쿨토시·쿨매트·아이스 티셔츠…원리가 궁금하시다고요?
등록 :2015-07-22 23:27
유난히 땀이 많은 과학 씨, 올 여름 ‘냉장고’ 셔츠를 한 벌 장만하기로 했다. 살얼음이 날리고 소름이 돋는 광고 영상에 혹했다. 땀이 날수록 시원해진다니 나를 위해 준비된 옷이 아닌가! 기능성 의류를 파는 매장 몇 곳을 돌아다니던 과학 씨는 머리가 지끈지끈해졌다.
“프린트된 버추얼 아이스큐브가 냉장 효과를….”
“쿨링 도트가 삽입돼 수분이 빠르게….”
“아스킨 소재로 자외선 차단 효과가….”
“아이스필과 메쉬를 믹스한 아이템으로….”
기능성 의류는 ‘고어텍스’ 하나만 알면 OK이던 때가 그리웠다. 아이스와 쿨을 강조하는 설명을 들은 탓인지, 그저 빵빵한 에어컨 덕분인지 옷감에선 서늘한 느낌이 감돌았다. 그래도 옷인데 입으면 더 덥지, 시원할 리가 있을까 의구심이 고개를 들었다.
“이게 진짜 효과가 있는 겁니까?”
“시원해서 좋다고 또 사러 오는 분들도 많고, 요즘 제일 인기 있는 상품이에요.”
“시원하면 얼마나, 어떻게 시원하다는 건지, 인증마크 같은 건 없나요?”
올 여름 아웃도어, 스포츠 의류 시장은 그야말로 냉전(冷戰)이다. 더 ‘시원하게!’를 외치며 앞 다투어 제품을 내놓고 광고에 열을 올린다. 사용했다는 소재며 기법이 제각각이라 소비자들은 혼란스럽다. 업체별로 개발해 홍보하는 터라 기능성을 입증할 만한 공통의 수치나 테스트 결과도 없다. 선전은 요란한데 제품을 선택할 기준은 쉽게 보이지 않는 것이다.
매년 심해지는 무더위에 냉감(冷疳) 소재에 관한 특허도 빠르게 늘고 있다. 2006년까지는 한 해 1~2건에 불과하던 특허출원이 최근 몇 년 간은 한해 9건 정도 늘었고, 분야도 의류와 원단 외에 매트, 방석, 모자 등으로 다양해지고 있다고 한다.
냉감 원단은 땀 흡수가 빠르고, 금방 마르며, 바람이 잘 통하는 특성을 갖고 있다. 대표적인 냉감 섬유로 쿨맥스(Coolmax)가 있다. 섬유 단면이 직사각형이라 단면이 둥근 일반 섬유보다 습기를 빠르게 배출한다. 새로 주목받는 소재 중 하나인 아스킨(Askin)은 독특한 횡단면 구조를 지닌 폴리에스터 섬유다. 피부와의 접촉면이 넓어 열을 빠르게 방출하고 빨리 마르는 특성에 자외선 차단 기능까지 갖춰 스포츠 의류와 수영복 외에도 커튼 등의 생활용품 소재로 쓰인다.
주위 열을 흡수하는 열흡수성 냉감 소재도 있다. 상변환물질(Phase Change Material, PCM)이라 불리는 것으로 상온에서는 고체로 존재하다 주변 온도가 오르면 형태가 변하면서 열을 흡수하며 녹는 성질이 있다. 주변 온도가 대략 28℃를 넘으면 열을 흡수해 녹기 시작한다. 1988년 미국항공우주국(NASA)의 우주복을 위해 처음 개발됐다. ‘쿨매트’와 ‘쿨토시’ 등도 이 소재를 이용한다. 이 소재를 마이크로미터(㎛) 크기의 캡슐로 만들어 의류에 삽입하는 제품들도 선보이고 있다. 의류 외에도 방열이 필요한 전자제품이나 벽지 등 활용도가 다양하다.
쿨토시의 기본적인 원리는 기화열이다. 기화열이란 액체가 증발하면서 기체가 될 때, 표면의 열을 가져가는 것이다. 뜨거운 여름날, 마당에 물을 뿌리는 것과 같은 원리다. 뿌려놓은 물이 마를 때, 기체로 변하면서 주위의 열을 흡수하면서 시원함을 느낄 수 있다. 쿨토시도 안의 땀이 마르면서 기체로 변하는데, 이 때 열을 흡수하면서 시원함을 느낄 수 있는 것이다.
쿨매트는 상변환물질의 성질을 이용한 냉각젤에 의한 것이다. 흡열과 발열을 조절하는 냉각젤로 만들어져, 체온이 닿으면 열을 흡수하면서 온도가 내려가는 것이다. 일정시간(보통 1시간)이 지나면 냉각젤의 냉기가 소진돼 시원함이 떨어진다.
그밖에도 업체마다 개발한 새로운 제품들이 저마다의 이름을 달고 ‘쿨한’ 춘추전국을 이루고 있다. 냉감 소재에도 천하통일이 이뤄질 수 있을까? SF영화 속 주인공들처럼 계절과 날씨에 상관없이 1년 내내 한 벌로 버티려면 더울 때는 시원하게, 추울 때는 따뜻하게 해줄 만능 온도조절 의류가 필요하다.
미국 메사추세스공과대학(MIT) 대학원생인 크란티 키란 비스타쿨라가 개발한 옷에서 그런 미래를 그려볼 수 있다. 비스타쿨라는 컴퓨터와 같은 전자기기 냉각 장치에 사용되는 ‘펠티에 효과’를 이용해 의류를 개발했다. 펠티에 효과는 두 종류의 금속 접합부에 전기가 흐를 때 한 쪽은 온도가 올라가고 한 쪽은 내려가는 현상이다. 비스타쿨라는 별도의 냉각팬 없이 초소형 장치로 0~100℃까지 4단계 온도 조절이 가능한 의류를 개발했다고 밝혔다. 그는 인도 하이데라바드 지역에 다마이노베이션(Dhama Innovations)이라는 회사를 차리고 의류와 의료기기를 생산, 판매하고 있다.
하지만 자연은 미래의 의류를 찾기 위한 놀라운 답을 이미 알고 있었다. 사하라 사막의 연평균 온도는 대략 27℃지만, 여름철 한낮에는 50℃까지 치솟는다. 이곳에 사는 사하라 은색 개미는 최대 53.6℃의 온도를 견딜 수 있다. 10mm 정도의 몸은 미세한 털로 덮여 있는데, 삼각형으로 된 독특한 단면의 털은 태양빛을 반사할 뿐 아니라 이미 흡수한 열도 방출하는 기능이 있다. 한편 고려대학교 윤석구 교수 연구팀은 2014년 호주에 사는 악마가시 도마뱀의 피부에서 영감을 얻어 소형 전자 기기의 방열필름을 디자인 했다고 밝히기도 했다.
지구 기온의 상승과 전자기기 소형화 등으로 다양한 분야에서 냉각 기술의 중요성이 커지고 있다. 건물 지붕에서 차량, 대규모 공업단지에서 초소형 전자기기까지 더 시원해져야 한다는 게 화두다. 우리 몸을 둘러싼 것들 역시 마찬가지다. 이불, 옷, 모자, 신발에서 피부에 직접 닿는 화장품까지 ‘쿨’과 ‘아이스’를 내세운 상품들이 목소리를 높인다. 효과가 검증되지 않았다 해도 선뜻 혹할 만큼, 지금은 무더운 여름이다.
글 : 이소영 과학칼럼니스트
*본 콘텐츠의 저작권은 한국과학기술정보연구원(KISTI)에 있습니다.
