스판덱스

스판덱스(spandex)는 가볍고 우수한 신축성을 가지는 폴리에터-폴리우레탄 공중합체 합성 섬유이다. 엘라스탄(elastane)이라는 이름도 함께 사용한다. 라이크라(), 크레오라() 등의 상업명으로 유통된다.

스판덱스(엘라스탄)가 포함된 제품들 (출처: 대한화학회)

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1958년 스판덱스의 기초를 이루는 탄성 고분자에 대한 특허가 미국 듀퐁(DuPont)사에서 출원되었다.¹⁾ 기존에 사용되던 무거운 고무 기반 섬유를 대체하는 신축성이 우수한 섬유 제품으로 개발되었다. 특히 당시 무거워서 착용에 불편한 고무로 만든 여성용 속옷에 사용하기 위한 목적이었다.²⁾ 라이크라(Lycra)라는 상품명으로 출시되었다. 국내에서는 1979년 태광산업이 일본의 기술을 도입하여 최초로 생산하였다. 최근 기능성 스포츠 의류 분야의 성장에 맞추어 그 사용량도 증가하고 있다.

스판덱스(Lycra)와 면, 나일론의 혼합 섬유로 만든 양말 ()

스판덱스의 가장 큰 특징은 신축성이다. 몸의 다양한 움직임에 대응하여 섬유의 수축이 자유로우며, 그 과정에서 형태의 유지력이 뛰어나다. 또한 우수한 내구성은 외부 자극에 대한 보호가 요구되는 부분, 특히 운동복에 많이 사용한다. 면이나 폴리에스터와 함께 사용하여 우수한 착용감과 신축성을 동시에 가진다.

스판덱스의 제조는 폴리에터폴리올과 아이소사이아네이트 사이의 단계 성장 중합으로 만들어지는 폴리에터-폴리우레탄 공중합체이며 탄성고분자이다. 폴리에터폴리올은 폴리프로필렌옥사이드,폴리에틸렌옥사이드, 폴리테트라하이드로퓨란과 같이 낮은 유리 전이 온도를 가지는 고분자를 우레탄 결합으로 연결한다. 폴리올 가운데는 폴리테트라하이드로퓨란을 가장 많이 사용한다.

스판덱스의 제조 화학식 (출처: 대한화학회)

우레탄 단위는 수소 결합을 통하여 사슬과 사슬 사이를 단단하게 잡아주는 역할을 한다. 아래 그림에서와 같이 부드러운 폴리에터 부분이 외부에서 잡아 당기는 힘에 대해 이동하여, 사슬이 무질서 상황에서 배향을 하게되며, 이로써 섬유가 늘어난다. 하지만 일정 수준에 도달하면, 사슬과 사슬을 수소 결합으로 잡고 있는 우레탄 결합에 의해 사슬의 구조를 유지하는 힘이 증가한다. 여기서 힘을 제거하면 엔트로피의 증가하는 방향, 즉 사슬이 무질서 상태로 전환되어 다시 초기 상태로 돌아간다. 구조를 유지하는 힘을 넘어서 섬유를 늘리면, 우레탄이 잡고 있는 사슬의 네트워크 구조가 파괴되며 다시 수축되지 않고 늘어난 상태를 유지한다. 폴리올의 길이와 구조를 조정하여 다양한 성능을 가지는 스판덱스의 제조가 가능하다.

스판덱스 신축성의 원리 (출처: 대한화학회)

1. US patent, , Segmented Copolyetherester Elastomers
2.