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Ⅱ. 전시회에 나타난 기능적․기술적 특징
1. 나노가공기술
섬유분야에 나노가공기술이 등장한 것은 그리 오래되지 않았다. 처음에는 원하는 기능성의 내구성 향상과 촉감 변화 최소화를 위해 기능재료를 나노크기로 분쇄해 섬유에 적용하는 top down 방식의 기술이 적용되어 오다가, 나노물질의 인체 유해성 논란과, 또 각종 기능물질을 나노물질로 만들기 위한 단위조작에 많은 비용이 소요되는 등의 어려움이 대두되어 점차 bottom up 방식의 나노기술을 개발하기에 이르렀다. 그러나 최근 top down 기술의 경우에는 기능성 fiber 제조에 conjugation 방식이나 또는 표면 코팅 방식으로, bottom up 기술의 경우에는 기능성 fiber와 기능성 fabric 개발에 주로 적용하는 등 별도의 기술영역을 형성해 가고 있다.
본고에서는 그동안 techtextile 전시회에 나타난 나노기술의 기술적 흐름을 알아보고, 각 기능성별로 그 기술적 특징에 대해 알아보았다.
(1) Techtextile 전시회에 나타난 나노가공의 기술적 흐름
최근 선진국에서 실시하고 있는 나노가공의 주요 목적은 소재 자체의 고유 물성과 외관을 변화시키지 않거나 그 변화량을 최소한으로 제한하면서 대상 소재에 원하는 고도 기능성을 ecological하고 economical하게 적용하기 위한 것이다. 여기서 고도 기능성이란 앞서 언급했듯이, 고기능성과 고견뢰도 및 다기능성과 smart 기능성을 의미한다.
섬유분야에서의 나노가공기술의 적용은 그래 오래되지 않았다. 2007년 당시만 해도 주로 원사 중심의 기능성 발현이 주를 이루었으나 점차 원사단계에서의 기능성 발현은 한계가 있다는 지적에 따라 추가적인 가공기술이 필요하게 되었다. 이미 오래전부터 시작해온 전자빔이나 플라즈마 가공 및 초임계와 UV 레이저 등을 이용한 기능성 가공 등은 고도 기술이 필요한 고가의 장비를 사용해야 한다는 부담감 때문에 현장화에 걸림돌이 되었고, 이후 융복합이라는 새로운 기술적 장르가 형성되면서 NT와 BT 및 IT 융복합을 기반으로 한 새로운 기술들이 속속 개발되어 상용화로 이어지고 있다.
융복합기술의 예를 들면, 세라믹산업에서 이루어지고 있는 sol-gel process와 nano metrics deposition process, layer by layer 등의 코팅기술이 섬유 표면에 나노 두께의 기능성 막을 형성시키는데 매우 효과적인 것으로 알려지게 되었고, 이후 금속산업에서의 무전해 도금법과 galvanic process 등은 초박막 금속 코팅에 주로 활용해 왔던 플라즈마 스퍼터링 기술을 대체할 수 있는 새로운 기술로 관심의 대상이 되고 있다. 또 섬유에 초박막 금속막을 코팅할 수 있는 또 다른 기술로, 전자산업에서 IC나 고집적 반도체 회로(LSI) 제작에 활용하고 있는 ALD(atomic layer deposition) 기술이 있다. 이 기술을 적용하면 섬유 fiber 한본 한 본에 금속코팅이 가능하다는 점을 미국의 North Caroline state 대학에서 2011년도에 전시회 기간 중 포럼을 통해 발표하였고, 또 이 전시회 기간 동안 미국의 Alexium에서는 마이크로웨이브를 이용한 RST(reactive surface technology) 기술을 적용, organic silicone compound를 fiber 표면에 graphene 구조로 피막을 형성시킴으로써 초 발수/발유 특성을 부여할 수 있다는 연구결과와 제품을 소개한 바 있다.
한편 스위스 Schoeller에서는 자체 개발한 Guest-host process를 적용, fabric 표면에 연잎 표면의 lotus 구조의 요철을 형성시킴으로써 접촉각 150° 수준의 초발수 특성의 기능성 가공소재를 개발해 2009년도 전시회 때 전격적으로 소개하였고 2011년도 전시회에 이어 금년도 전시회에서도 관련제품을 상용화 해 본격적으로 사업영역을 펼치고 있는 모습을 아낌없이 보여주었으며, 추가적으로 금년도 전시회에서는 그 후속제품인 ecorepel을 새로 발표하는 등 이 분야 선두주자로서의 역량을 노력을 아낌없이 편쳐 보였다는 평가를 받고 있다. Ecorepel은 nano-sphere와는 달리 Alexium의 RST와 마찬가지로 paraffin을 fiber 한 본 한 본에 grephene 구조로 피막을 형성시킨 발수가공 제품이다. Eco-repel에 대한 내용은 다음 항의 기술별 사례에서 구체적으로 소개하겠다.
(2) 발수․발유/방오 기능성 가공
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발수성에 발유/방오성을 부여한다는 것은 서로 이율배반적인 요소이지만 실제 그런 제품군은 다수 있다. 나노기술은 고도의 내구성을 발현할 수 있는 수단으로 작용하고 있다. 이 기술은 나노기술을 이용해 물방울보다 작은 나노 돌기를 섬유 표면에 형성시킴으로써 이론적으로 표면적이 무한대인 fractal surface의 lotus 구조를 섬유표면에 형성시키는 것이 주요 포인트이다. 이는 주로 sol-gel process에 의한 방법으로 이를 실현하고 있고, 일부 플라즈마나 전자선 또는 초임계 등을 이용해 표면을 애칭하거나 기능물질을 부여, 미세 요철을 형성시킴으로써 발수/발유성을 실현하는 사례도 다수 소개되고 있다.
Sol-gel process를 이용한 대표적인 초발수 제품으로는 스위스 Schoeller 사의 nano-sphere와 ecorepel이 대표적인 사례로 손꼽히고 있다. 2011년 대회에서는 Com-tex 등에서도 관련제품을 소개한 바 있으나 이번 대회에서는 Schoeller사 외에는 뚜렷한 경향은 보이지 않았다.
초발수․발유/방오 기능성을 발현하기 위한 또 하나의 수단으로, 앞서 언급했던 나노파이버 성장법(nanofiber growthing process)은 2011년도 대회에 처음 소개된 이후 이번 대회에서는 상업화사례는 볼 수 없었다. 또 2005년 처음 소개된 Dow corning의 플라즈마를 이용한 APPLD process, 그리고 2000년도 시드니올림픽 공식 수영복으로 채택된 영국 Speedo 사의 상어 지느러미 구조를 표면에 적용한 Speed fastskin, 또 2012년 영국 런던 올림픽 공식 수영복으로 채택된 Hohenstein 연구소의 팽귄의 피부표면 특성을 적용한 Air-cushion 등의 첨단 제품군은 보이지 않아 아쉬움을 남겼다.
(3) 친수화(흡습)기능성 가공
흡습기능은 발수기능과는 상반되는 기능으로, 2011년 전시회에서는 플라즈마를 이용한 PP 소재의 흡습기능 부여에 대한 가능성을 제시하는 수준에 그쳤으나 금년도에는 폴리에스터 소재에 나일론을 코팅함으로써 흡습성을 발현시킨 사례가 소개되었다. 이에 대한 구체적인 내용은 다음 항 본문에서 언급하기로 한다.
(4) 항균/소취 기능성 가공
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항균기능성은 소취 기능성과 연관해 기술이 발전하고 있다. 그러나 항균성이 실현되면 소취기능성은 저절로 실현되는 것이기 때문에 본고에서는 소취기능성을 주요 기능성으로 언급하지 않았다. 그밖에 유럽의 주요 기업들이 항균성 발현에 주로 사용하고 있는 은(silver) 화합물이 FIR radiation 기능이 있다는 점을 강조, 축열/발열기능을 동시에 얻을 수 있다는 것을 강조한 점은 이 분야에서 우리의 강점을 살릴 수 있는 새로운 기회가 아닌가도 생각된다.
Silver의 항균작용 발현에는 다양한 방법들이 이용되고 있다. 초기에는 silver fiber나 silver coating 형태의 제품이 주를 이루다가 점차 silver nano powder를 고분자와 복합 방사하는 방법으로 발전해 나갔고, nano powder의 인체에 유해할 수도 있다는 주장과 노출이 되지 않으면 항균효과가 떨어지기 때문에 사용량 대비 효율성에 많은 문제가 있다는 사실이 제기되면서 silver powder 사용보다는 silver ion 형태의 적용으로 확대되어왔다.
그러나 금년도 독일 Hohenstein 섬유연구소에서 silver를 함유한 항균제가 인체에 영향을 미치지 않는다는 연구결과의 발표가 있은 후 전 세계적으로 이와 관련된 연구개발이 가속을 붙고 있고, 이번 전시회 역시 각종 연구사례와 제품들이 다수 출품되었으며, 일부는 우리나라나 일본과 마찬가지로 천연 미네랄 성분을 함께 복합 방사한 것으로 항균성 외에 원적외선 방사기능을 강조한 제품도 다수 소개되었다.
한편 최근의 기술로 cotton 섬유소재에 ionic cross linking 기술을 이용한 내구 항균가공기술 사례는 찾아보지 못하였다. 이 기술은 사용 약제에 따라 형태안정 효과와 염색성 향상효과도 동시에 얻을 수 있는데, 이 기술의 포인트는, DMDHEU를 이용하는 기존의 가교결합의 경우에는 직접 cotton의 -OH 그룹에 가교제가 결합하기 때문에 섬유가 취화되는 문제점이 대두되지만, ionic cross linking 기술의 경우는 섬유의 -OH에 이온성 물질을 우선 결합시킨 후 여기에 가교제를 결합하는 형태를 취하고 있기 때문에 섬유의 취화현상을 발생하지 않는다는 장점을 가지고 있다.
(5) 축열/발열/Cool 감 기능성
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이번 대회에서는 예년 대회와는 달리 원적외선(FIR)에 대한 재해석이 특히 눈에 띄었다. 원적외선 방사물질을 적절히 이용함으로써 축열/발열 기능성을 발현하는 기술은 이미 오래 전부터 동양은 물론 유럽과 미국 등지에서도 관심의 대상이 되어 왔으나, 그 효과적인 측면에서 일본과 한국을 중심으로 한 동양적 사고에서 의학적인 요소를 가미하게 됨에 따라 세계 의료계의 인정을 받지 못한 이유 때문인지 점차 관심의 대상에서 멀어져 왔다. 그러다가 미국 국방성과 스텐포드 대학에서의 연구결과 NIR(근적외선)이 세포 재생효과가 있는 것으로 나타났고, 유럽을 중심으로 탄생된 새로운 형태의 cosmetic textile에 대한 관심 확대로 스포츠웨어 분야에서의 축열/발열기능을 발현하기 위해 원적외선 방사기능의 무기재료를 섬유에 적용하려는 움직임이 점차 다시 고개를 들고 있다.
원적외선은 4~1,000㎛ 파장대를 갖는 일종의 전자파로 지구상에 도달하는 태양광 에너지 중 겨우 1.5%에 불과한 극히 적은 에너지지만 원적외선이 갖고 있는 침투효과가 다른 광선에 비해 매우 커서 신진대사 기능은 물론 발열효과가 비교적 높은 것으로 알려져 있다. 그러나 우리가 알고 있는 원적외선 방사율은 흑체를 기준으로 외부로부터 받은 원적외선 에너지를 얼마나 다시 외부로 방사하느냐 하는 비율(%)을 의미하기 때문에, 실제 태양아래 노출되지 않는 한 우리가 입고 있는 의류에서의 원적외선 방사율은 극히 미약하다. 따라서 우리가 흔히 알고 있는 99.5%의 방사율이란 에너지의 크기가 아닌 것이다. 즉 태양광이 없는 한 우리가 받는 원적외선 량은 극히 미약할 수밖에 없다..jpg)
태양으로부터 방사되는 원적외선을 이용한 축열/발열기능을 이용하는 예를 자연에서 찾을 수 있다. 도마뱀이나 북극곰은 한 겨울 맑은 날에 바위 위에서 햇볕을 쬐면서 몸을 데우곤 하는 모습을 종종 텔레비전을 통해 본 적이 있을 것이다. 이는 바위가 태양으로부터 원적외선 에너지를 받아 그 원적외선 에너지를 다시 외부로 방사하게 되며, 이 방사 에너지를 도마뱀과 북극곰이 이용해 몸을 데우는 것으로, 이것이 바로 원적외선 방사기능을 이용한 축열/발열 기능성 의류의 기본 개념이 된다.
그밖에 원적외선을 이용한 축열/발열소재로는 일본 도요보의 “모이스케어”와 엑스란의 “eks”가 있으나 이번 전시회에서는 소개되지 않았고, PCM을 이용한 발열소재의 대표적 사례는 역시 “outlast”와 “Schoeller PCM”으로 지난대회에 이어 금년도에도 변함없는 모습을 보여주었다.
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한편 cool 감 기능의 경우에는 흡한․속건 기능을 이용하거나 단열특성이 높은 소재를 flat fiber 형태로 제조하는 등의 방법을 주로 사용하고 있으나, 최근 PCM이 발열기능보다는 냉감기능이 보다 높다는 사실이 알려지면서 이를 이용한 냉감기능 소재도 종종 나타나고 있다. 이번 대회 역시 이와 유사한 소재가 출품된 것으로 보이나 본고에서는 생략하였다. 그밖에 cool감 실현을 위한 수단으로 IR을 차단하는 무기계 물질을 pigment color에 혼합해 바인더와 함께 섬유표면에 코팅함으로써 cool 감을 실현하는 사례를 스위스 Schoeller 가 지난 2011년 전시회 때 “coldblack”이란 브랜드로 처음 소개하였고, 금년도에는 독일의 Hornschuch사에서 “cool color”란 브랜드를 처음 소개해 눈길을 끌었다.
(6) 난연 기능성
난연 기능성은 그동안 최대의 화두는 논 할로겐계 난연제와 고도의 내구성이다. 특히 유약자용의 경우 난연 기능성의 내구성은 중요한 요소이다. 그러나 논 할로겐계 난연제의 난연 특성이 할로겐계 난연제에 비해 크게 떨어지고, 특히 복합소재의 경우 난연 특성과 내구성 발현에 어려움을 겪어왔다.
그러나 이번 대외에서는 예년 대회와는 달리 논 할로겐 계 난연제가 대거 출품되었고, 특히 천연소재와 복합소재 분야에 고도의 내구성을 실현할 수 있는 약품과 제품들이 다수 출품되어 관심을 끌었다. 이들 난연제의 구성을 보면 유무기 염과 인계 및 질소계 난연제 단독 또는 시너지 효과를 얻기 위해 이들 난연제 간 복합이 주를 이루고 있는 것으로 나타났다.
한편 나노기술을 이용한 난연가공기술은 주로 금속 나노코팅이나 ionic cross-linking 기술을 이용하는 최근 기술로 알려져 있는데 이번 전시회에서는 그 내용을 확인할 수 없어 아쉬움을 남겼다.
(7) UV-cut 기능성
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섬유에서의 UV-cut 기능성은 다소 애매한 부분이 많은 것은 사실이다. 섬유소재별로 그 차이점은 있지만 섬유 조직이 갖고 있는 open pore의 면적에 따라 UV 차단율이 크게 달라진다는 점은 잘 알려져 있기 때문이다. 또 섬유소재의 칼라에 따라서도 UV 차단효율이 변하기 때문이 이를 적절히 이용한 UV-cut 기능성 제품은 주변에 쉽게 찾아볼 수 있다. 이번 전시회 또한 UV-cut 제품에 대한 전시가 특히 눈에 띄었는데, 주로 군복과 등산복 및 UV 내성이 필요한 upholstery 분야에서 이를 강조한 것으로 나타났다.
(8) Cosmetic textile
금년(2013) 전시회에서는 투습기능과 항균, 발수 기능 등의 1세대 cosmetic textile 제품군들이 이제는 성숙기에 접어들어 Schoeller 제품 외에는 각 제품마다 차별성을 찾아볼 수 없었으나, 2세대 cosmetic textile 제품인 Eurojersey의 “Sensitive fabric A-More"가 출시돼 관심을 끌었다. Sensitive fabric A-More는 retinol 성분과 ceramide 및 fatty acid 성분이 함유된 capsule을 섬유 표면에 부착한 소재로 초경량의 super soft 특성 및 착용 중 피부에의 영향공급과 보습작용을 수행해 피부형성과 탄력을 유지시켜주는 것으로, 실제 주부들을 상대로 한 적용 데이터를 바탕으로 효과가 매우 높다고 소개하였다.
그 밖의 선진업체에서는 앞서 언급하였던 선진 기능성 특징 중 sustainable, 즉 지속가능성에 초점을 두고 친환경적인 요소를 적용한 제품군들을 대거 소개하고 나섰다. 물론 2011년도에도 이런 요소가 보이긴 했어도 그 사례가 많지는 않았으나, 이번 전시회에서는 유럽 내 선진 업체들의 제품군에서 이 같은 사례를 확인할 수 있었다. 2세대 이후의 cosmetic textile에 관한 구체적인 내용은 다음 항에서 다루기로 하겠다.
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출처: 『2013 Techtextil 참관기』, 손성군/한국섬유소재 연구소 전문위원
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