 흡음재, 필터 등에 쓰이며 시트상으로 제조되어 쓰이고 있다. 광섬유는 고기능 유리섬유의 대표격이며 새로운 고도의 다기능 섬유중의 하나이다. 4. 통신매체 광섬유 1960년대에 최초로 광섬유가 발명되었다. 광섬유는 굴절률이 높은 코어라는 부분과 이보다 굴절률이 낮은 크레드 부분으로 둘러 싸여져 있고 이러한 구조는 유리 뿐만 아니라 플라스틱에서도 가능하여 광플라스틱 제품도 있다. 이어 레이저가 선을 보인 후로 1980년대에 이르는 20년 동안 빛을 이용한 산업기술은 전자, 특히 반도체 제조기술의 획기적인 발전과 더불어 현대의 첨단기술로 지보되어 왔다. 넓은 의미에서 광통신은 빛을 이용한 정보 전달을 의미하기 때문에 인류가 빛을 사용하기 시작한 이래 현재에 이르기까지 광통신 방식을 계속 사용하여 왔다고 해도 과언이 아니다. 일반적으로 이야기되는 광통신 시스템은 기본적으로 3가지 부분으로 구성되어 있다. 레이저광을 내는 반도체 레이저와 그 레이저광을 멀리까지 전달하는 광섬유, 그리고 전달된 레이저광을 받는 광검출기가 그것이다. 송신부에서는 전달하고자 하는 음성이나 화상의 정보를 우선전류의 강약신호로 바꾸고 이것을 반도체 레이저가 빛의 강약으로 바꾼다. 전송로를 구성하는 광섬유는 이 빛의 강약으로 된 신호를 전반사를 통해 수신부로 전달하고 수신부에서는 광신호를 출력단자에서 광검출기로 검추라여 전기신호로 바꾼 다음 원래의 신호로 재생한다. 5. 청정수를 만들어주는 섬유 1) 바닷물을 담수화하는 섬유 종래에는 바닷물을 담수화하는 데 증발이나 냉동법을 이용하였으나 중공섬유의 막을 통하는 방업으로도 담수를 얻어 도시나 섬지방의 식수로 사용한다. 반도체 제조공정에 꼭 필요한 초순수를 역시 이러한 방법으로 얻는다. 원래 미국에서 연구된 이 기술은 바닷가의 야자수가 막을 통하여 물을 얻어 성장하고 있고, 바다 갈매기가 머리 뒷부분의 막을 통하여 물을 공급받는 생태계의 원리에서 역삼투막이 연구개발되었다. 막의 중앙부분이 공동으로 되어있는 섬유의 많은 올을 다발호 하여 원통속에 넣어 modile로 만들어 사용한다. 사우디아라비아 서해안의 최대도시인 젯타에 역삼투법으로 건설된 세계 최대 규모의 바닷물 담수화공장이 가동중이다. 세계적 도처에서 역삼투막법으로 만들어진 담수공장이 가동 중이거나 계획중에 있다. 이에 쓰이는 역삼투막에는 평막과 중공사막의 두 가지가 있다. 평막은 단위부피당 막의 넓이를 크게하기 위하여 나선형으로 만든 것이다. 역삼투막 모듈에는 중공사막과 나선형 막의 두가지가 있다. 대형규모의 해수 담수화공장은 중공사막이 사용되고 있다. 2) 무해한 음료수를 만드는 섬유 중공사막 가정용 정수기는 중공사막과 활성탄부분으로 되어있어 식품이나 야채를 씻는 데에는 수돗물을 사용하고 식용수에만 정수된 물을 사용할 수 있도록 레이버 식으로 되어 있다. 활성탄부분에서 잔류염소냄새와 곰팡이냄새, 유기활로겐 화합물이 흡착제거된 후 중공사막에서 균이나 미생물, 녹물의 미립자가 제거되나 물의 맛을 주는 미네랄이나 유리탄산성분은 그대로 통과하여 제거되지 않으므로 물맛이 좋다. 3) 소금을 만드는 이온교환막 염업근대화에 따라 염전의 광대한 모습이 점차 사라지고 제염공장은 거의 막을 이용한 방법으로 바뀌고 있다. 날씨에 구애를 받지 않고 소금을 얻을 수 있는 이온교환막, 전기투석법이 쓰이고 있으며 제염에 소요되는 토지넓이는 1/1,000로 줄어 들어 가격저하에도 한 몫을 하고 있다. 이 원리는 양이온만을 통과시키는 음이온 교환막과 음이온만을 통과시키는 양이온 교환막을 교대로 두면 연분이 농축된 구간과 희석된 구간이 생기는 데 농축구간에서 해수 농축액을 걷어내는 것이다. 이 방법으로 바닷물의 양6배인 180∼190/L의 농축액이 얻어진다. 양이온 교환막은 음이온으로 대전된 sulfonic acid group이 쓰이는데 여기에 나트륨이온 등의 양이온이 배위된 것이며 이 양이온이 다른 이온과 교환된다. 바닷물 속에는 1가 이온인 Na＋, K＋, Cl－이온과 2가 이온인 Mg＋＋, Ca＋＋, So4－－,농축할 때 생기는 스케일(때)이 발생되어 전기 저항이 높아지거나 막을 손상시키는 일이 생긴다. 이를 방지하기 위하여 Na 이온의 반경이 2가이온에 비해 작은 것을 이용하여 막표면의 망구조를 치밀하게 하여 쓰이기도 하는데 다가이온이 더 반발력을 받게 되어 1가 이온의 선택성이 얻어진다. 미국에서는 탈염에 의한 담수화의 목적으로 이온교환막이 개발되어 쓰여왔고 천일염에서 원료염을 만들었던 나라나 소다공업이 발달된 나라에서는 해수에서 농축해수를 얻기 위한 연구가 계속 진행되고 있다. 현재 쓰이고 있는 이온교환막의 제조는 막 상태의 폴리머에 화확반응으로 이온교환기를 도입하여 만들어지며 폴리프로필렌, 염화비닐 등의 합성섬유직물을 사용한막이 사용되고 있다. 6. 의료용섬유 1) 인공진장, 분리기능 중공섬유 여러 가지 크기의 미생물을 여과할 수 있으며 이러한 기능을 적절하게 작동시키고 있는 것이 인간의 신장이다. 신장은 혈구성분이나 단백질을 제외한 저분자량 물질을 통과시킨다. 이 신장의 생체기능을 모방하여 공업분야에서 한외분리막을 사용하고 있는데 단백질, 효소의 분리, 살균 등의 목적으로 식품공업분야에서 널리 쓰이고 있으며 이 외에도 섬유나 고분자막이 활용되고 있다. 최근 정밀여과와 한외여과의 중간인 초정밀여과의 기술이 개발되어 PVA계통의 중공섬유막이 쓰이고 있는데 이는 공업적으로 분리, 정체가 곤란했던 분리작업을 손쉽게 할수 있도록 만들었다. 분리기는 중공섬유는 섬유벽에 통하여 있는 미세다공을 이용하여 물질을 분리시키는데 사용되는 것을 말한다. 섬유의 직경도 통념상의 섬유보다 훨씬 굵어서 실이라기보다는 차라리 관이라고 한는 편이 옳을 것이다. 분리기능 중공섬유는 의류용 중공섬유와는 근본적으로 다르며 소위 분리막의 일종인데 1970년대에 개발되어 1980년대부터 상업호가 이루어지고 있다. 신장 투석기는 매년 수요증가를 보여 국내에서는 약3,000여 명의 환자가 분리기능 중공섬유로 만든 인공신장투석기를 사용하고 있다. ● 용도 : 순수제조, 정제, 인공신장 투석기, 소금제조 2) 의료용 및 의약품 제조에 쓰이는 막 신부전증 환자가 혈액투석 시술을 받는다는 것은 널리 알려져 있다. 류머티즘 등의 난치병 치료에는 혈장분리를 하는데, 이것은 연속적으로 체외로 뽑아낸 혈액을 막으로 분리하여 저화한 후 다시 체내로 돌려보내는 것이다. 심장수술시 폐의 역할을 대신해서 인공폐를 이용하여 혈액을 산소화시키는 역할도 막을 통하여 가스교환법으로 이루어진다. 또한 혈장에서 바이러스를 제거시켜줌으로써 수혈로 인한 혈액감염을 방지할수 있는 바이러스 제거막이 개발되고 있다. 약을 제조할 때 불순물이나 균체를 제거한다든지 유효성분을 농축하여 만드는 데에는 막이 쓰여지고 있다. 약을 마이크로 캡슐에 넣어 필요한 장소에 약의 성분을 방출하는 서방성 의약(sustained release drug)이 있는데 약을 막으로 둘러싸서 투여하는 방식이다. 병원에서 사용하는 물 즉 세척용, 주사용, 검사용 물속의 세균이나 불순물을 제거하는 데 막의 사용이 필수적이다. 3) 가정용 산소호흡기 가정용 산소호흡기는 결핵의 후유증, 천식 등으로 인한 만성 호흡부전환자의 치료용으로 쓰여지게 되었다. 산소부화막을 이용한 산소 호흡기로 공기의 21%를 차지하는 산소를 78% 차지하는 질소보다 우선적으로 통과시키는 산소 부화막을 통하여 산소를 통과시킴으로써 약 40% 농도의 산소가 부화된 공기를 얻는다. 종래의 산소요법보다 산소가 고농도이므로 장시간 흡입으로 인해 폐에 장해를 일으키는 일도 없어지게 된다. 막을 이용하여 산소와 질소를 분리시키는 경우 산소와 질소의 분자크기가 비슷하여 막의 구멍크기에 따른 분리방법만으로는 분리하기 어렵기 때문에 용해도와 확산도의 약간의 차이를 이용한다. 막의 한편에 공기를 접촉시키고 다른 한편에 감압시켜 대기압보다 낮게 하면 기체가 막을 통과하게 된다. 기체분자는 막의 양편에서 용해하며 막내부에서 확산하고 반대방향에서 탈리한다. 막표면에서 분리 혹은 용해로 산소가 질소보다 용해, 확산이 잘 되어서 투과하기 쉬우므로 산소부화 공기가 얻어진다. 습기를 조정하여 다시 정밀 여과막을 통하여 세균이나 먼지를 제거해 주면 산소부화공기가 만들어지고 환자가 사용할 수 있게 된다. 거주공간의 산소결핍 방지용이나 운동에 관련된 건강산업용으로 만들어진 제품도 있다. 앞으로 유아나 노인들이 오염된 공기를 흡입함으로써 기관지염 등의 발병을 제거하기 위하여 널리 쓰여질 전망이다. 7. PPS(polyphenylene sulfide)섬유 PPST섬유의 가장 큰 특징은 내화학 약품성을 들수 있는데 산, 알카리 용제에 대하여 유기섬유중에 가장 강하며 특히 2000℃이하에서는 용제가 없는 것으로 알려져 있다. 산업체의 에너지원으로 필수불가결한 석탄boiler의 배기가스의 온도가 150∼2000℃나 되는 고온이며 황이 함유된 석탄으로부터 나오는 gas가 강력한 산성을 띠고 있으므로 기존의 폴리에스터나 글래스를 소재로 한 필터를 사용할 때 대기오염 문제를 발생하여 왔다. 이에 따른 집전용 공업용 필터의 소재를 PPS섬유로 대체할 때 집진성능 및 내구성이 좋아지므로 각종 산업체로부터 나오는 배기가스의 문제가 해결될 수 있다. 8. 초고강력 폴리에틸렌 섬유 모든 첨단 소재를 동원하여 제조한 것으로 sail cloth는 초고강력 PE사(allied corp, spectra100)와 아라미드 복합직물이다. 또 rope도 spectra 1000 제품으로 고강도, 고탄성, 경량성의 우수한 물성을갖고 있다. ●용도 : 해양로프-물보다 비중이 작으므로 물에 뜨는 특징을 이용하여 각종 해양로프에 이용되고 있다. 자동차 경주용 helmet-EP섬유의 저비중, 경량성을 이용하여 헬멧에 사용함으로써 경주용차 레이서의 안정성을 높이고 차체의 중량을 보다 감소시킨다. 첨단 고강력, 고탄성 섬유인 전방향족 폴리에스터 섬유는 Du Pont사의 전방향족 폴리아미드섬유인 kevlar의 성공에 자극을 받아 수지 제조업체를 중심으로 kevlar 대체 용도로 개발되었는데 고인장강도(31.0g/d), 고탄성율(1199g/d), 고내열성(3000C) 등의 우수한 특징을 가지고 있다. 제조방법은 P-Hydroxybenzoic acid, Hydoxynaphthoic 등을 원료로 하여 이들을 중타이어코드, 벨트, 로프, 케이블, 각종복합재, 방호재료, kevlar용도의 대체품으로 간조되고 있으나 가격이 높아서 광섬유용 보강재나 IC봉지재 등의 고성능용도로 사용되고 있다. 9. 냉열단섬유 Alumina 내열도가 높은 내열, 단열재로서 영국의 ICI가 세계 처음으로 기업화에 성공하였고, 고온단열재로서 주목을 받았다. 알루미나 섬유는 넓은 의미로 세라믹 섬유의 일종이다. 세라믹 섬유는 그조성이 Al203, Si02, B203, MgO 등으로 되어 있는데 Al203의 함량이 80%이상인 것을 알루미나 섬유라고 하며 그 이하인 것을 좁은 의미로 세라믹 섬유라고 한다. 알루미나 섬유는 ICI에서 제일 먼저 개발하였으나 현재는 Du Pont, 3M에서 개발에 성공하여 ICI를 추월하는단계에 있다. 알루미나 섬유의 우수성은 우선 그 내열성(1200∼16000℃)에 있지만 또한 그 전도율이 낮고 비중이 가볍다는 특징이 있기 때문에 공업로의 단열재로 사용할 경우 가열시간이 단축되는 한편 열의 방출을 방지할수 있어 대폭적인 에너지 절감효과를 가져올수 있다. 10. 안전을 보장하는 인체보호용 섬유 최근까지 체이톱 등의 사용자를 위한 유일한 보호용 도구를 톱이 사용자의 몸에 닿기 전에 톱날을 멈추어주는 부피가 크고 불편한 나이론 28겹 덧댄 것이었다. 그러나 아라미드에 기초한 새로운 타입의 섬유는 더 안전하고 편안함을 약속해 주었다. 초강력 물질로 이루어진 신섬유는 얇고 가볍지만 결코 늘어나지 않아서 체인톱이나 심지어 총알의 가공할 힘조차 흡수해 버린다. 이 물질은 방탄복의 제조에 주로 사용된다. 11. 화염으로부터 피부를 보호하는 섬유 일반적으로 나이론 섬유가 화염에 휩싸이면 단순하게 타버리지 않고 녹거나 작은 알갱이 형태로 쪼그라든다. 의복으로 입고 있는 경우 그런 작은 알갱이들은 피부에 깊은 화상을 입히는 원인이 되기도 한다. 아라미드를 주원료로 하여 새로 개발한 신섬유는 마치 모섬유처럼 타지 않고 재형태의 숯으로 변해버린다. 이런 이유에서 아라미드로 만든 신섬유는 화재의 위험이 있는 곳에서 이상적인 보호용 의류로서 쓰인다. 카레이서의 경우 이같은 섬유로 만든 의복을 착용하면 차가 전복되어 화재가 발생하였을 때 피부를 어느 정도 보호받을수 있다. 또한 아라미드 섬유는 강철보다 강하고 가벼운 특징을 지니고 있다. sikorsky 블랙호크 헬리콥터의 경우 문들과 꼬리부분의 회전날개 굴대, 계기 창틀 등이 아라미드 섬유소재로 이루어졌으며 파일럿 좌석을 적의 타도로부터 보호하는 데도 섬유가 이용된다. 이는 아라미드 섬유가 타거나 눌어 붙지 않는 독특한 구조의 특성을 가지고 있기 때문이다. 강하고 가벼운 소재가 절대적으로 요구되는 특수붙야(항공기, 무기 등)에서 많이 이용되고 있다. 12. 환경친화성 소재 : 활성탄소섬유 21세기는 환경과 에너지의 시대가 될 것임을 공통적으로 인식하고 있는 상황에서 한국에서는 1995년말 환경친화적인 산업구조의 전환촉진에 관한 법률을 제공하여 1996년 7월 1일부터 시행토록하였다. 환경친화성 소재는 두 가지로 구분할수 있다. 첫 번째는 사용 후 폐기되었을 때 환경의 신진대사 사이클에 따라 분해되어 없어지도록 고안된 일명 환경분해성 소재이다. 햇빛의 작용 혹은 흙속에 서식하는 미생물의 작용에 의해서 분해되도록 설계되어 있으며 외국의 경우는 샴푸병 등의 포장용기, 농업용 비닐 등의 분야에서 이미 상업화에 성공하고 있기도 하다. 두 번째는 환경문제 해결의 현장에 직접 투입되어 환경오염을 감소시키고 오염된 환경을 정화하는 기능을 가지는 소재들로서 정화와 페수 및 음료수의 정수작용을 하는 필터류가 있다. 활성타소섬유(ACF : Activated Carbon Fiber)는 두 번째 범주에 속하는 것으로 물리화학적 구조의 특성은 흑연과 매우 유사하고 환경기능성은 제오라이트와 거의 비슷하기 때문에 사용환경의 열악성 여부에 상관없이 광범위하게 사용할 수 있다. 또한 뛰어난 흡진 및 유독가스 흡착성능의 장점을 지니고 있는 첨단환경 신소재이다. 활성탄소 섬유의 표면적은 주로 내부 표면적 즉 미세공(micropore)에 의한 것이다. 활성탄소 섬유의 개념은 원래 고성능 복합재료의 강화소재로 널리 사용되던 타소섬유에 흡착소재로 오래 전부터 사용되어온 활성탄소의 개념이 조합된 것이다. 분말상 입상의 활성탄소는 표면적이 커 흡착성능이 좋기 때문에 양조시 술의 탈색, 제당시 당의 탈색, 촉맥의 담체 용제회수, 탈취등의 용도에 주로 사용되고 있다. 활성탄소 섬유는 토우, 펠트, 필터, 방취패트, 방취시트, 마스크등으로 사용된다.

출처 : 섬유인

글쓴이 : 달공 원글보기

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