겨울이 다가오고, 기온이 급격히 떨어지면서 모두가 더 두껍고 따뜻한 겨울옷을 사고 있습니다. "에어로젤로 제작, 항공우주 등급 소재로 제작"이라는 슬로건이 일부 겨울 방한 및 보온 의류에 점점 더 많이 등장하고 있으며, 초보열 성능을 갖고 있으며 저렴하지 않다고 주장하고 있습니다. 그렇다면 에어로겔은 어떤 물질인가요? 에어로젤 의류에는 실제로 추위와 따뜻함을 유지하는 데 기적적인 효과가 있습니까?

사진은 전자상거래 플랫폼에서 가져온 것이다.

에어로젤이 정확히 무엇인지부터 시작해 보겠습니다.

에어로겔이란 무엇입니까?

에어로젤은 다수의 폐쇄된 미세기공을 감싸고 있는 3차원 망상구조 소재의 일종이다. 무기물이나 고분자 고분자로 졸-겔 변환 과정을 거쳐 특수 건조 과정을 거쳐 만들어질 수 있다.

이 정의에 따르면 에어로겔의 개념은 실제로 (특정 화학 물질이 아닌) 고체 구조를 의미한다는 것을 알 수 있습니다. 이 구조의 특징은 기공률이 80.0%~99.8%에 달하고 기공 직경이 1~100nm에 달하는 높은 기공률을 갖는다는 것입니다.

에어로겔 구조의 폐쇄된 미세 기공에는 공기가 분산되어 있어 에어로겔 구조의 재료가 밀도가 낮고 열전도도가 낮은 성능 특성을 가지고 있음을 결정합니다.

에어로겔 재료에는 일반적으로 무기 에어로겔과 유기 에어로겔이 포함됩니다. 무기 에어로겔로는 실리카 에어로겔, 이산화티타늄 에어로겔 등이 있고, 유기 에어로겔로는 폴리이미드 에어로겔, 폴리우레탄 에어로겔 등이 있다.

에어로겔 소재. 작성자가 제공한 사진입니다. 에어로겔 소재의 높은 단열 특성으로 인해 항공우주, 전자 통신, 난연제, 단열재 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.

예를 들어, 항공우주 분야에서 에어로겔 소재는 항공기 방열판, 감속기를 위한 유연한 열 보호 시스템, 우주 추진 시스템용 극저온 튜브 절연층, 우주복 등에 사용됩니다. 따라서 이러한 관점에서 에어로겔은 실제로 진정한 "항공우주 등급 소재"입니다.

에어로젤로 옷을 만드는 방법?

그렇다면 에어로겔의 단열 성능이 이렇게 좋기 때문에 이 소재가 우리 일상의 인체 보온 및 방한 시나리오에 사용될 수 있을까요? 실제로 섬유과학에서는 이 분야에 대한 연구를 진행하고 있으며, 현재의 연구 결과를 살펴볼 수 있습니다.

우리는 보통 옷을 입는데, 늘이고 문질러야 합니다. 이것은 일반적인 섬유 직물에 대한 케이크 조각입니다. 그러나 현재의 에어로겔 구조재료 자체는 기계적 성질이 좋지 않고 부서지기 쉽고 분쇄되기 쉬우며 유연성과 드레이프성이 부족하여 일상용 직물 및 의류에 직접 사용하기에는 적합하지 않다.

구부러진 에어로겔 소재 사진 제공: 작성자

섬유 과학자들은 또한 방한 및 보온 특성을 향상시키기 위해 섬유 및 의류에 에어로겔을 사용하기를 희망하면서 이러한 상황을 개선할 수 있는 여러 가지 방법을 생각해 왔습니다.

예를 들면, 접착제를 이용하여 에어로겔 분말을 섬유재료의 표면에 부착시키거나, 섬유재료 자체를 에어로겔에 접착시키는 방법; 에어로겔이 함유된 코팅 마감제가 원단 표면에 균일하게 코팅되며; 에어로겔 제조용 용액은 특정 가공 기술을 통해 에어로겔 섬유를 제조하는 데 직접 사용되며; 또는 에어로겔 입자를 방사용액에 첨가하여 에어로겔을 함유한 화학섬유를 생산하는 방법이다. 에어로겔을 의류에 적용하면 어느 정도 희망이 보이는 것 같지만, 실제로는 아직 문제가 많다.

현재의 “에어로젤 의류”는 믿을만합니까?

에어로겔 소재를 의류에 활용하려는 시도는 많이 있었지만, 안타깝게도 이러한 기술과 공정에는 여전히 몇 가지 문제가 남아 있습니다.

예를 들어, 에어로겔 섬유는 제조 공정이 매우 느리고 기계적 성질이 상대적으로 열악하여 이후의 방사 및 직조 공정에서 요구되는 장력을 견디기가 어렵습니다. 표면접착 기술이나 에어로겔 코팅 기술은 처리된 원단의 보온 성능을 향상시킬 수 있지만, 원단의 기밀성, 투습성 문제를 일으키기 쉽습니다.

에어로겔 입자가 벗겨지는 경우도 있습니다. 어떤 친구들은 혼란스러울 수도 있습니다. 에어로겔 소재가 우주복에 사용된다고 제가 언급하지 않았나요? 우리는 왜 옷을 만들 수 없나요?

실제로 우주복에 사용되는 에어로겔 소재는 강도가 높고 부드러움이 좋은 폴리이미드 에어로겔이다. 이 소재는 현재 우주복, 방호복 등 일부 특수 분야에만 사용되고 있다.

우주복과 방호복은 '의류'라고도 불리지만 단순한 의복이 아닌 일종의 특수 개인장비 시스템에 속한다. 단열재로서 에어로겔 소재는 시스템의 일부일뿐입니다. 인체와 외부 환경 사이의 수분과 열 균형을 이루기 위해서는 다른 재료와 장비도 필요합니다. 일상복과는 전혀 다른 시스템이다.

전체적으로 현재의 기술조건 하에서 일상복의 방한 및 보온을 위한 에어로겔 소재의 사용에는 여전히 상당한 한계가 있으며 산업적으로 대규모 생산 및 상업화하는 경우는 드뭅니다. 소비자들은 관련 제품에 사용되는 에어로젤의 재질과 실제 효과를 주의깊게 확인하고, 무작정 주문하지 말 것을 권고한다.

참고자료

[1] Zhao Guoliang, Li Guangwu, Xue Rong 등 섬유 및 의류 분야의 에어로겔 응용 기술 현황 [J]. 신소재산업, 2021, (02): 48-53. DOI: 10.19599/j.issn.1008-892x.2021.02.009

[2] Ma Xiaoyi, Hu Yanping, Wang Kai 등. 폴리이미드 에어로겔의 준비, 구조 및 특성에 대한 연구 진행 [J/OL]. 고분자재료공학, 1-12 [2023-11-13] https://doi.org/10.16865/j.cnki.1000-7555.2023.0221.

[3] NASA: 새로운 초박형, 유연한 에어로젤을 사용하여 단열 의류를 만들 수 있음https://inhabitat.com/nasa-new-ultra-thin-flexible-aerogels-could-be-used-to-make-super-insulated-clothing/

[4]내구성이 뛰어난 폴리이미드에어로젤(LEW-TOPS-133)https://technology.nasa.gov/patent/LEW-TOPS-133