[스크랩] 레이온의 기원과 종류
레이온의 기원
유럽에서는 동양에서 수입한 실크를 고급사치품으로 사용하였는데, 값비싼 실크의 대용품을 만들고자 하는 노력을 통해 프랑스에서 연구가 시작되어, 1892년 영국의 크로스(Charles F. Cross)와 베반(Edward J. Bevan)이 본격 개발을 시작하였고, 1904년 영국 Courtaulds Fiber Inc.(현재 Acodis사)에 의해 상업화에 성공해 대중적인 섬유로 발전하였다.
인류가 우아하고 섬세한 견(Silk)을 모방하여 인공적으로 만든 최초의 인조섬유로서 재생 섬유소 섬유(Regenerated Cellulose Fiber)를 대표하는 섬유로, 인견(Artificial silk)이라고도 불린다.
레이온 섬유는 분명 인조섬유이나, 목재 펄프의 섬유소를 재생시켜 만든 섬유로 재생섬유라고도 불린다.
비스코스와 레이온이 서로 다른 섬유라고 생각하는 사람이 있는데, 이 두가지는 같은 섬유를 의미한다. 비스코스 레이온은 이 섬유의 정식 명칭이다. 본래 레이온 섬유는 만드는 방법에 따라 비스코스 레이온, 폴리노직 레이온, 구리암모늄 레이온으로 나뉘는데, 비스코스법으로 제조된 레이온을 흔히 사용하여 비스코스와 레이온을 혼용하여 사용하기 시작하여 명칭의 혼동이 발생하였다.
제조 방법
레이온은 '빛나는 실'이라는 뜻으로, 제조시 정제된 낙엽송의 목재 펄프와 면 린터르 주 원료로 하여 본래 목재(펄프)에 조직되어 있는 섬유소를 알칼리로 처리해 분자간의 수소 결합을 해리시킨 뒤 점성이 강한 비스코스 용액을 만든다. 이 용액은 가늘다란 노즐을 통해 다시 섬유소 분자로 결합된 섬유를 만드는데 이것을 레이온 섬유라 한다.
레이온의 종류는 장섬유(FILAMENT)와 단섬유(STAPLE)의 두 가지가 있으며 보통 레이온 장섬유를 인견이라 했다. 이건은 약 30D(데이어)가 되는 실에서부터 300D까지의 굵은 실까지 여러가지를 만들 수 있다. 단섬유를 스프(Staple Fiber)라고도 하는데 이것은 섬유 자체의 개질 외에도 다른 섬유와의 혼방 재료로 각광을 받고 있다.
1.비스코스레이온(Viscose Rayon)
정제한 펄프(Pulp)를 17.5%의 가성소다 용액에 침지시켜 알카리 셀룰로오즈로 변화시켜 일정한 온도에서 일정기간 방치하여 노성킨후 이황화탄소(CS2)를 작용시켜 크산테이트(Xanthate)로 만들고 이것을 묽은 가성소다 용액에 숙성시키면 방사하기 적당한 끈끈한 용액이 되는데 이를 방사구로부터 응고액 속으로 압출하면 응고되어 다시 셀룰로오즈가 재생된다.
이것을 적당히 연신하면 필요로 하는 필라멘트사(Filament Yarn)을 얻게 되고, 방적하기 적당하게 절단하면 스테이플사(Staple fiber) 그리고 방사 시평행한 상태의 필라멘트를 모아 로우프 상태의 다발로 절단하면 필라멘트 토우(Filament tow)가 된다.
2.폴리노직 레이온
비스코스 레이온의 습식 강도가 작은 점을 보완하기 위하여 제조 방법을 약간 달리하여 제조한 것으로 알칼리에 대한 저항성이 우수하다. 견섬유와 같은 태를 가지고 있어 고급 세번수 직물에 쓰이며 편성포, 고무 방수포나 가죽의 기포, 면 및 합섬섬유와의 혼방직물에 쓰인다.
3.구리 암모늄 레이온
구리암모늄 레이온은 비스코스 레이온에 비해 강도가 클 뿐만 아니라 유연하고 광택이 온화하며 내마모성과 내굴곡성이 크다. 다만, 비스코스 레이온보다 비싼 것이 결점이다. 양복 안감, 침구, 방석 등에 쓰이는 것은 물론 최근에는 섬유 중심 부근에 공동이 있는 중공섬유로도 만들어져 인공 신장, 박테리아의 분리, 폐수처리 등에도 쓰이고 있다.
레이온 섬유의 장점
표면이 매끄럽고 촉감이 실크처럼 좋으며 드레이프(Drapes)성이 좋다.
흡습성이 인조섬유 중 가장 탁월하여 정전기 발생이 적으므로 착용시 안락감을 준다.
견과 달리 변색되지 않으며, 염색성이 매우 좋다.
레이온 섬유의 단점
보온성이 적어 차가운 느낌을 준다.
셀룰로오스가 주성분이므로 물로 인해 얼룩이 남기 쉽다.
쉽게 구김이 가므로 고급 의류용으로는 부적당하다.
마찰에 약하고 물에 적시면 강도가 크게 저하되고 탄력성이 떨어진다.
염색견뢰도가 약하다.
제조 공정상 공해를 유발시키는 환경공해 섬유이다(예. 원진레이온 사건)
레이온계 브랜드 종류
*텐셀(Tencel)_Lenzing
영국 아크로디스사에서 오랜 기간 연구하여 개발한 100% 천연 펄프를 원료로 하는 셀룰로스계 섬유로, 천연 나노 피브릴 구조를 가지고 있어 천연섬유의 장점과 합성섬유의 실용성을 갖추고 있다. 2004년 5월 렌징사가 아크로디스사를 합병인수하여 현재는 Lenzing에서 공급하고 있다. 주요 특징으로는 수분조절, 감각적 부드러움, 박테리아 성장 억제, 생분해성 등이 있다.
*모달(Modal)_Lenzing
레이온의 단점중의 하나인 습윤강도(Wet Modulus)를 최고로 높인 레이온이다. 순수한 너도밤나무(Beech Wood)에서 얻어진 셀룰로오스를 고농축 아연용액에 담가 실을 만들면서 연신하여 만들어진다. HWM(High Wet Modulus)이라 불리기도 했으며, 현재는 Modal이 국제적인 학명이 되었다. 습윤강도가 매우 좋아 물세탁이 가능하면, 세탁후 주름이 적다. 오스트리아의 Lenzing사에서만 공급되고 있으며, 모달을 그들의 브랜드처럼 사용하고 있다.
*라이오셀(Lyocell)_Lenzing
레이온을 생산할 때 인체에 해로운 물질이 나오는 문제를 해결한 환경 친화적인 레이온이다. 솔벤트로 녹여서 만들기 때문에 Sovent Spun Cellullose라고 불렸었으나, 1989년 국제기구로부터 Lyocell이 정식 학명으로 인정되었다.
라이오셀의 브랜드로는 오스트리아 Lenzing사의 Lyocell, 네덜란드 AKZO사의 NewCell이 있으며,
한편, TENCEL의 경우는 영국 Courtaulds사의 브랜으로 유명하였으나, 2004년 5월에 Lenzing사가 Courtaulds사르 인수합병함으로써, Tencel의 라이센스를 갖게 되었다.
*Cupra rayon(큐프라 레이온)_Bemberg
구리암모늄을 이용하여 만든 레이온이 바로 구리암모늄레이온이라 불리는 큐프라이다. 독일 벰베르그사에서 생산하기 때문에 벰베르그레이온이라 일반적으로 부르며, 보통 비싼 안감지로 유명하다.
*풍기인견_한국
우리나라 산업화 시기에 정전기가 적고 표면이 매끄러워 양복의 안감 용도로 소비되던 인견은 경북 영주시 풍기를 중심으로 대량 생산되어 전세계로 수출되었으나, 최근 인견의 쾌적한 특징을 인정받아 여름철 옷감, 블라우스, 속옷, 실내복, 양말 등 다양한 옷감 재료로 사용하고 있다
Rayon은 국화잎 모양의 단면을 하고 있어서 빛을 난반사하므로 독특한 광택을 가진다. 스킨/코아 부분에서의 구조가 다른데 스킨부가 치밀한 구조를 하고 있는 것도 광택에 관계가 있다고 알려져있다.
비중이 크기 때문에 (1.50~1.52) Drape성이 있다.
-OH기를 가지며 비결정 영역의 비율이 커서 주변의 상대습도에 따라 흡습/방습을 한다. 흡습성이 높은 특성은 Rayon 직물의 착용감의 양호함이나 정적기 발생 방지에 크게 기여하지만 한편 세탁치수 안정성이나 습윤시의 강신도의 저하에 대해서는 결함으로 작용한다.
비결정영역의 비율이 크므로 상압에서 염색이 가능하며 염색성이 양호하고 직접염료, 반응성염료, 염기성염료 등 각종의 염료에 염착이 잘 되고 심도있는 선명한 색상으로 염색이 가능하다. 그러나 염료가 이행되기 쉽기 때문에 Spot-mark등이 발생하지 않도록 주의가 필요하다.
Rayon은 열전도성이 좋고 특히 필라멘트를 사용한 직물의 경우 피붕 접촉되면 차가움을 느끼는 청량감이 얻어진다.
Rayon은 높은 온도하에서도 연화, 용융하지 않고(합성섬유와 같은 전이점을 갖지 않음) 연소하여도 유독 가스의 발생은 없다. 260℃~300℃에서 착색, 분해된다.
구김이 쉽게 발생한다.
이 문제점은 요소 수지가공을 함으로써 대폭 개선되었다.
토양 및 물속에 존재하는 박테리아에 의하여 쉽게 분해되며 또 분해에 의해 생성물이 토양의 생태계에 나쁜 영향을 미치지 않는다.
2. Rayon의 종류
섬유소를 가성소다로 처리한 후 이황화탄소를 작용시키면 물에 가용성이 되는 것을 이용하여 생산하는 것으로 강도가 낮고 팽윤에 의한 세탁시의 수축 및 형태안정성의 불량등으로 인해 염색가공 및 사용할 때에 많은 문제점을 가진다. 이러한 결점은 섬유를 구성하는 셀룰로오스 분자의 평균 중합도가 낮기 때문이다.
Viscose Rayon보다 고강력을 갖는 섬유의 개발에 대한 필요성이 증대됨에 따라 응고욕의 조성 또는 장치상의 개조를 통해 이를 달성하기 위한 노력이 행해졌다. 1912년 1%의 황산아연을 응고욕에 첨가함으로써 방사된 실의 강력과 유연도를 증가시킨 내퍼의 연구를 시초로 하여 1914년에 윌슨, 1920년대 초에 릴리엔펠트, 1920년대 말에 바이젠버그, 1930 년대초에 코오틀즈의 포르티산, 1935년에 테나스코, 1950년 응고욕에 제4급 암모늄화합물을 첨가하여 고강력의 섬유를 제조한 뒤퐁사의 제품, 타이어 코드로 사용되는 슈퍼섬유등이 있다.
오스트리아 LENZING사에서 새로이 개발된 고성능 Rayon을 기존의 일반적인 Low-modulus Rayon과 분리하기 위해 Modal이라 명명하여, 기본적으로 0.5g/d 이상의 Wet-modulus를 가지는 Rayon을 Modal이라 분류하였다.
상품명 : Junlon, Tufcel, Celltima
Viscose Rayon이 개발된 이후 급변하는 소비자의 요구에 부응하기 위한 새로운 스테이플섬유의 개발이 이루어졌으며 대표적인 예가 Viscose Rayon의 단점을 보완하여 높은 습윤 탄성률을 갖는 Polynosic섬유로써 1933년 독일의 BASF에서 처음으로 개발하였다.
중합도 약 400~500
셀룰로오스를 산화구리암모니아 용액에 용해하여 방사하여 만든 Rayon. 일명 Bemberg라고도 한다.
상품명 : Tencel, Lenzing, Lyocell
Tencel은 목재펄프를 사용하여 셀룰로오스를 Amine oxide 용제에 직접 용해하여 제조한다.
제조방법은 다르지만 물성면에서는 Polynosic과 매우 유사하며 중합도 500정도의 셀룰로오스분자를 고결졍. 고배향시킨 섬유이다.
Amine Oxide (N-methyl morpholine oxide, NMMO)는 수세시 완전히 제거되어 증류회수하며, 섬유제조시 공해문제가 되는 폐액 및 부산물을 생성하지 않으므로 환경친화적인 Ecology 섬유로서 21세기에 크게 기대되는 섬유이다.
가. Polynosic 섬유의 역사 및 개발배경
1930년대 전쟁중에 Cotton이 부족하여 Rayon SF가 의류용으로써 사용되고 있었지만 강도가 약하고 세탁 후 수축하는 등 형태 안정성의 문제점이 많았다. 이러한 Rayon SF를 Cotton에 가깝도록 만들고자 하는 연구가 시작되었다.
1933년 독일의 BASF(Badische Amilin Und Soda-fabrik)에서 개발한 Lanusa를 시초로 1959년 미국의 앵커사에서 기업화하기 시작하였으며 그후 프랑스 C.T.A사의 Mr. Drish가 Polynosic이라 명명한 것이 오늘의 Polynosic 섬유이다. 1951년 일본의 Toramomen, 유럽의 3개국(벨기에, 스위스, 프랑스)이 공동으로 개발한 Z54, 미국의 Zantrel과 영국의 Vincel, SM27 등이 있다.
①High water resistance : high wet strength and high wet modulus
②High alkali resistance of minimum change in its wet strength and wet elongation between before and after alkali
treatment
③Relatively high degree of polymerization
①미처리 섬유의 습윤시 0.5g/d 하중하의 신장 : 4% 이하
②NaOH 5% 용액에서 처리된 섬유의 습윤시 0.5g/d 하중하의 신장 : 8% 이하
③NaOH 5%용액으로 처리된 섬유의 습윤시 파괴강도 : 2.3g/d 이상
④loop강도 : 0.9g/d이상
⑤중합도 : 450 이상으로 규정되어 있다.
Polynosic은 중합도가 높은 Viscose액을 저온, 저산, 저염욕에 방사하여 고연신시키는 방법으로 제조된 섬유로 우수한 흡습성 및 염착성, 물성을 지니고 있다.
○Viscose의 응고가 천천히 일어나고 크산테이트가 다시 Cellulose로 재생되기 전에 신장이 가해지기 때문에 마이크로
피브릴의 구조를 갖고 있다.
○면과 Viscose staple 양쪽의 좋은 성질만을 갖고 있다.
○건강도(Dry strength)와 습윤강력(Wet strength) 및 습윤강력/건강도의 비는 Viscose Rayon보다 크다.
○절단신장도는 건, 습 양쪽에서 모두 비스코오스 레이온보다 적다.
○초기 습윤탄성율(wet modulus)이 높고 습윤상태에서 변형으로부터의 탄성회복률이 우수하므로 특히 세탁에서 치수 안정성이 좋다.
○Viscose Rayon보다 알칼리에 대한 용해도가 작으므로 면에 이용 되는 연속습식공정에 응용할 수가 있다.
○촉감이 면에 가깝고 광택은 히도면 또는 견방적사와 비슷하다.
○물에서의 팽윤과 흡수가 아주적기 때문에 염료에 대한 친화력이 낮다.
○염색은 면에 쓰이는 방법으로 이루어지며 배트, 아조익, 인디고솔 및 프로시온 형태의 반응성 염료가 이용된다.
○수지가공을 할 경우 면에 이용되는 방법과 비슷한 방법을 이용하며 수지가 Polynosic으로 된 직물에 상해를 주지 않는다.
○배향도가 향상된다.
○세 denier가 가능하다.
Polynosic 섬유는 원형의 단면구조를 가지고 있어서 독특한 광택을 가지고 있다.
◆중합도
Polynosic : 500 Modal : 350-400
◆제조방법
Polynosic : 중합도가 높은 Viscose를 저온, 저산, 저염욕에서 방사하여 고연신을 한다.
Modal : Viscose에 아민계의 변태제를 첨가하여 고아연욕에서 방사한다. 방사속도가 40-50m/min로 높고 보통의 Rayon SF의 방사기에서 생산할 수 있다.
◆결정화도, 치수 안정성, 내 알칼리성
Modal이 Polynosic보다 나쁘다.
◆Cost
Polynosic보다 비용면에서 경제적이다. 대표적인 상품은 미국의 A.V사 (Americal Viscose)의 アブリル가 있으며 폴리에스테르와 혼방하여 의류용으로 소비되고 있다.
Modal은 순수한 너도밤나무(Beech wood)에서 얻어지는 천연섬유로써 Rayon, Cotton보다 강하고 안정성이 우수하며, 형태안정성과 강도가 높기 때문에 일반가정에서의 세탁(물세탁)이 가능하며, Soft한 Peach외관이 탁월하고 부드럽고 매끄러운 촉감, 흡수성, 신체에 접했을 때의 상쾌함, 그리고 아름다운 드레이프성을 가지는 우수한 섬유이다.
Modal은 ViscoseRayon에 비해 Wet상태에서 높은 강도를 가지고 Conditioning 상태에서도 높은 Wet modulus를 가지게 된다.
②Whiteness
Viscose와Modal은 Cotton보다 더 White한 백도를 가지고 있다.
③비중 : 대략 1.5정도
④중합도 : 400
⑤Water Retention Value
Modal의 Retention Value는 대략 면보다 크고, Viscose보다 약간 낮다.(면 : 약 60%, Viscose : 약 85%)
⑥섬유의 팽윤성
Viscose는 Cotton과 Modal보다 더 팽윤성이 우수하다.
이 팽윤공정은 매우 빨리 일어나고 낮은 온도에서는 10초 내의 짧은 시간에 일어난다.
⑦화학적 안정성
Modal은 매우 빠르고 강하게 알칼리와 접촉하면 반응이 일어난다. 이들 Type은 모두 NaOH 4.5%(7.0°Be)의 농도에 활성화되고 염료의 염착량 증대 효과를 가져온다. Modal fiber의 경우는 머서화의 경우 NaOH 17-22%(24-28°Be)로 처리할 수 있다.
⑧열안정성
Modal fiber는 Cotton과 같이 Cellulose로 만들어져 있어 열까소성 성질이 없다. 열에 대해서 저항성이 있고, 가공공정의 처리 시간에도 안정성이 있다. PET와의 혼방품은 열처리 온도가 180℃를 넘어서는 안된다. 이 이상이면 백도가 떨어진다. 동일한 이유로 고온의 가공은 피해야 한다. 고온에서 오랜시간의 처리는 Fiber를 과건조시켜 Hard crust상태로 만든다. 그래서 정상적인 수분율을 가지지 않게 되어 수분 흡착비가 떨어진다. 특히 이런현상은 침투도 차이의 문제를 가져오고, 염색공정에서 Tailing의 원인이 된다.
⑨내 알칼리성이 우수하다.
⑩고강력 저신도
High Wet Modulus Type의 Rayon으로 습윤시 강력이 높고 신도가 작기 때문에 형태 안정성이 좋으며 염색 가공이 용이하다. 또 직물을 세탁시 방축 및 주름이 적어 Easy care성이 우수하다.
⑪마모 강도가 좋고 마일드한 광택을 가지고 있다.
⑫Drape성이 풍부하고 부드러운 Handle을 가지고 있다.
⑬원면은 0.8d의 극세 denier부터 3.0d까지 있으며 마, 면, 모 등의 타 섬유와 혼방이 가능하며 효소감량, 기모가공에 의한 다양한 Handle과 표면효과를 얻을 수 있다.
⑭강력이 높기 때문에 세 번수의 사용 및 강연 직편물의 상품개발이 용이하다.
셀룰로오스란, 글루코스라고 불리는 분자가, 수 만개 연결된 천연의 고분자로, 식물 조성의 골격을 이루며 자연계에 가장 많이 존재하는 고분자이다.
레이온은, 목재 펄프를 가성소다 처리한 후, 2황화탄소와 반응시켜 셀룰로오스 유도체를 만들고, 이것을 알카리 용액에 용해시킨 원액(viscose라고 부른다)으로 하여, 미세한 구멍이 다수 있는 “spinneret”을 통하여 산성욕 중에 밀어 내고, 화학반응시켜 2황화탄소와 셀룰로오스를 분리하여, 셀룰로오스 섬유를 섬유상으로 재생시킨 것이다. 이런 제법에 따르기 때문에 비스코스 레이온(viscose rayon) 또는 그냥 비스코스(viscose)라고 부르기도 한다.
레이온이라는 용어는 일본에서 가정용품 품질표시법에 정해져 있지만, 국제적으로 ISO 2076(화학섬유의 명칭)에서, 종래 Viscose rayon이라고 호칭되고 있던 것이 Viscose로 개정되었다.