6. 실크 와 나일론 (Silk and Nylon)

앞에 4장은 면(cotton)섬유와 필름 등을 만드는 식물성 셀룰로오스에 대한 이야기 였고, 이번장에서는 양털로 만든 울(wool)과 같은 단백질로 만든 동물성 섬유인 실크와, 인공으로 합성해 만든 실크와 유사한 특성을 갖는 섬유인 나일론에 대한 이야기야.

 

실크(Silk)는 다른 동물성 섬유와 같이 단백질(Protein)로 만들어졌어. 단백질을 이루는 아미노산 (Amino Acid)은 아미노그룹(NH2)이 유기산그룹(COOH)의 탄소(C, carbon)에 붙어 있는 구조로, 알파(ɑ) 탄소에 붙은 ‘R(side chain or side group)’이 어떤 것이냐에 따라 22개의 다른 종류가 있어.

기본적인 단백질 (Protein) 구조식

    

단위체(Monomer)인 아미노산이 물을 만들어 내며 결합하는 것을 펩티드결합(Peptide Bond) 이라고 부르며, 사슬처럼 연결된 고분자 아미노산을 단백질이라고 불러. 

실크의 80-85%는 ‘R(side chain or side group)’이 비교적 크기가 작은 H (Glycine)인 것과, CH3 (Alanine) 그리고 CH2OH (Serine)로 실크의 부드러운 특성은 갖게해줘. 이 세개의 아미노산은 매우 규칙적이어서 실크가 빛나게 하고 폴리머 사슬이 매우 견고해 잘 늘어나지 않으며 겨울엔 따뜻하고 여름엔 시원한 특징을 갖게해줘. 나머지 15-20%의 다른 아미노산은 염료를 잘 결합하는 특성이 있어 깊고 풍부한 색을 내게해. 

지금도 그렇지만 기원전 부터 실크의 가치가 높아 중국에서 유럽을 잇는 무역로를 실크로드(silk road)라 부르게 되었어. 

뽕나무 잎을 먹고 자라는 누에가 나방이 되기 전에 입으로 침과 섞인 실크를 만들어내 나방이 될때까지 안전하게 지낼 고치를 만들어. 고치 하나에서 보통 400-3400 미터의 실크실을 풀어낼 수 있어. 고치를 물에 삶아 안에 있는 삶아진 누에(뻔데기)는 먹고 🥺 침이 녹아 느슨해진 실은 풀어내서 실타래를 만들어. 

중국은 누에와 뽕나무를 나라 밖으로 못나가게 관리했는데, 아마도 최초의 상업 스파이였을 수도사가 552년 지팡이에 넣고 나와 이태리에서 실크를 생산하기 시작했데. 이태리가 의류로 유명한 이유가 있었네.

 

화합물에 대한 이해가 깊어지면서 19세기 후반부터 상업적 가치가 큰 실크를 인공적으로 만들려는 노력이 시작되었어. 합성(synthetic)은 비타민 C 와 같이 동일한 화학 구조를 인공적으로 만드는 것이고 인공(artificial)은 동일 또는 비슷한 성질을 만들어 내는 것을 말해.

프랑스 샤르도네(Chardonnet)는 끈적이는 니트로셀룰로오스(Nitrocellulose) 물질에서 실을 뽑아 최초의 인공섬유 ‘Chardonnet Silk’를 만들었지만 니트로셀룰로오스의 강한 연소성으로 불에 매우 약해, 현재는 재생된 식물성 셀룰로오스를 사용한 레이온(Rayon) 섬유가 보편적으로 사용되고 있어.

이에 반해 나일론은 석유로 부터 정제된 화합물을 원재료로 하여 만든 실크를 대체하는 인공 섬유야. 일리노이주 대학에서 박사학위를 받고 하버드대학의 유기화학 교수직을 막 시작한 캐러더스(Wallace Carothers)는 듀폰(Du Pont)사의 끈질긴 기초 화학 연구 제안을 받고 1928부터 고분자 유기 화학 연구를 시작했어.

현재도 윌밍튼(Willington, DE)에 있는 듀폰 실험 연구소(DuPont Experimental Station)는 최초의 민간기업 기초과학 연구소 중 하나로 충분한 연구비와 자유로운 연구 과제를 지원해, 이후 우리에게도 익숙한 나일론(Nylon), 인공고무(Neoprene), 테프론(Teflon), 스판덱스(Spandex), 카프론(Kaplon) 등등 과 노벨 수상자 까지 배출한 곳이야.

이곳에서 캐러더스는 여러 고분자 유기 화합물들을 만들어 냈는데 그중에서 물에 녹거나, 세탁제에 녹거나, 지속성이 떨어지는 등 섬유로서의 기능상 문제를 보완하는 여러가지 노력끝에 1935년 실크와 유사한 특징을 갖고, 첫번째 엔지니어링 프라스틱으로도 불리는 ‘나일론 66’를 개발해 냈어. 38년 칫솔을 시작으로 39년 스타킹을 성공 시키면서 이전에 화약을 만들던 부정적인 이미지의 듀폰을 현재의 세계적인 화학회사로 만들었지만 캐러더스는 37년 세상을 등졌어.

나일론 성공에 대한 일화 중 (Wikipedia에 의하면), 당시 미국에 비단을 수출하던 일본이 "Now, You Lousy Old Nipponese!"(자 봐, 바보 같은 늙은 일본 놈들아!)라는 영어표현의 첫머리글자를 따서 지은 이름이라고 생떼를 쓰기도 했데. 

한때 식물과 동물에서 만들어내던 섬유가 정제된 석유에서 만들어 지기 시작하면서 석유가 새로운 세상을 열기 시작했어.   

 

* 듀폰 실험 연구소를 오래전에 방문한 적이 있어. 저층의 오래된 건물 내부는 대학 연구동 보다 더 어둡고 단순해 연구 이외에는 따로 할 일이 없어 보였어. 여유롭게 넓은 연구실은 오래된 기기 들이 정리되지 않고 필요에 따라 세팅되어 있는 모습이, 사기업임에도 순수 과학 연구실 특유의 자유로움과 묵직한 탐구의 중압감이 동시에 느껴지는 곳이었어.        

         

DuPont Experimental Station in the summer of 1997

(https://en.wikipedia.org/wiki/DuPont_Experimental_Station#/)