레이온 (섬유)

레이온(rayon)

레이온(rayon)은 목재 또는 무명의 부스러기 등을 적당한 화학적 방법으로 처리하여 순수한 섬유소로 이루어진 펄프를 만들고 화학적으로 이를 용해한 다음 다시 응고시킨 섬유(纖維)이다. 정식 명칭은 비스코스 레이온(Viscose Rayon)이다. 한자를 사용하는 동양권에서 레이온은 인조 견직물 혹은 줄여서 인견(人絹)이라고 한다. 한자로 비단 견(絹)자를 쓰는데, 그만큼 특질이 비단 혹은 실크(silk)와 닮았다는 뜻이다.

개요

레이온 섬유는 분명 인조 섬유이지만, 목재 펄프의 섬유소를 재생시켜 만든 섬유로 재생 섬유라고도 불린다. 정제한 셀룰로스, 주로 화학적으로 변환된 가용성 화합물인 용해 펄프로부터 만든다. 흡습성이 좋고, 촉감은 부드럽지만 물에 젖으면 약해지며, 주름이 잘 지고 줄어들기 쉬울 수 있다. 또한, 외관이 실크 섬유와 비슷하고, 매끄럽고 정전기가 잘 생기지 않는다. 레이온은 자연에 존재하는 고분자인 셀룰로스로부터 출발하기 때문에 준합성 고분자(semi-polymer) 섬유로 간주된다. 인견에 물결무늬 가공을 한 것은 인견 리플(ripple), 혹은 "인견 지지미"라는 이름으로 불리고 있다. 한국에서 때밀이용으로 쓰는 이태리 타올의 주 재료도 인견이다. 많은 종류와 등급의 레이온은 실크, 울, 면, 린넨과 같은 천연 섬유의 느낌과 질감을 모방할 수 있다. 실크와 비슷한 유형을 종종 인조 실크(artificial silk)라고 한다. 특정 유형의 레이온에는 비스코스, 모달(modal) 및 라이오셀(lyocell)이 포함되며, 각각 제조 공정 및 완제품의 특성이 다르다. 대부분의 레이온 수지 제조과정에서 이황화 탄소(carbon disulfide)를 이용하기 때문에 작업자의 건강에 큰 해가되고 있다. 레이온과 관련하여 국내 최대 산업 재해 중 하나였던 원진레이온 사태가 벌어지기도 했다.

기원

유럽에서는 동양에서 수입한 실크를 고급 사치품으로 사용하였는데, 값비싼 실크의 대용품을 만들고자 하는 노력을 통해 프랑스에서 연구가 시작되어, 찰스 프레드릭 크로스(Charles Frederick Cross)와 그의 동료인 에드워드 존 베번(Edward John Bevan)과 클레이튼 비들(Clayton Beadle)에 의해 본격 개발을 시작하였고, 1904년 영국 코탈드스 섬유 회사(Courtaulds Fiber Inc.)에 의해 상업화가 성공하여 대중적인 섬유로 발전하였다. 비스코스와 레이온이 서로 다른 섬유라고 생각하는 사람이 있는데, 이 두 가지는 같은 섬유를 의미한다. 비스코스 레이온은 이 섬유의 정식 명칭이다. 본래 레이온 섬유는 만드는 방법에 따라 비스코스 레이온, 폴리노직 섬유(polynosic fiber), 구리암모늄 레이온(cuprammonium rayon)으로 나뉘는데, 비스코스법으로 제조된 레이온을 비스코스 레이온, 비스코스, 레이온등으로 혼용 사용하여 비스코스와 레이온 명칭의 혼동이 발생하였다.

레이온의 제법

질산 셀루로오스법에 의한 나이트로셀룰로스

나이트로셀룰로스는 에터 및 아세톤과 같은 유기 용매에서의 용해도가 우수하다. 1855년에 조지 아우데마(Georges Audemars)가 최초의 인조 실크인 나이트로셀룰로스를 제조하였다. 화학적으로는 레이온과 구별되지만 나이트로셀룰로스는 화학적 변형으로 성공적으로 가용화되었다. 나이트로셀룰로스의 상업 생산은 1891년에 시작되었지만, 셀룰로스 아세테이트 또는 구리 암모늄 레이온보다 가연성이 높고 비용이 많이 들었다. 이러한 높은 생산 비용 때문에 1900년대 초 생산이 중단되었다. 프랭크 헤이스팅스 그리핀(Frank Hastings Griffin)은 스트레치 방적 공정인 더블 고뎃(double-godet)을 발명하여 인조 실크를 비스코스 레이온으로 바꾸어 특별한 타이어 코드(tire cored) 및 의류와 같은 많은 산업 제품에서 사용할 수 있도록 하였다. 네이선 로젠슈타인(Nathan Rosenstein)은 레이온을 단단한 섬유에서 천으로 바꾼 방적 과정을 발명하였다. 이로 인해 레이온은 직물에서 인기있는 원료가 되었다.

아세테이트법에 의한 셀룰로스 아세테이트

레이온이 목면과 마찬가지로 셀룰로스 자체인 데 비해, 셀룰로스 분자의 수산기를 적당히 아세틸기로 치환한 것이 아세테이트 섬유이다. 이 섬유는 아세틸화한 부분만이 합성품이므로 반합성 섬유(半合成纖維)라고 불린다. 물을 흡수하기 쉬운 수산기 대신에 아세틸기가 들어가 있기 때문에 아세테이트 섬유는 레이온에 비교하여 흡수성(吸水性)이 작고, 수분을 말리기 쉽다. 아세테이트를 만드는 데에도 원료는 역시 펄프로부터 시작된다. 정제한 린터, 또는 고도로 정제한 펄프를 아세트산 무수물 속에서 반응시키면 셀룰로스를 구성하고 있는 포도당 분자의 3개의 수산기가 모두 아세틸기로 치환되어 트라이아세트산 셀룰로스로 된다. 이것을 50% 아세트산 중에서 40 °C에서 방치하면 아세틸기의 일부는 다시 수산기로 변하고 다이아세트산 셀룰로스가 된다. 이 용액을 다량의 물 속에 부으면 아세트산 셀룰로스가 가라앉는다. 트라이아세트산 셀룰로스는 아세톤에 녹지 않으나, 이와 같은 조작(操作)으로 만들어진 다이아세트산 셀룰로스는 녹는다. 거기에서 이를 무수 아세톤에 녹이고, 약 18%의 다이아세트산 셀룰로스－아세톤 용액으로 되었을 때 가는 구멍으로부터 밀어냄으로써 실로 만든다. 다이아세트산 셀룰로스인 경우에는 레이온의 방사(紡絲)와는 달라서 공기 속으로 밀어낼 뿐으로 아세톤이 증발함으로써 뒤에 아세테이트 섬유가 남는다(건식 방사). 이것을 감아낸 것을 아세테이트 인견이라 한다. 비스코스 인견보다도 생산량은 다소 많으며, 내수성이 좋고, 또 건조되기 쉬운 점 외에도 촉감이 좋고, 주름이 잘 잡히지 않는 등의 장점이 있다. 셀룰로스 아세테이트는 아세톤과 같은 안전한 용매를 사용하는 반면, 비스코스 레이온 제조에는 용매로서 이황화 탄소를 필요로 하는 단점을 가지고 있지만 비스코스 레이온은 여러 가지 셀룰로스 아세테이트 보다 훨씬 강인한 섬유이기 때문에 인기 있는 섬유 소재가 되었다.

구리암모늄(cuprammonium ) 방법

스위스의 화학자인 매티아스 에드워드 쉬바이처(Matthias Eduard Schweizer)는 사아민이수산화구리(tetraaminecopper dihydroxide)에 녹아있는 셀룰로스를 발견했다. 맥스 프레머리(Max Fremery)와 존 어번(Johann Urban)은 1897년에 전구에 사용하기 위해 탄소 섬유를 생산하는 방법을 개발했다. 1899년에 아켄(Aachen) 근처의 오버부르크(Oberbruch)에 있는 패브리켄 AG사(Vereinigte Glanzstoff Fabriken AG)에서 구리암모늄 레이온을 생산했다. 1904년 벰베르그(J. P. Bemberg AG)사에 의해 개선된 인공 실크는 실제 실크에 필적하는 제품이 되었다. 독일 벰베르그사에서 생산하기 때문에 벰베르그 레이온이라 일반적으로 부르며, 보통 비싼 안감지로 유명하다. 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, 폐수 처리 등에도 쓰이고 있다.

비스코스 방법

1892년 영국의 화학자인 찰스 프레드릭 크로스(Charles Frederick Cross)와 그의 동료인 에드워드 존 베번(Edward John Bevan)과 클레이튼 비들(Clayton Beadle)에 의해 본격적인 개발이 시작되었고 1894년에 인조 실크에 대한 특허를 출원하였다. 이 제품의 소재는 점도가 높은 용액의 중간 단계가 포함되어 있기 때문에 재료를 비스코스(viscose)로 명명하였다. 이 공정은 셀룰로오스를 강염기와 반응시킨 다음에 용액을 이황화 탄소로 처리하여 황화 유도체를 생성한다. 이후 황화 유도체는 후속 단계에서 셀룰로스 섬유로 다시 전환된다. 최초의 상업용 비스코스 레이온은 1905년 영국의 코탈드스 섬유 회사(Courtaulds Fibers)에 의해 생산되었다. 코탈드스 섬유 회사는 1910년 미국에서 자사의 배합을 생산하기 위해 미국 비스코스(American Viscose)사를 설립하였다. 레이온이란 이름은 1924년에 채택되었으며, 비스코스란 이름은 레이온과 셀로판을 만드는데 사용되는 점성이 있는 유기 액체를 지칭하는데 사용되었다. 그러나 유럽에서는 직물 자체가 비스코스로 알려졌으며 미국 연방 통상위원회(Federal Trade Commission; FTC)에서 레이온을 대체하는 용어로 통용되었다. 비스코스 방법에서는 목재를 셀룰로스의 원천으로 사용하는 반면 다른 레이온 제조 공정에서는 리그닌이 없는 셀룰로스를 출발 물질로 사용하였다. 목재를 셀룰로스의 원천으로 사용하는 것이 비스코스 레이온의 제조 단가가 낮기 때문에 레이온의 다른 제조 방법보다 더 큰 규모의 생산 공장이 건립되었다. 반면에, 비스코스 레이온 공정은 많은 양의 오염된 폐수를 발생시키는 단점을 가진다. 레이온은 단섬유인 스테이플 섬유가 개발되기 전인 1930년대까지만 장섬유인 필라멘트 섬유로만 생산되었다. 레이온의 물리적 특성은 1940년대에 고강도 레이온이 개발될 때까지 변경되지 않았다. 1950년대에 많은 연구와 개발에 의해 습식 상태에서 높은 값의 탄성율(High Wet Modulus; HWM)을 가지는 레이온이 만들어졌다. 이러한 고강도의 레이온의 산업적 응용은 1935년경에 나타났다. 타이어와 벨트에 면직물 섬유를 사용하는 대신 고 인장강도(탄성)를 가지는 레이온을 사용함으로서 완전히 다른 방식으로 발전시켰다.

리오셀(Lyocell) 방법

리오셀 공정은 용매인 N-메틸모폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide)에 셀룰로오스 생성물을 용해시키는 것에 기초를 두고 있다. 이 공정은 목재를 셀룰로오스 원료로 하여 건식 제트-습식 방사(dry jet-wet spinning)를 포함한다. 렌징(Lenzing)사는 이 방법으로 리오셀 레이온을 "Tencel"이라는 브랜드로 생산하고 있다.

특성

레이온은 다용도 섬유이며 레이온 섬유의 유영한 정도를 나타내는 드레이프성(drapability) 및 미끄럼성(slipperiness)은 종종 나일론과 유사하지만, 천연 섬유와 동일한 쾌적성을 갖는 것으로 널리 알려져 있다. 실크, 양모, 면, 린넨의 느낌과 질감을 모방할 수 있다. 레이온 섬유는 다양한 색상으로 쉽게 염색된다. 레이온 소재는 부드럽고 매끄럽고 시원하며 편안하고 흡수성이 뛰어나지만, 보온성이 없으므로 덥고 습한 기후에서도 사용하기에 이상적이다. 시원한 느낌을 주지만 때로는 미끈미끈한 느낌을 주는 단점이 있다. 일반 비스코스 레이온의 내구성과 외형 유지력은 특히 젖은 경우 낮다. 또한, 레이온은 모든 섬유 중에서 가장 낮은 탄성 복원력을 가진다. 그러나, 습식 상태에서 높은 값의 탄성율(High Wet Modulus; HWM)을 가지는 HWM 레이온(높은 습식-모듈러스 레이온)은 훨씬 강하고 더 높은 내구성 및 외관 보전을 나타낸다. 일반 비스코스 레이온의 경우는 드라이 클리닝 전용으로 추천된다. 그러나 HWM 레이온은 세탁기에 의한 기계 세척이 가능하다. 비스코스 레이온 산업용 실은 폴리에스터 섬유보다 우수한 성능을 보이며 고성능 타이어의 벨트용으로 생산된다. 일반 레이온은 줄무늬(striation) 라고 부르는 세로줄이 있으며 그 단면은 들쭉날쭉 한 원형이다. HWM 레이온과 구리암모늄 레이온의 단면은 둥글다. 레이온 필라멘트사는 실(yarn)당 80~980 개의 필라멘트로 다양하며 40~5000 데니어(denier)로서 크기가 다양하다. 단섬유인 스테이플 섬유는 실당 1.5~15 데니어이며 기계적 또는 화학적으로 압착된다. 레이온 섬유는 자연적으로 매우 밝으나 광채가 나는 안료를 첨가하면 자연스러운 밝기가 줄어들게 된다.

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 텐셀(TENCEL)의 경우는 영국 코톨즈(Courtaulds)사의 브랜으로 유명하였으나, 2004년 5월에 Lenzing사가 Courtaulds사르 인수합병함으로써, Tencel의 라이센스를 갖게 되었다.

• 큐프라 레이온(Cupra rayon)_Bemberg

구리암모늄을 이용하여 만든 레이온이 바로 구리암모늄레이온이라 불리는 큐프라이다. 독일 벰베르그사에서 생산하기 때문에 벰베르그레이온이라 일반적으로 부르며, 보통 비싼 안감지로 유명하다.

• 풍기인견

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.

참고자료

• 〈레이온〉, 《화학백과》
• 〈레이온〉, 《두산백과》
• 〈인견〉, 《나무위키》
• 제이원화섬주식회사, 〈레이온의 기원과 그 종류 〉, 《네이버 블로그》, 2016-04-18

같이 보기

• 라이오셀
• 텐셀
• 인조섬유
• 셀룰로스
• 모달
• 레이온

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