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일본 염색가공에 대한 고찰
(日, 염협뉴스 Jun. vol.255. 2010)
小島逸南/기술컨설턴트
1. 일본 염색산업 현황
원고 의뢰를 받았음에도 어떠한 화제로 하면 좋을까 정말 곤란하였다. 일본 염색업계는 아무리 보아도 활기가 보이지 않았기 때문이다. 일부 정보에 의하면 “최 전성기에는 3,000개사 정도였던 염색공장이 작년만 해도 200개사 정도가 도산, 폐업하고 현재에는 600개사 정도가 남아 있다”고 들었을 때에는 정말 놀라웠다. 물론 숫자가 어떠한 정의나 근거에 준한 것인가는 알 수 없으나, 감소 과정에 들어선 것에는 틀림이 없는 것 같다.
버블붕괴가 큰 타격이 되었고, 또한 해외로부터의 저가의 제품에 뒤쫓기고 있어 점차 감소하고 있다는 것은 알 수 있으나, 그만큼 감소하게 되었다고는 생각되지 않았다. 작년에는 연료가격 폭등과 리만쇼크가 더욱 압박을 가했다고 듣고 있다.
그 중에 염료 대형 메이커인 독일 다이스타가 9월 28일, 프랑크푸르트 지방 재판소에 독일에 있는 자사의 사업파산을 신청했다고 하는 뉴스도 있었다. 염색업은 인건비가 낮은 아시아 제국으로 이전해도 염료는 어디에서든 사용되어 왔다고 생각해 왔으나, 염료메이커도 저가 메이커에게 밀려 경영곤란으로 이어졌지 않았을까 본다. 단 파경에 이른 것은 일본뿐으로, 다이스타 저팬은 종래와 다름없이 염료공급을 계속하고 있다.
2. 일본 염색공장의 특이성
일본에서 분발하고 있는 섬유제품 중에는, 예를 들면 100~200번수의 면사를 사용, 특별 고급제품을 중국에 수출하고 있는 경우도 있는 것으로 알려져 있다. 이런 정도의 고급품이 되면 아시아 제국에서는 제조할 수 없을 뿐 아니라, 중국에서도 부유층이 증가하고 있어 일본제품을 갖고 있는 것이 status symbol이 되어있기 때문이다.
물론 유럽의 고급브랜드 제품도 이렇긴 하나 “일본제”는 고가임에도 품질이 우수하다고 하는 이미지가 정착되어 있다. 그러나 이러한 부유층은 진정 한줌에 불과하기 때문에 일본의 염색업계가 윤택하다고 하는 것은 무리가 있다.
일본제품의 품질은 어디에서 들어도 평가는 높으나, 동시에 가격도 높다고 하는 답변일색이다. 일반소비자로부터 보아도, 특히 불량품이 아니라면 다른 저가제품에 비하지 않는 것은 당연하지 않을까.
해외 염색공장에는 연구부분을 갖고 있는 경우는 거의 없다. “없다”고 자르는 것은 약간 지나친 감이 없지 않으나, 무엇인가 그와 같은 부서를 갖고 있어도 개발이나 연구에서의 결과가 따르지 않기 때문에 없다는 것과 같다. 그러나 일본의 염색공장에서도 다양한 연구개발을 하고 있으나 아직 획기적이라고 하는 염색가공에서 저가의 해외제품에 대항할 수 있는 상품은 겉보기에는 없다. 보습성 등 다양한 기능성이 우수한 것도 보이나, 이들은 제사기술이나 약품기술로 염색기술에서는 없다.
일본의 경우는 커뮤니케이션 염색업자가 대부분이나, 해외 대형 메이커에 비하면 규모가 다르고 대규모적인 경우가 많았다. 그 중에는 방적으로부터 최종제품에 이르기까지 일관되게 제조하고 있는 공장도 있고, 임금의 저렴함도 있어서 종업원 수가 수천인에 이르는 경우는 생각만큼 드물지는 않다. 또 해외와 일본을 비교하면 유통방법과 품질의 개념 등 많은 부분에서 일본 쪽이 특이하다고 생각되는 부분도 많다.
예를 들면, 이전 중국에서 지도해 왔던 공장은 일본계 회사로, 설립 당초 특정 딜러를 통해 염료와 조제를 모두 일본으로부터 수입해 왔다. 본인도 다소 부자연스럽다고 생각지는 않고, 이 딜러를 통해 새로이 변경된 염료와 약품을 수입해 왔다. 단 그 중 토종기업이 접촉해와(물론 일본계 기업과 합병회사도 다수 포함되어 있으나) 염료와 약품을 직접 메이커로부터 수입할 수 있어, 판매도 메이커 사람이 직접 해당 기업에 면회를 요구해 왔다.
바로 그 무렵, 그 공장 책임자로부터 “왜 딜러가 필요한가”라는 질물이 있었으나 적절한 답변이 생각나지 않아 놀라웠다. 일본에 있어서의 관습으로 당연하다고 생각되었으나, 해외에 나가 다른 환경 하에서 바꿔 생각해 보면 전혀 다른 가치관이 있다고 생각되었다.
이 공장도 방적으로부터 제품에 이르기까지 일관생산 공장으로, 생산량이 많다는 이유 하나가 있었으나, 염료약품은 생산 경험으로부터 사전에 예상발주하고 있고, 다양한 정보는 각기 메이커 쪽이 훨씬 상세해 각종 실험데이터 등도 직접 메이커에 의뢰해 작성할 수 있었다. (다른 염색공장에서는 현장 문제점 분석이 적절하지 않고, 그 때문에 실험계획을 세울 수 없기 때문에 메이커에 실험을 의뢰하는 예는 적었으나).
3. Internationalization
아시아 국가들로부터 본인과 관계가 있었던 염색전업공장에서도 대형 염색기를 사용해 full charge로 염색하고 있지만 소형염색기는 보이지 않았다. 이처럼 해외 염색공장은 대규모인 경우가 많고, 유통이 단순한 것도 유리한 조건 중 하나가 되지 않을까 생각된다.
최근 “글로벌화”라고 하는 용어를 자주 듣는다. 이를 국제화라 번역하고 있으나, 본래에는 “Internationalization”이라 해야 옳을 것 같다. 글로벌화가 진행되면 짐짓 일본 염색가공겁에만 특정할 필요는 없지 않을까? 그러나 현실은 그렇지 않고, 일본 염색가공업을 본다면 임금 만으로도 해외의 하향 압력을 피할 수 없는 상황이 되고 있다.
지금까지는 품질면에서 상당한 차이를 보였으나 모든 해외 가공업자(해외에 진출한 일본계 회사 포함)도 품질에 대한 관념에 변화가 보여 대책에 들어갔고, 섬유가공업 중에서 원사 등은 특화제품 개발에 아직 신규 개발 여지는 있을지도 모르나 염색업계는 상당히 어려운 상황인 것으로 전해지고 있다.
앞서 직인에 대해 기술하였으나, 철강기술 등에서 일본에는 우수한 직인기술이 있어서 0.1mm(또는 그 이하) 단위의 정밀가공이나 절곡기술이 있기도 하다. 미국 항공기 동체부분은 일본으로부터 수입한다고 하는 보도를 매체를 통해 본적 있으나, 표면가공기술이 우수하기 때문에 공기저항이 최소화되어 연비가 좋아진다고 한다.
그러나 일본의 염색기술에 대해서는 다른 염색공장 관계자들의 말을 빌려도 이론적인 부분의 반영 없이 특이한 방법을 도입하는 공장도 다수 있었으나 특별히 우수한 제품은 그다지 없었던 것 같다. 각기 특이성을 강조한 사람의 논리에 대해서도 납득할 수 있는 경우는 적고, 일부는 전혀 다른 해석이지 않나 생각되는 것도 있었으나, 이 또한 다양한 문제점 해명과 새로운 기술에 대해 스스로 대처하려는 의도는 있는 것으로 보인다.
4. 염색의 기술적 한계를 안다
해외에서 기술 지도를 하다보면 다양한 문제해결에 대한 의뢰가 온다. 현장을 잘 관찰하면 그 원인을 알 수 있었으나(다양한 사정으로 진정 원인을 방지하기 까지는 사실 노력이 필요하였으나), 우선 문제발생의 원인을 이론적으로 설명하려 하였으나 대부분의 경우 원리로 생각하기가 어렵거나, 또 좀처럼 이해하려고 하지 않고 어떻게 하면 좋은 결과를 얻을까에 대해서만 물어왔다.
이 때문에 하나의 문제는 해결할 수 있었으나 원인을 바로 인식하고 다른 문제에 응용할 수 없기 때문에 동일한 문제가 일어나도 그것에 대응하지 못하는 경우가 많았다. 원리를 이해할 수 있다면 보다 많은 문제를 해결할 수 있었겠으나 이론적으로 고착하는 사람이 적기 때문에 지도도 중도에 마무리하고 체념할 수밖에 없었다.
그래도 염색을 하고 있다면 목표 색에 대한 허용범위에서(일본에 비해 해외의 허용범위는 상당히 넓었으나 그 정도는 문제도 안 된다) 견뢰도 등과 색 얼룩 등에 큰 문제가 없다면 OK가 되었다. 물론 아시아국가의 염색현장은 일본에 비하면 훨씬 엉성해 차이가 많으나 그래도 현재로서는 통용되고 있다. 내가 본 아이사국가의 많은 염색공장의 처방은, 이미 어딘가에서 배운 처방으로 원리도 모르고 행하고 있는 중에 염료 메이커나 조제메이커로부터 제공되는 원리도 알 수 없는 개선처방을 받아들여 변경해버리는 경우를 많이 보아 왔다.
이미 알려진 다른 처방이나 방법도 있고, 염색방법은 섬유나 염료의 종류에 따라 다르기는 하나 각각의 기본부분에는 큰 차이가 없기 때문에 다소 다른 가공방법으로도 염색으로 이어지고 있다. 품질의 주된 부분은 거의 염료의 특성으로 결정되어버리고야 마는 염료의 선택과 코스트 문제에 차이가 없다면 염색기술의 한계라고 말한다.
해외에서는 여느 공장에서도 ISO를 취득해 왔으나, 매뉴얼을 이해하고 작업을 행하는 경우는 본 적은 없다. 몇 개의 공장에서 비치하고 있는 ISO 매뉴얼을 받아 본 적은 있으나(작업자는 ISO의 의미를 알지 못하는 경우가 많았다), 아무리 보아도 기재 내용은 모순으로 본래의 매뉴얼에는 없는 내용이었다.
5. 저가 해외 제품의 선택
식품의 안전에 대한 관심은 높으나, 의류 등 섬유제품의 안전성은 그다지 관심이 없어, 구매력이 큰 소비자 층은 역시 저가의 해외제품 쪽을 선정에 대응하는 사례가 많으나, 이제 이런 대응은 곤란하게 되어 있다.
또 면(cotton)의 염색가공에서는 종류와 성숙도 차이, 새로운 면, 오래된 면의 차이 등 염색기술에서는 해결할 수 없는 문제를 염색기술의 문제로 치부해 어려움을 겪고 있는 염색공장도 있으나, 문제점을 정리해 방법을 변경하지 않으며 해결할 수 없고, 이런 문제는 합성섬유나 재생섬유에도 있다.
일본 염색공장에서 TQC나 ISO를 포함해 염색기술의 완성도를 높이면 효율과 품질에 큰 효과는 있으나, 결국 해외 염색공장에서 차별화 가공이나 많은 모방이 있어도 임금이 저렴하다고 하는 메리트에 승부를 걸 수는 없다. 아시아 국가에서는 모방할 수 없도록 특화된 염색가공이 가능해야 되지 않을까?
6. Mercerization 가공으로 길이 열리는 것은
다른 곳에 없는 염색가공법을 생각해 봐도 특별한 아이디어는 떠오르지 않으나, 예를 들면 면의 전처리로서, 지금까지에는 없었던 mercerization(머서화) 가공으로 염착율을 크게 변화시킬 수 있다면 면 염색에서는 돌파구가 열리자 않을까 생각된다.
이 아이디어는 본인이 현역 시에는 셀룰로오스나 폴리에스터 염색 외에 머서화에 대해서도 연구를 행해 염색 이론은 어느 정도 습득하였다. 어느 정도 화학반응이 일어날 것인가를 이해하고 있어서 현장에서 일어나는 문제해결에 직접 나선 경우는 적어, 염료 특성을 이해하고 적절히 대응하면 문제를 해결할 수 있는 경우는 많았다.
바꿔 말하면 피염물의 조건은 같고, 작업자의 기본동작(작업표준) 등의 원칙을 지킬 경우에는 대부분의 문제는 염료의 특성에 따라 일어나는 것이다. 예를 들면, 염색 얼룩이 잘 발생하는 경우에는 이행성이 높은 염료로 바꾸면 얼룩이 생기지 않는다. 그러나 반면 재현성이 나빠진다고 하는 별도의 문제가 일어나기도 한다. 즉 얼마나 균형 있는 염료를 선정하는가에서 대부분의 품질이 결정되고 만다.
머서화에 대한 연구를 행할 때 액체암모니아 처리가 큰 화제가 되었다. 나 역시 다양한 실험을 행하였으나, 아무리 해도 눈에 띌 만큼 성과가 나타나지 않고 어디에 문제가 있는지 알 수 없었다.
그 무렵, 모 회사 연구소에서 면의 결정구조의 변화를 연구하고 있는 분이 있어, 몇 번 가르침을 받은 적이 있다. 즉 통상 면의 결정구조는 셀룰로오스Ⅰ라고 하는 형태이나, 가성소다에 의해 머서화 가공을 행하면 일부 결정구조가 셀룰로오스Ⅱ의 형태로 변하고, 액체암모니아로 처리를 행하면 셀룰로오스Ⅲ로 변한다는 것이다.
또 액체암모니아 처리에 의해 나타나는 셀룰로오스Ⅲ의 결정형태는 셀룰로오스Ⅰ으로부터 직접 셀룰로오스Ⅲ로의 결정구조 변형이 일어날 확률은 낮아, 일단 셀룰로오스Ⅰ에서 셀룰로오스Ⅱ로 변형된 것이 훨씬 더 셀룰로오스Ⅲ로의 변형율이 높다는 것을 알수 있었다. 본인 공장에서 생산한 면사의 연속 머서화 가공품과 타사에서 가공한 통상의 머서화 가공품 샘플을 조사한 결과 셀룰로오스Ⅱ로의 결정구조 변화가 상상했던 것만큼 많지 않았음을 알 수 있었다.
일반적으로 머서화 가공된 면을 전자현미경 등으로 관찰하면 팽윤 정도가 상당히 불완전한데, 그 결과는 결정변태율과 상당히 일치하고 있기 있어서, 한편으론 염착율과 결정 변태율 사이에 상관관계가 있을 것으로 생각되었다. 그리고 보다 우수한 머서화가공은 셀룰로오스Ⅰ을 보다 많이 셀룰로오스Ⅱ로 변형시키는 것이 품질향상에 기여하지 않을까 생각되어 실험을 반복하였다.
그 중에는 확실히 인도의 학자가 발표한 논문으로 기억되나, 통칭 드라이 머서화라고 하는 가성소다 처리한 면을 세정 없이 직접 건조하고 그 후 세정하는 방법(이 방법은 면에 침적된 가성소다 수용액의 수분을 미라 빼 냄으로서 면 중에 남아 있는 가성소다 농도를 극한까지 높이는 것이 목표였음).
또 면에 침투된 가성소다 수용액을 탄산가스로 중화함으로서 보다 빨리 가성소다를 제거하면 촉감을 시작으로 특이한 효과를 얻을 수 있지 않을까 등 다양한 실험을 행하였으나, 이들 모든 방법에서 큰 특이성을 확인할 수는 없었다. 그리고 단독 액체암모니아처리 만으로도 어느 정도 결정구조의 변형이 일어나나 염착율은 거의 향상하지 않고, 가성소다 용액의 온도를 올려 처리를 행해도 셀룰로오스Ⅱ의 결정구조 변형율은 상당히 높아졌으나, 이 경우에도 염착율은 그다지 향상되지 않았다(가성소다액의 온도를 올리면 비중이 떨어지는 것이 원인이 아닌까 생각되었다).
7. 머서화 가공과 염착율과의 관계
면의 결정구조의 변형에 대해 어떠한 효과가 있는 것일까에 대한 다양한 이론 중에 생각 방법에 따라 큰 차이가 있는 것으로 생각되었다.
결정부분의 변화가 염색과 큰 관계가 있을 것으로 생각한 것은 틀린 것으로, 염색은 면의 비결정영역에 있는 미셀 간격 중의 OH 기와 결합하기 때문에 결정부분이 아닌 비결정영역 부분의 미셀간격의 크기와 양에 착안해야 한다는 것이다.
염색을 행하기 위해 전처리로 머서화를 행해도 효과적으로 작용하지 않으면 새로운 염색효과를 얻을 수 없을 것으로 생각을 바꿨다. 비결정영역은 X선 회절에 의한 해석 등 눈에 보이는 판정은 곤란하나, 간단한 확인은 실제 염색해 보면 약간의 검토는 된다. 면의 조직으로부터 추정할 수 있는 비결정영역 부분의 OH기는 염색에 사용하는 염료에 대해 충분한 양이 있을 수 있음에도 불구하고 실제 염색하면 상당히 많은 염착되지 않은 염료가 남아 있다.
그 이유는 비결정영역 부분의 미셀간격이 없고, 간격이 작은 부분에는 이것보다 큰 염료분자는 가운데에 들어가 결합할 수 없기 때문으로 생각된다. 통상 면과 머서화 가공한 면의 염착차로 봐도 밝혀진 것으로, 그 외 머서화 가공 중의 텐션의 강약과 염착율과의 사이에 상관이 있지 않을까도 추정할 수 있다. 다시 말하면, 일반적으로 행해지고 있는 머서화 가공에서는 비결정영역의 간격을 모든 염료분자가 들어갈 정도로 키울 수 없기 때문이다. 미성숙면을 포함해, 소위 비결정 내부로 가성소다가 진입, 간격을 넓힐 수만 있다면, 만약 모든 비결정영역의 간격을 염료분자보다 크게 할 수 있다면 통상 농도의 염료라면 대부분 흡진되어 염착하게 된다.
단 이 경우에도 광택을 부여하기 위해서는 텐션을 가할 필요가 있으나, 텐션을 가하면 간격은 작아지는 등 다양한 장해도 일어난다. 가성소다 취급(세정)도 중요한 요소로, 팽윤한 면으로부터 가성소다를 세정 등으로 제거하면 섬유는 이완한다. 이 조건이 흔들리면 염색의 재현성에도 영향을 미친다. 또한 머서화 가공 후의 건조도 결국 큰 요인으로, 급격한 건조와 느슨한 건조에서는 염착성이 상당히 달라진다.
8. 착안점을 바꿔보라
바꿔 생각해 보면, 일반적인 머서화 기계에 의한 가공에서는 아직 상당이 불충분한 점이 있어 이들을 개선, 보다 획기적인 방법으로, 가성소다 투입과 제거방법을 고안하면 이제까지에는 없는 염색효과를 얻을 수 있다. 그러나 아직 이러한 연구결과에 대한 보고가 없다는 것은 착안점이 달라지지 않았다는 의미 아닐까.
면의 염색을 행할 뿐으로 다른 곳에는 없는 것을 만드는 것은 어렵다 해도 전처리로서 머서화를 도입, 기존의 방법에서는 없는 보다 많은 미셀 각격이 염료의 염착에 기여할 수 있는 방법을 고안한다면 새로운 염색가능성은 열린다고 생각한다.
이전에 현장과 연구실을 담당했던 때에는 목전의 문제를 해결하기 위해 매진하였기 때문에 여우가 없었고, 버블경기의 근 파도를 받아 궁극적으로 연구와 시설투자를 할 수 없어 결국 중도하차하고 말았다.
지금에 와서 염두에 있는 과저의 연구테마를 재고해 보면 상당히 이론적으로도 정비되어 있다. 이론 방법에 대해 누군가가 힌트를 얻었으나 아직 이러한 아이디어는 잠을자고 있는 것이 현실이다.
조금 말을 바꿔보면, 이전 근무하였던 공장에서는 실의 연속 머서화를 행해, 기계는 기존 이탈리아제로 제철 기술 등의 오랜 수법이니, 기계의 기본적인 아이디어는 아주 치밀해 극도로 우수하였고, 그것도 실제 사용하고 있어도 개량해야 할 부분이 많아 점차 개량을 계속해 왔다.
9. 파 묻혀있는 아이디어를 살리자
현업을 타파하고 해외에서 기술지도를 행하고 있어도, 머서화와 그 주변기계의 문제점이 머리를 떠나지 않고 있어, 후에 생각한 아이디어도 있고, 또 지금에 와서야 대부분 문제 해결책에 겨우 이르고 있다. IT 기술을 시작으로 당시와 비교되는 다양한 새로운 기술이 나오고 있어, 이들을 취함으로서 새로이 연속 머서화 장치를 설계하면 효율과 품질면에서 훨씬 우수한 기계를 만들 수 있을 것이다.
또 같은 아이디어를 다른 기계에 응용할 수 있음에도 상대에게 눈에 띄지 않아 유감으로 생각한다. 모든 현역에서 은퇴한 사람들도 우수한 아이디어를 갖고 있는 그대로 묻혀버리는 경우도 아직 무수히 많다고 생각한다. 이러한 아이디어를 집결하면 단순히 저가인 것에 메리트를 갖는 해외제품에 대항하는 염색기술 개발은 가능할 것으로 생각된다. 그저 이제부터라도 일본의 염색업 기사회생을 바랄 뿐이다.
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