투습.방수 소재의 개념

 

최근, 남극 세종기지의 대원들이 혹한과 눈보라에 조난되었다가 구조되는 사건이 있었다. 1명의 대원이 목숨을 잃었지만, 불행중 다행으로 나머지 여러명의 대원들은 구조될 수 있었다. 살아서 구조될 수 있었던 주 원인 중의 하나가 혹한과 비바람 같은 극심한 환경에도 체온을 유지할 수 있고, 해수에 빠지더라도 장시간 방수성을 유지해 물에 가라 앉는 것을 방지해 주는 기능성 방한복을 착용했기 때문이라는 보도가 있었다. 이 방한복의 소재가 바로 투습방수 소재이다.

 

● 투습방수 소재 투습방수 소재는 말 그대로 물방울은 통과시키지 않지만, 땀과 같은 수증기의 형태는 통

   과시키는 소재를 일컫는다. 물방울의 사이즈는 직경 1mm이상이고 수증기의 직경은 0.0004μm이하이기

   때문에 수증기의 직경보다 작은 미세구멍을 가지도록 코팅을 하거나 미세다공질의 필름을 접착시키면 땀

   과 같은 수증기 형태의 수분은 통과하고 빗물과 같은 물방울은 통과하지 못하게 된다.

 

● 방수와 발수 발수성(Water repellency)은 물의 습윤에 대한 저항성을 말하는 것이고, 방수성(Water

   resistance)은 물의 습윤, 또는 침투에 대한 저항성을 말한다. 방수는 발수의 개념을 포함할 뿐아니라 물

   의 침투도 차단하는 것을 말한다. 쉽게 말해서 발수처리된 옷은 물에 젖지 않지만 물이 침투할 수 있는 반

   면, 방수처리된 옷은 물에 젖지도 침투도 안된다. 섬유소재의 발수가공은 직·편물을 구성하고 있는 섬유를

   친수성이 없는 소수성 물질로 도포하든지 또는, 소수성분의 물질을 섬유분자에 화학적으로 결합시켜 친수

   성을 떨어뜨리므로써 물에 젖는 것을 방지하는 가공이다. 발수가공 제품은 발수제가 섬유표면에 엷게 도

   포되어 있는 상태로 부착되어 있는 것 뿐이기 때문에 섬유간의 공간, 실 올간의 공간은 공간 그대로 있으

   므로 공기나 수증기 등의 기체는 직·편물 안팎으로 자유롭게 통과 가능하게 된다. 이와 같이 물에 젖지 않

   게 하는 것은 발수제가 가지고 있는 발수성(소수성)에 의한 것이고, 섬유와 섬유, 실과 실사이의 공간은

   공간 그대로 남아있기 때문에 아무리 발수성이 강해도 일정 이상의 수압이 가해지면 물은 섬유 내부로 침

   투하여 새어나오게 된다. 이 점이 협의의 방수가공과 구별된다. 반면 방수가공은 주로 폴리우레탄 재질을

   코팅하거나 수분이 침투할 수 없는 필름형태를 부착하여 습윤, 침투를 원천적으로 봉쇄하는 것이다. 전술

   한 투습방수 소재는 방수소재 중 물방울은 차단하고 수증기만 통과시킬 수 있는 방수 소재를 말한다. 이러

   한 방수 또는 발수소재는 스포츠용 의류, 등산복에서부터 우산, 산업용 소재 등 다양한 용도로 사용되고

   있다. 쾌적성 면에서는 땀 등 수증기는 외부로 배출하고 빗물 등 수분의 유입을 차단하는 투습방수 소재가

   투습이 안되는 방수소재보다 우수하기 때문에 국내외 여러 의류메이커에서는 여러 가지 첨단 투습방수 소

   재를 개발하여 판매하고 있다.

 

● 투습방수 소재의 제조방법 투습방수 섬유소재의 제조방법로는 크게 라미네이트와 코팅의 두가지 방법

    이 있다.

  * 라미네이트(LAMINATED) 이 방법은 섬유원단에 미세 다공질의 특수한 필름을 접착하여 방수투습성

    을   얻는 것이다. 이 방법으로 제조되어 널리 알려진 대표적인 소재로는 ‘고어텍스’라는 상품명으로 판

    매  되고 있는 미국 고어텍스사의 제품과 ‘심파텍스’ 라는 상품명의 폴리에스터계 필름이 부착된 투습방

   수포 등이 있다.

  -고어텍스(GORE-TEX) 1969년에 미국의 W.L.고어 앤드 ASSDCIATES사에 의해 개발된 연신다공질(延伸

   多孔質) 필름의 상품명으로 소수성의 불소계 수지를 얇은 필름형태로 만든 것이다. 이 필름은 1 평방인치

   당 90억개 이상의 미세한 기공을 가진 구조로서 하나의 구멍의 크기가 최대 0.2 μm 정도이다. 이 크기는

   물방울의 약 2만분의 1로 수증기의 700배이다. 때문에 빗방울 등은 통과시키지 않고, 땀 수증기는 외부로

   발산시키는 것이 가능한 것이다. 투습성은 1평방미터당 하루에 24L의 수증기를 통과시킬 수 있는 매우 우

   수한 투습력을 갖고 있으며, 방수성은 12,000mm H2O로써 방수성 소재로 규정된 내수압의 6배의 능력이

   있다. 방수성 소재의 기준은 2,000mm H2O이므로 방수성과 투습성이라고 하는 상반된 성질을 겸비한 등

   산복, 침낭커버, 방한복 등에 최적의 소재라고 말할 수 있다. 더욱이 방풍성과 보온성도 높다. 또 땀과 몸

   에서 나오는 기름 등의 오염 기름 성분을 반발하는 성질이 있어 오염이 되어도 기능변화가 적다. 고어텍스

   필름은 대부분 나일론이나 폴리에스터와 같은 원단에 접착시켜 사용되고 있다.

  -심파텍스(SYMPA-TAX) 심파텍스는 무공질(無孔質) 폴리에스터계 필름으로 원단에 접착시켜 사용하는

   투습방수 소재이다.

   물의 통과를 막는 한편 수증기는 온열 생리학상 유효한 정도까지 통과시키는 기능을 갖고 있다. 특히 무공

   질이라고 하는 구조상 바람의 침입을 완벽한 정도까지 차단하는 것이 장점이기 때문에 전천후형 웨어에

   적당하다. 세탁 등에 의한 성능저하도 없다.

 - 미크로텍스(MICRO-TEX) 일본 일동전공이 개발해 제품화

   시킨 일본산 투습방수 소재이다. 구조는 고어텍스와 동질의 필름이나 두께가 25μm로 1평cm2당 평균 구

   멍크기가 0.6μm의 극세기공을 수억개 갖고 있다는 점에서 차이가 있다. 기공이 고어텍스에 비해 약 3배의

   크기로 되어 있어 투습통기성이 높아 땀과 여분의 염기를 빠르게 바깥으로 발산하는 특징을 갖고 있다. 이

   러한 높은 투습성과 방풍, 보온성을 살려 전천후형 웨어로부터 기타 여러 상품에 사용되고 있다. - 바이온

   2(BION 2) 1981년에 개발된 무공(無孔) 구조의 우레탄 수지계 투습 방수 소재이다. 소재의 분자 간격에

   의해 투습성을 갖게 되는 특수한 구조로서 방수, 방풍성이 높다. 이 소재의 제일 큰 특징은 1,100%라고 하

   는 경이적인 신축성과 표면강도가 높다는 것이다. 필름을 바깥으로 해서 사용하는 것도 가능하고, 높은 신

   축성에 의해 격렬한 움직임에 대응 가능한 비옷 등에 이용되고 있다.

* 코팅(COATING) 라미네이트가 필

   름의 접착방식인데 반하여 코팅은 원단에 특수가공을 하는 것에 의해 방수투습성을 갖는 것이다.일반적으

   로 라미네이트 방식의 제품에 비해 투습성은 떨어지나 방수, 방풍 성능은 비슷하다. 다만 비교적 가격이

   저렴한 것이 장점이다. 고지, 혹한 등의 극지에서의 사용을 생각하지 않고 비옷만의 기능을 구한다면 이

   코팅방식으로도 충분하다. 컴팩트성에 의한 가벼움도 아웃도어에서는 무시할 수 없는 요소이기 때문이다.

   이러한 소재의 대표적인 예는 다음과 같다.

 - 엔트란트(ENTRANT) 일본 도레이사가 1979년에 최초로 개

   발한 코팅에 의한 방수투습 소재이다. 이 소재는 우레탄계 수지와 불소계 수지가 3:1정도의 배합으로 구성

   되어 액체 중에 기포를 통과시키는 과정에서 우레탄계 수지가 최초로 발포되며, 0.5~3μm의 미세한 구멍

   이 생겨 이 구멍의 주위에 불소계가 들어가 구조가 미세한 다공질이 된다. 가공조건에 의한 미세공의 사이

   즈는 다소의 변화가 있으며, 가볍고 부피가 적어 내구성 세탁성이 뛰어나다. 내수압은 20,000mm H2O의

   방수성을 갖는다.

 - 하이파론(HYPALON) 미국 듀퐁사가 40년 전에 개발한 고무 성분을 사용하지 않는 인공합성고무(클로로

   슬폰화 폴리에칠렌고무)로 액상의 하이파론을 코팅하는 것에 의해 충분한 방수성을 얻을 수 있다. 투습성

   보다는 방수성을 중시한 소재로 천연고무와 같이 자연 취화하는 것도 없다. 영하 30℃부터 150℃까지 광

   범위한 온도의 변화에도 견디며, 경화되어 파열되지도 않고 내구성이 아주 뛰어나다. 또 종래의 아크릴이

   나 우레탄 수지 또는 고무 코팅의 약점인 오존이나 일광에 대하여도 강한 내구성을 갖고 있으며, 땀에 의

   한 염분과 기름등에도 영향을 받지않는다. 다만 통기성이 떨어지기 때문에 통기공을 별도로 만들던지 망

   사와 같은 구조물을 안에 대어 처리하고 있다.

  - Pro-Act 효성의 투습방수 원단의 브랜드명으로 폴리우레

   탄계 수지의 코팅방식과 미세다공질의 필름을 부착하여 제조하는 두가지 방식 모두 갖추고 있다. 라미네

   이션 방식으로 제조된 Pro-Act Leon은 내수압 10,000mm H2O, 투습도 10,000g/m2/day정도의 성능을

   가지고 있다.

 

● 투습방수 성능의 평가 투습방수 소재의 성능은 내수압(방수도)과 투습도라는 항목으로 평가를 한다.

   내수압 시험방법은 원단에 물을 이용해 수압을 가한 뒤 원단표면에 물방울 3개가 보일 때의 압력을 측정

   하는 것이다. 단위는 수압의 단위인 mm H2O, Kg/cm, kPa, psi(pound/inch2)등과 같은 압력단위를 사

   용한다. 전술한 여러 투습방수 소재 중 내수압이 20,000mm H2O이라면, 물기둥 20m정도의 수압에도 원

   단이 견디어 낸다는 것을 뜻한다. 일반적으로 폭우가 내릴 때의 수압은 2,000mm H2O이상이며, 모터사이

   클을 타고 폭우속으로 질주할 때의 수압은 약 10,000mm H2O 정도로 알려져 있다. 따라서 방수성을 가지

   는 원단의 최소기준을 2,000mm H2O로 정하고 있다. 투습도란 1일 동안 1m2 면적의 원단을 통과하는 수

   증기의 양으로써 평가한다. 단위는 g/m2/day이며 측정하는 방법은 여러 가지가 있으나 일반적으로 염화

   칼슘법을 많이 사용한다. 염화칼슘법은 흡습제인 염화칼슘(CaCl2)을 넣은 용기를 원단으로 막아 항온, 항

   습(40℃, 90%상대습도)상태에서 일정시간 방치한 후 원단을 통과하여 염화칼슘에 흡수된 수분으로 인한

   무게증가로 측정하게 된다.