스마트한 겨울 의류들, 그 속에 숨어있는 과학이 궁금하다!

올 겨울 예년보다 혹독한 추위가 예상된다는 기상청의 전망이 맞아떨어지면서 진화된 보온 발열 기능을 내세운 기능성 의류 광고가 자주 눈에 띄고 있습니다. 단순히 추위와 바람을 막아주는 역할을 하던 방한 의류에서 이제는 열을 발생시켜 몸을 따뜻하게 만들어주는 단계로 진화하고 있죠~!

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보온 발열 의류는 어떻게 열을 발생시킬까요?
섬유 기술의 다양한 특허 출원으로 유명한 국내 모 브랜드는 일본에서 개발한 기술을 적용한 기능성 내복을 선보였는데요~ 일종의 발열 섬유를 이용하여 체온을 유지시켜주는 기능성 내복을 제작했답니다. 그 원리는 몸에서 배출된 수분과 피부 표면이 마찰을 일으켜 열이 나는 원리에요. 특수 원단으로 인해, 땀을 흡수하여 발열 반응을 일으키도록 하는 기능성 내복인데 보통 땀을 흘리면, 땀이 증발하면서 주변의 열을 빼앗아 갑작스런 한기를 느끼게 되는 경우가 비일비재한데, 이 기능성 내복을 입으면 땀이 나더라도 습하지 않고 산뜻하면서도 적정 온도를 유지할 수 있어 매우 효과적이라고 하네요.

함께 읽어보기 : 발열내의 왜 따뜻할까(http://nstckorea.tistory.com/604)

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발열이 아닌 단열의 중요성!

혹한의 겨울 패딩을 가장 즐겨찾는 이유는 무엇일까요? 바로 따뜻한 외출을 위해서에요. 패딩 속 오리털이나 솜은 옷 속에 공기를 가둬 정기공기층을 만들어주어 열의 이동을 막아준대요. 공기는 열전도율이 매우 낮은 물질로 옷 속의 온기가 새나가지 않게, 외부의 냉기가 들어오지 못하게 효과적으로 열의 이동을 막는답니다. 쉬운 예로 추울 때 몸의 털이 서는 것도 피부 겉면에 정지공기층을 만들어 최대한 체온을 유지하기 위한 생체의 방어기작이랍니다.

같은 원리를 이용해 최근에는 섬유 내부에 공기를 가두어 만든 중공섬유가 만들어졌는데요. 파이프처럼 섬유 가운데 구멍이 뚫려있는 형태의 합성 섬유로 섬유 자체에 공기층이 만들어져 있어 보온성이 뛰어나고 탄성이 좋으며 가벼운 것이 특징이랍니다. 보온 효과와 가벼운 착용감을 강조하여 겨울철 의류나 아웃도어 제품에 사용되고 있는 에어로웜이라는 섬유는 바로 이 중공섬유를 말해요. 흡수성이 좋아 안솜, 카펫, 스포츠웨어 등에 사용된답니다.

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발열 섬유 메커니즘! 신체열 반사

이 따뜻한 겨울 옷에는 복사에 의해 열이 나가는 것을 다시 반사시켜 열을 보존하는 원리가 숨어있다고 해요. 직물의 미세기공 알루미늄 두 층이 인체에서 반사된 열을 다시 복사, 반사하고 직물 겉면의 미세한 공기층이 다시 전도에 의한 열손실을 막아 보온효과를 한층 증대시키는데요. 이 기술은 신체에서 발생하는 복사열을 밖으로 나가지 않도록 직물을 가공한답니다. 은과 알루미늄 등의 금속을 섬유에 니들펀칭하여 적층시키는 방법이나, 코팅 또는 증착, 도금시켜 신체에서 복사되는 열을 반사시켜 보온, 발열 효과를 높인답니다.

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야간 스키, 야간 산행에 LED?

겨울철에 즐길 수 있는 스포츠 하면 떠오르는 것이 스키인데요. 스키장만 봐도 설레는 분들 많으시죠? 요즘엔 이 스키장에서 LED 점퍼를 입는 분들이 늘어나고 있다고 해요. 이 LED 점퍼는 용어 그대로 전기 신호를 보내주는 실을 말하는 ‘전도사’와 ‘LED 필름’을 이용해 만든 것인데요, ‘야간 스키’뿐만 아니라, 야간 산행하시는 분들에게도 큰 인기를 누리고 있다고 합니다. 작업에도 이 점퍼가 유용하게 쓰일 때가 있는데요, 바로 야간 근무가 많은 경찰과 우리가 잠자는 동안에도 일을 하는 환경미화원 분들의 경우가 그렇습니다.

이렇게 더욱 스마트하게 변한 겨울 의류들. 앞으로는 얼마나 더 다채로운 섬유들이 등장하게 될까요? 정부에서는 지난 2009년 IT(정보기술)와 섬유를 결합해 건강상태 등을 체크해주는 기능성 섬유 등에 이르기까지 다양한 ‘슈퍼섬유’ 육성 계획을 밝혔을 정도이니 그 가능성은 무궁무진해 보입니다.

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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

발열내의, 왜 따뜻할까

안녕하세요? 국가과학기술위원회 블로그 기자단 2기 이다호라입니다.
요새 점점 날씨가 추워지고 있죠? 바깥에 10분이라도 가만히 서있으면 얼어버릴 것 같은 겨울이 이제 깊어가네요. 여러분은 이 추운 겨울을 어떻게 견뎌내고 계신가요?

@I got bored with my screen name / http://www.flickr.com/photos/evertwh/3283419667

추운 날에 패딩은 기본, 아니 필수입니다! 패딩 속에 있는 오리털이나 솜이 공기를 가둬서 열이 밖으로 빠져나가는 것을 막아줍니다. 공기는 열전도율이 매우 낮아 열이 밖으로 빠져나가는 것을 막아 주기 때문에 체온을 따뜻하게 유지해 줄 수 있는 것입니다. 그래서 기본적으로 겨울철 보온 상품들은 공기의 단열성을 이용하고 있답니다.  

하지만 몇 겹을 입어도 사라지지 않는 시린 겨울 날씨를 위해, 대표적인 단열재인 공기 대신에 독특한 기능성 섬유를 이용한 방한 의류들이 탄생했습니다. 그 중에서 가장 주목을 받는 것이 ‘발열내의’입니다. 발열내의란 원단 자체에서 열이 발생하는 기능성 속옷을 말합니다. 발열내의를 입으면 다른 옷보다 3~4도씨 정도 높게 체온을 유지할 수 있는데요, 여기에는 어떤 원리가 숨어있을까요? 오늘은 발열내의의 원리에 대해서 알아보겠습니다.

겨울철 체온 유지를 위한 내복http://www.flickr.com/photos/11268548@N04/2802331361/ @kkh1030


발열내의는 일반적인 내복과는 소재가 다릅니다. 대신에 흡습발열, 신체열 반사, 원적외선 반사, 흡광축열의 네 가지 원리를 이용한 기능성 섬유를 사용합니다.

최근 주목받고 있는 유니클로의 발열내의, 히트텍http://www.flickr.com/photos/eikoeikoeiko/4038437769/ @eiko_eiko

여기서 최근 각광받고 있는 유니클로의 히트텍(Heattech)은 “흡습발열”의 원리를 이용하여 제작한 것입니다. 발열내의를 제작할 때 가장 많이 쓰이고 있는 흡습발열은 우리 몸의 미세한 수분을 흡수하여 열을 발생시키는 원리를 이용했습니다.

흡습발열 섬유에는 물과 친한 친수성기(아미노기, 카르복실기, 수산기 등)가 있는데요, 이 부분에 수분을 흡착 시키면서 수증기를 액체로 바꿔줍니다. 이때 수분이 섬유에 달라붙으면서 흡착열이 발생하고, 동시에 기체에서 액체로 상태 변화가 일어나면서 응축열이 발생하게 됩니다. 이러한 원리로 우리 몸에 있는 땀과 수증기 등을 흡착해서, 이때 발생하는 열을 이용해 체온을 높여주는 것입니다. 흡습성이 높을수록 많은 열을 발생 시킬 수 있기 때문에, 흡습발열 섬유로 친수성을 많이 가진 아크릴레이트 섬유가 사용됩니다.

히트텍, 입어도 따뜻하지 않다고요?http://www.flickr.com/photos/kobakou/3939927514/ @kobakou

하지만 히트텍을 입어도 따뜻하지 않다는 분들이 많은데요, 이 섬유는 몸의 수분을 흡수해 열을 내는 것이기 때문에, 평소에 별로 땀이 없으시다면 따뜻함을 느끼지 못할 수도 있습니다. 하지만 히트텍을 입고 한번이라도 뛰어본다면, 땀이 나는 순간 갑자기 몸에서 열이 급작스럽게 나는 것을 느끼실 수 있을 거예요.

두 번째로는 신체열 반사를 이용한 섬유가 있습니다. 복사에 의해 열이 다시 빠져 나가는 것을 다시 반사 시켜 열을 보존하는 원리를 이용한 것인데요, 이것은 보온병 안에 있는 알루미늄 코팅을 생각하면 됩니다. 신체에서 발생하는 복사열(방사열)이 빠져나가지 않게 하기 위해, 미세기공 알루미늄을 이용해 다시 열을 반사시키는 것입니다. 은색의 점 패턴을 안감으로 사용한 ‘옴리히트 리플렉 티브’도 신체열 반사의 원리를 이용해서 제작한 것으로, 일반 안감도가 20% 높은 보온효과를 가지고 있습니다.  

세 번째로 원적외선 반사신체에서 발생하는 원적외선을 증폭시켜 열을 발생시키는 원리를 이용한 것입니다. 인체에서 방출되는 원적외선이 똑같은 파장의 원적외선을 만나면 공명현상이 일어나면서 에너지가 증폭되고 이로 인해 열이 발생합니다. 보통 원적외선을 반사하는 세라믹을 이용하여 섬유를 제작하게 됩니다.

@Ktoine / http://www.flickr.com/photos/ktoine/5422374779


마지막으로 태양열 에너지를 축적하고 이를 재방사해서 온도를 상승 시키는 흡광축열 섬유가 있습니다. 간단하게 태양광을 흡수해서 열을 축적하는 섬유라고 말할 수 있습니다. 태양광을 효과적으로 흡수하는 물질인 탄화지르코늄, 산화지르코늄을 이용해 이 특수한 섬유를 제작하는데요, 이 소재는 태양광을 열에너지로 바꾼 후, 이 열을 옷 밖으로 빠져나가지 못하게 합니다. 이러한 원리로 따뜻하게 체온을 유지할 수 있는 것입니다.

이렇게 흡습발열, 신체열 반사, 원적외선 반사, 흡광축열로 대표되는 방한 의류의 네 가지 과학적 원리에 대해 살펴보았습니다. 이제는 얇은 섬유가 어떻게 열을 발생시킬 수 있는지 이해가 되시죠? 겨울철 체온을 따뜻하게 유지시켜주는 발열내의의 소재뿐만 아니라, 여름철 체온을 낮게 유지시켜주는 쿨맥스 소재 등 다양한 기능성 소재들이 꾸준히 개발되고 있습니다. 앞으로 어떤 과학적 원리를 이용해서 옷이 만들어질지 정말 기대됩니다.

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