섬유는 그들의 화학적 구조에 의해 그룹으로 분류되고 있습니다. 동일 속 그룹에 속하는 섬유 들은 비슷한 화학적 구조를 가지고 있습니다. 동일 그룹에 있는 섬유의 속성은 다른 그룹에 있는 섬유의 속성과는 많이 다른 부분이 있습니다. 아래 글에서 섬유 화학적 구조와 분자 배열 내용 알아보겠습니다.
섬유 화학적 구조와 분자 배열
긴 분자 사슬로 연결된 원자
섬유들의 경우 수백만의 긴 분자 사슬로 연결된 수십억의 원자로 구성되어 있으며 해당 분자 사슬은 작은 분자(단량체)가 긴 사슬 또는 중합체를 이루기 위해서 함께 연결된 중합 반응에 의해 만들어 지게 됩니다. 섬유의 길이만큼 다양한 중합체의 길이는 한 사슬에 연결된 분자의 수에 의존됩니다. 이것은 중합도로 표현됩니다. 긴 사슬의 경우 높은 중합 반응과 높은 섬유 강도를 가리키게 됩니다. 분자 사슬은 너무 작아서 현미경으로도 볼 수가 없을 정도 입니다.
분자 사슬의 길이
분자 사슬의 길이는 또한 섬유의 강도와 신장성과 같은 속성 요인인 분자의 무게로 표현되기도 합니다. 긴 사슬 또는 무거운 분자를 지닌 섬유 들의 경우 짧은 사슬 또는 가벼운 분자를 지닌 섬유보다 강하며 분리하기가 더 힘든 점들이 있습니다.
분자 사슬의 종류
분자 사슬의 경우 섬유 내에서 다른 배열을 지니고 있으며 해당 체인들이 섬유 내에서 임의적 또는 무질서하게 정렬되는 경우 그들은 비결정성 입니다. 분자 사슬이 서로 평행하게 정렬될 때 그들은 결정성 입니다. 서로 또는 섬유 길이 방향으로 평행한 분자 사슬들은 배향적이며 방향성을 지닌 대부분의 분자 사슬은 고배향성을 가지고 있습니다. 또한 고배향성을 지닌 섬유들은 높은 결정체라고 할 수 있습니다.
배형성 결정성 비결정성
그러나 고결정체 섬유가 반드시 고배향적이라고 할 수는 없으며 섬유들은 배향성, 결정성 그리고 비결정성의 비율이 다양합니다. 합성 섬유에 있는 중합체들은 일정하지 않습니다. 또한 생산될 때는 비배향적인 상태입니다. 스트레칭은 그 체인 들이 서로 그리고 길이방향으로 더 평행하게 되도록 하는 원인이 될 수 있습니다. 늘리는 작업은 또한 섬유의 직경을 가늘게 하며 분자들을 조밀하게 합니다. 섬유의 속성은 강도, 신도, 흡습성, 마찰강도 그리고 염색성을 포함한 결정성과 배향성에 의해서 영향을 받게 됩니다.
섬유의 다양한 특징들
양모와 레이온과 같은 비결정형 섬유의 경우에는 비교적 약하며 쉽게 늘어나는 특징이 있습니다. 이런 섬유들은 탄성이 부족하며 흡습성, 염색성 그리고 유연성은 우수한 특징이 있습니다. 배향적이며 결정형 섬유들은 강하고 뻣뻣합니다. 쉽게 늘어나지 않지만 신축으로부터 쉽게 회복되며 흡습성이 적기 때문에 염색이 어려운 부분이 있습니다. 배향성이 높고 결정체인 섬유에는 폴리에스테르, 나일론 그리고 아라미드가 포함됩니다.
마무리
분자 사슬의 경우 수소결합과 반데르발스의 힘이라고 하는 분자 사이의 힘에 의해 결합되어 있습니다. 체인들이 서로 가까울수록 결속력도 강해지는 특징이 있습니다.
수소결합의 경우 한 사슬에 있는 양의 수소원자가 인접한 음의 산소 또는 니트로겐 원자를 유인하는 것입니다. 반데르발스의 힘은 물리적으로 가까이 있는 원자 간의 약한 결합이며 수소결합과 반데르발스의 힘은 결정체 영역에서 발생되며 결정 중합체를 비결정 중합체보다 강하게 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.