겨울철 필수 아이템
발열 의류는 왜 따뜻할까?

우리가 매일 입는 옷은 체온을 유지하는 중요한 도구다. 사람은 정상 체온보다 약 2~3℃만 높아지거나 낮아져도 몸에 문제가 생긴다.
그렇기에 체온이 올라가지 않도록 열을 방출하거나 빼앗기지 않도록 보온해야 한다. 최근 ‘발열 의류’들이 그 몫을 톡톡히 해내고 있다.
발열 의류는 어떤 원리로 우리 몸을 따뜻하게 하는 걸까.
글. 김형자(과학 칼럼니스트)
우리 몸이 따뜻한 이유는 몸에서 열을 발산하기 때문이다. 난로에 손을 쬐면 열로 인해 따뜻함이 느껴지는 것과 같다. 하지만 추운 곳에 피부를 노출할 경우, 피부에서 나오는 열로 피부 주위의 공기가 데워져 몸의 열을 빼앗긴다. 겨울옷은 열 손실을 줄이는 쪽으로 발전해왔다. 솜옷이나 오리털·거위털 패딩은 충전재가 공기를 가둬 몸의 열이 밖으로 빠져나가는 것을 막아주는 ‘단열성’ 원리를 적용해 보온을 높인 의류다. 최근에는 얇은데도 입으면 따뜻해진다는 발열성 소재(히트텍)의 의류의 인기가 높다. 의류가 보온에서 발열로 진화한 셈이다.
발열 의류의 원리는 수분의 빠른 흡수
발열 의류는 말 그대로 섬유 자체에서 ‘스스로 열을 내는’ 옷이다. 발열성을 활용한 섬유는 크게 수증기를 이용하는 ‘흡습 발열’과 빛을 이용하는 ‘광발열’로 구별된다. 히트텍은 흡습 발열의 원리가 적용된 대표적인 섬유다. ‘흡습 발열’ 섬유의 원리는 간단하다. 우리 몸에서 발생하는 땀과 같은 수분을 흡수해 열을 발생시키는 것이다. 섬유가 물 분자를 효율적으로 흡착하면 물 분자의 운동에너지가 열에너지로 바뀌어 보온 효과가 나타난다. 쉽게 설명하면 우리 몸에서 나오는 수분을 밖으로 내보내지 않고 섬유에 머물게 해 체온이 수증기를 덥히도록 하는 방식이다.
‘흡습 발열’ 섬유가 땀을 쉽게 빨아들이려면 피부와 밀착해야 한다. 따라서 이 섬유는 대부분 내의에 사용된다. 흡습성이 높을수록 많은 열이 발생하기 때문에 땀을 많이 흘릴 때 더 큰 효과를 볼 수 있다. 발열 내의를 입고 움직이지 않을 때보다 걷거나 운동을 하면 금세 따뜻해지는 것을 느끼는 이유가 여기에 있다.
사람의 피부는 하루에 1리터가량의 수분을 방출한다. 흡습 발열 성능은 수분율이 높은 섬유일수록 유리하다. 수분율은 옷이 땀에 젖는 개념과는 다르다. 수분율은 섬유 속 ‘고분자(고무나 단백질 등의 분자처럼 많은 원자가 결합하여 분자량이 매우 큰 분자)’ 사이에 물 분자가 자리를 잡는 것이다. 반면 옷이 젖는다는 것은 섬유와 섬유 사이에 물 입자가 자리하는 것으로 피부가 습기를 쉽게 느낄 수 있다.
광발열 의류는 원적외선을 흡수해 열을 내
한편 최근 개발된 섬유 소재 가운데 눈길을 끄는 것은 광발열 섬유다. 이 섬유는 신체나 태양에서 방출되는 원적외선을 흡수해 열을 낸다. 원적외선을 열에너지로 바꿔 보온성을 유지하는 것이다. 우리 몸에서는 10마이크로미터 수준의 원적외선이 나온다. 광발열 섬유로 만든 니트나 셔츠를 입으면 햇볕을 받기만 해도 열이 난다. 섬유 안의 분자가 신체나 태양의 원적외선을 받게 될 경우 분자끼리 충돌하면서 진동을 일으키는데, 그 과정에서 열이 발생하는 것이다. 몸의 원적외선보다는 주로 태양에서 에너지를 받아들이는 방식이기 때문에 바깥에 입는 재킷에 많이 사용한다. 핫팩처럼 금방 식지도 않아 겨울철 야외 활동을 할 때 유용하다.
발열 의류도 핫팩만큼 따끈한 효과를 낼까?
발열 하면 빠질 수 없는 것이 바로 핫팩이다. 언젠가부터 겨울에 없어선 안 될 소중한 용품이 되었다. 대체 핫팩은 어떤 원리로 따뜻함을 전하는 걸까. 분말형 핫팩에는 쇳가루·숯가루·물·염류 등이 있는데, 쇳가루 즉 철이 녹슬면서 산화(산소와 결합)하는 원리로 뜨거워진다. 짧은 순간에도 온도가 30~60℃까지 올라가고, 붙이는 핫팩은 보통 50~60℃를 유지한다. 그렇다면 발열 의류도 핫팩만큼 뜨거운 효과를 낼까. 연구에 따르면, 발열 섬유가 실제로 열을 발생시켜 온도를 올리는 건 사실이지만 핫팩 수준으로 따뜻하지 않다고 밝혀졌다.
광발열 섬유는 햇볕을 받은 뒤 1~2초 만에 온도가 10℃ 이상 오르고, 10~20분 정도 지나면 몸에서도 1~2℃ 정도의 체온 상승을 느끼게 한다. 하지만 발열 섬유는 시험 방법에 따라 온도 상승의 수치가 들쑥날쑥하다. 똑같은 기관에서 똑같은 방법으로 시험을 해도 최대 14.1℃까지 차이 나는 광발열 섬유도 있다. 그 때문에 섬유 온도가 일정 수준으로 올라갔을 때 체온이 얼마나 오르는지에 대한 상관관계를 밝힌 연구는 아직 없다. 발열 섬유의 온도 상승과 체온 상승 관계를 정확히 밝히기 어렵다는 게 전문가들의 설명이다.
비록 연구는 미흡하더라도 내 몸의 열을 이용한 과학적 옷차림은 추위를 막는 좋은 방법이다. 이제부터는 남에게 보이기 위한 멋진 옷보다는 보이지 않는 부분을 더 챙기는 건강을 입도록 하자.

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