라이오셀: 패션과 산업을 위한 지속 가능하고 강한 셀룰로오스 섬유

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라이오셀은 셀룰로오스에서 추출한 인조 섬유로, 미국에서는 텐셀(Tencel)이라는 브랜드명으로 판매됩니다. 용매 방사 기술을 통해 생산되며, 이 과정에서 셀룰로오스는 화학적으로 변형되지 않아 매우 강한 직물을 얻을 수 있습니다. 용도는 자동차 필터, 로프, 연마재, 붕대, 보호 장비 등 다양하지만, 가장 두드러지는 분야는 여성 의류입니다.

배경

셀룰로오스 기반 직물은 19세기 중반으로 거슬러 올라가지만, 상업적 생산은 1889년에 시작되었습니다. 스위스 화학자 조지 아우데마르는 1855년 뽕나무 껍질로 만든 인조 견에 대한 영국 특허를 받았습니다. 그는 누에의 방사 방식을 모방해 껍질의 내부 섬유를 녹인 후 바늘로 실을 뽑아냈습니다. 영국의 조셉 W. 스완은 아우데마르의 공정을 개선해 용액을 미세한 구멍으로 통과시켜 필라멘트를 만들고 이를 전구용 필라멘트로 사용했습니다. 스완이 1885년 셀룰로오스 직물을 선보였으나 당시에는 주목받지 못했습니다.

프랑스 화학자 일레르 드 샤르도네 백작은 1889년 파리 만국박람회에서 '인조 견'을 발표했는데, 이것이 나중에 레이온으로 알려지게 됩니다. 1891년 프랑스 브장송에 공장이 세워지면서 레이온이 본격적으로 패션계에 진출했습니다. 미국에서는 사무엘 코르토사 앤드 컴퍼니의 자회사인 아메리칸 비스코스 컴퍼니가 1910년 레이온 생산을 시작했고, 이는 나중에 코르토사 PLC(현 아코르디스 파이버스)의 기반이 되었습니다.

20세기에 들어서 인조 섬유 분야는 급속히 발전했습니다. 1924년 아세테이트, 1939년 나일론, 1950년대에는 아크릴과 폴리에스터가 등장했습니다. 석유화학 제품에서 유래한 합성 폴리머와 달리, 레이온, 아세테이트, 라이오셀은 셀룰로오스 기반이라 흔히 '천연' 섬유로 분류되지만, 산업적 가공 과정을 거쳐야 합니다.

1970년대 후반과 1980년대 초반, 코르토사 파이버스와 아메리칸 엔카는 공정을 단순화하고 친환경적으로 만든 용매 방사법을 개척했습니다. 기존 레이온은 재생 셀룰로오스 섬유로, 셀룰로오스를 잔탄산염으로 변환하고 가성소다에 녹인 후 재생하는 다단계 공정이 필요했습니다. 반면 용매 방사는 무독성 아민 옥사이드를 사용하며 이것이 거의 완전히 재활용되어 환경 영향을 크게 줄였습니다. 라이오셀은 1992년 텐셀 브랜드로 미국 시장에 처음 출시되었고, 1996년 라이오셀이란 일반명이 채택되었습니다. 오스트리아 기업 렌징 AG는 1992년 아메리칸 엔카의 레이온 사업을 인수하며 시장에 진입했습니다.

원자재

핵심 원료는 모든 식물 세포에 존재하는 천연 고분자인 셀룰로오스이며, 면, 삼, 린넨의 주원료이기도 합니다. 라이오셀용 셀룰로오스는 주로 참나무와 자작나무 같은 활엽수 펄프에서 추출하며, 이들은 다른 농업에 부적합한 관리 농장에서 재배됩니다. 공정에는 아민 옥사이드 용매와 물이 사용되며, 마감제로는 비누나 실리콘 윤활제가 쓰입니다. 라이오셀 직물은 면과 레이온에 호환되는 염료로 염색됩니다.

제조 공정

목재 펄프 준비

• 1. 라이오셀용 활엽수는 벌목 후 제재소로 운반되어 20피트(6.1m) 길이로 절단되고 고압 물분사로 수피가 제거됩니다. 원목은 우표보다 약간 큰 크기로 칩화되어 화학 소화조에서 연화 과정을 거쳐 습식 펄프가 됩니다. 펄프는 세척, 선택적 표백, 건조 후 두꺼운 시트 형태로 권취되며, 최대 500파운드(227kg) 무게의 대형 스풀에 감깁니다.

셀룰로오스 용해

• 2. 라이오셀 공장에서 셀룰로오스 시트를 풀어 1인치 크기로 자른 후, 아민 옥사이드가 담긴 가열·가압 용기에 투입합니다.

여과

• 3. 잠시 침지 후 셀룰로오스는 맑은 용액 상태로 녹습니다. 이 용액은 모든 입자가 완전히 용해되었는지 확인하기 위해 여과됩니다.

방사

• 4. 여과된 용액은 샤워헤드처럼 수많은 미세 구멍이 있는 방사구(spinneret)를 통해 펌핑되어 긴 섬유 가닥을 형성합니다. 이 가닥은 희석된 아민 옥사이드 욕조에 담가 고형화된 후 탈염수로 세척됩니다.

건조 및 마감

• 5. 섬유는 건조실로 들어가 수분이 증발합니다. 이후 윤활제(비누, 실리콘 등)를 처리해 엉킴을 방지하고 후속 공정인 카딩과 방사를 용이하게 합니다.

최종 공정

• 6. 건조된 섬유는 토우(tow)라 불리는 길고 꼬이지 않은 필라멘트 다발이 됩니다. 토우는 질감을 주기 위해 크림핑(crimping)되고, 카딩으로 정렬된 후 절단·포장되어 직물 공장으로 출하됩니다. 원료 셀룰로오스부터 포장된 섬유까지 전 공정은 보통 2시간 정도 소요됩니다.

용매 회수

• 7. 아민 옥사이드는 회수되어 재사용됩니다. 희석 용액을 증발시켜 물을 제거한 후 용매를 다시 가압 용기로 순환시킵니다. 일반적으로 용매의 99%가 회수됩니다.

품질 관리

라이오셀 생산은 전 세계 소수의 최첨단 공장에서 이루어집니다. 정교한 컴퓨터 모니터링 시스템이 섬유 인장 강도, 색상, 데니어(섬유 직경), 신장률, 수분 함량, 마감제 도포량 등을 실시간으로 평가합니다. 또한 방사구 막힘으로 인한 '불량 필라멘트' 발생도 감지해 고품질 섬유만 출하되도록 보장합니다.

부산물 및 폐기물

라이오셀 제조 공정은 유해 부산물을 배출하지 않으며, 다른 재생 셀룰로오스 섬유보다 훨씬 무독성이고 폐기물이 적습니다. 셀룰로오스 원료는 관리 대상 조림지에서 지속 가능하게 수확되며, 아민 옥사이드 용매는 무독성이면서 거의 완전히 재활용되어 환경 방출을 차단합니다. 완제품 직물은 천연 생분해성을 가집니다. 다른 인조 섬유에 비해 물과 에너지 소비도 적어 환경적 우수성을 입증합니다.