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면실유 처리로 직물이 매끄럽고 주름 없이 발수 처리

면 의류용 "친환경" 방수 소재 개발
지속 가능한 섬유 방수 소재, 포름알데히드와 PFAS* 대체 가능성

바이오 가공:
연구진은 PFAS 및 기타 환경에 유해한 화학 물질 없이 천연자원을 활용해 직물 방수가 가능하다는 것을 발견했다. 변성 면실유는 환경이나 착용자의 건강을 해치지 않고 면직물에도 방수 효과를 줄 수 있다. 초기 시험 결과, 면실유 처리로 직물이 매끄럽고 주름 없이 발수 처리된다.
*PFAS(Per- and polyfluoroalkyl substances): 탄소-플루오린 결합을 가진 합성 화학물질로, 7만 종 이상이 존재하며 Teflon, 방수 의류, 화장품 등 다양한 제품에 사용. 환경과 건강에 대한 우려가 제기되고 있다.  

▲ 면 섬유로 만든 의류는 종종 코팅이나 함침 처리를 받는다.

면 의류는 일반적으로 직물에 특정 특성을 부여하는 화학 물질로 처리된다. 포름알데히드 기반 수지는 면직물을 더욱 부드럽게 만들어 매끄럽고 주름 없이 보이게 한다. 동시에, 이 수지는 면의 셀룰로스 섬유가 늘어나는 것을 방지한다. 면 의류의 발수성을 높이기 위해 직물은 종종 과불화알킬 물질(PFAS) 및 폴리플루오로알킬 물질(PFAS)로 코팅된다. 이러한 방수 처리는 소수성 표면을 형성한다.

PFAS는 널리 분포하며 높은 안정성으로 인해 환경에 유해한 화학 물질로 여겨진다. 혈중 PFAS는 심혈관 질환 위험도 증가시킨다. 반응성이 높은 포름알데히드는 피부와 호흡기를 자극하고 고농도에서는 암을 유발할 수 있어 유해하다.

면실유(綿實油) 마감

하지만 또 다른 방법이 있다. 노스캐롤라이나 주립대학교의 테일러 카니페(Taylor Kanipe)가 이끄는 연구팀은 면직물을 더욱 안전하고 지속가능하게 마감하는 데 사용할 수 있는 이러한 화학 물질의 대안을 개발했다. 연구진은 면섬유 수확 과정에서 제거되어 가축 사료나 연료 등으로 사용되는 면실유를 사용했다.

이 섬유 폐기물에 함유된 오일은 긴 사슬의 탄소 기반 분자로 구성되어 있다. 연구진은 이러한 사슬에 인공 에폭시기를 부착했다. 이러한 에폭시 부착물은 면직물끼리, 그리고 면직물의 셀룰로스 섬유와 강력한 화학 결합을 형성할 수 있다. 연구진은 이를 통해 섬유 사이에 강화 가교가 형성되어 직물이 매끄럽고 구김에 강해진다고 설명했다.

매끄럽고 발수성이 뛰어난 섬유

초기 시험 결과 에폭시화 면실유(ECSO)가 면직물과 셀룰로스 기반 여과지 마감에 매우 적합하다는 것이 확인되었다. 카니페와 동료들은 이 제품이 포름알데히드만큼 효과적으로 의류와 종이를 매끄럽게 한다고 보고했다.

▲ 처리되지 않은 면직물은 물방울을 흡수한다(위). 면실유로 처리된 면직물은 물을 튕겨낸다(아래). © Richard Venditti

따라서 면실유는 자연스럽고 안전하며 지속가능하고 비용 효율적인 대안이라고 생각한다. 에폭시화 공정 또한 안전하고 쉽게 구현할 수 있다.

또한 에폭시화 면실유는 방수제, 즉 PFAS 대체재로도 적합하다. 카니페 연구팀은 에폭시화 면실유로 처리된 직물은 높은 내수성을 나타내어 처리되지 않은 의류보다 훨씬 더 발수성이 우수하다고 보고했다.

유해 화학 물질을 대체하는 바이오 기반 대안

연구진은 후속 연구를 통해 최상의 방수 효과를 달성하기 위한 최적의 처리 기간, 처리 온도, 촉매량의 조합을 찾을 계획이다. 또한 에폭시화 면실유가 면 의류의 인열 강도, 내구성, 그리고 구김 방지에 어떤 영향을 미치는지 추가로 시험할 계획이다.

카니페와 동료들은 장기적으로 면이나 셀룰로스 섬유로 만든 직물을 오일-워터 에멀젼으로 마감하는 친환경 공정을 개발하는 것을 목표로 한다. 노스캐롤라이나 주립대학교의 선임 저자인 리처드 벤디티는 이 바이오 기반 마감재가 포름알데히드와 PFAS 기반 합성 물질을 대체할 수 있을 것이라고 말했다.
참고: ACS 2025년 가을 학술대회, 세션 4297062
출처: 미국화학회(ACS)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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