패딩이 따뜻한 이유

추운 겨울이 되면 패딩이 인기가 많습니다. 패딩은 겉감과 안감 사이에 충전재를 넣어 푹신하게 만든 옷입니다. 충전재로는 거위 털이나 오리털이 주로 사용됩니다. 다운 패딩 한 벌을 만들기 위해서는 살아있는 15~20마리의 거위나 오리에서 솜털과 깃털을 뽑아야 합니다. 최근에는 동물 보호를 위해 합성섬유를 가공하여 솜처럼 만든 인공 충전재를 이용하기도 합니다. 인공 충전재는 가격이 저렴하고 가벼우며 보온 효과도 좋습니다.

Q. 패딩이 따뜻한 이유는 무엇일까요?

바로 거위 털이나 오리털 사이의 공기가 열이 이동하는 것을 막기 때문이다.

열은 전도, 대류, 복사의 형태로 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동합니다. 전도는 열이 물질을 따라 이동하는 현상으로, 주로 고체 물질에서 일어납니다. 대류는 아래쪽에서 가열된 물질이 위쪽으로 이동하면서 열이 이동하는 현상으로, 주로 액체와 기체에서 일어납니다. 복사는 열이 물질의 도움 없이 직접 이동하는 현상입니다. 패딩은 이 세 가지의 열의 이동 방법 중 전도를 막아 따뜻하게 합니다. 패딩 안에 들어 있는 거위 털이나 오리털 등 충전재 때문에 따뜻하다고 생각하기 쉽지만, 사실 보온 역할을 하는 것은 털이 아니라 공기입니다. 거위나 오리 솜털이 서로 얽히면서 빈 공간 사이사이에 공기층이 만들어지고, 이 공기층이 따뜻한 우리 몸의 열이 밖으로 빠져나가는 것을 막습니다. 공기가 열을 잘 전달하지 않는 특징을 이용한 것입니다. 패딩의 보온 효과를 크게 하려면 깃털보다 솜털이 많은 것이 좋습니다. 솜털(다운)은 거위나 오리의 목부터 가슴까지의 털입니다. 눈송이 같은 모양으로 공기를 많이 품고 있기 때문에 보온 효과가 좋습니다. 깃털(페더)은 날개와 다리에서 뽑은 털입니다. 길게 뻗어 있어 공기층이 잘 만들어지지 않아 보온 효과가 낮습니다. 그러나 솜털 100%로 패딩을 만들면 솜털이 엉켜 공기층이 잘 만들어지지 않으므로 보온 효과가 떨어집니다. 따라서 솜털에 깃털을 10~20% 정도 섞어서 만듭니다.

◎ 거위·오리 솜털에 도전하는 '4공 중공 섬유'

솜털이 공기를 잘 붙잡고 있는 특징을 이용하여 인공 충전재를 개발하고 있습니다. 대표적인 것은 합성섬유에 구멍을 낸 '중공(中空)섬유'입니다. 섬유 안에 구멍을 만들면 보온성과 단열성은 높이고, 무게는 낮출 수 있습니다. 섬유 안에 구멍을 4개 만든 것을 '4중 중공 섬유'라고 합니다. 섬유 안에 구멍이 많아질수록 보온과 단열 효과는 높아지고 무게는 가벼워집니다.

◎ 솜

패딩의 원조는 이불이다. 솜을 넣어 두툼하게 만든 이불을 덮고 자면 따뜻하다. 솜이불은 겨울 방한 의류에 적용한 것이 패딩 자켓이다. 이불과 패딩 자켓의 공통점은 두 겹의 원단 속에 들어가는 '충전재'이다. 우리는 그것을 솜이라고 부르지만 원래 솜의 의미는 목화였다. 지금은 목화 뿐 아니라 그처럼 생긴 식물성, 동물성 심지어 광물성 소재도 솜이라고 부른다. 동물성 솜은 실크나 모, 광물성은 유리 솜 같은 것이 있다. 그 외에 화학섬유로 만든 것도 형태만 갖추면 솜이다. 패딩 자켓에 들어가는 솜은 거의 대부분 폴리에스터가 사용된다. 간혹가다 울(Wool)이나 다른 솜이 있지만 극히 드물다. 하지만 이불 솜은 면 외에 실크도 있고 양모도 흔하다. 이유가 뭘까?

면은 열전도율이 높기 때문에 차가워 실내에서는 괜찮지만 방한 자켓에 적합하지는 않다. 겨울에는 아무리 두꺼워도 면직물로 만든 옷은 따뜻하지 않은 이유이다. 반면에 울(Wool)은 어디서나 온기가 느껴진다. 열전도율이 낮고 수증기가 액체로 바뀌면서 열을 내는 '흡착열' 이라는 현상이 일어나기 때문이다. 그렇다면 보온을 위한 패딩 자켓에는 당연히 목화 솜보다는 울로 만든 솜이 더 나을 것 같다. 하지만 면이든 울이든 패딩 자켓에 사용되지는 않는다.

◎ 열전도율을 감지하는 기관

추운 겨울에 공원에 있는 철이나 알루미늄 같은 금속으로 만든 벤치는 도저히 앉을 수 없을 정도로 차갑지만 나무 벤치는 그보다 훨씬 낫다. 왜 그럴까? 우리가 만졌을 때 차갑다고 느끼는 모든 것은 열전도율이 높은 물질이다. 즉, 나무는 금속에 비해 열전도율이 낮다. 열전도는 열이 이동하는 3가지 경로 중 하나이다. 어떤 물질이 다른 물질에 접촉 하면 열은 온도가 더 높은 쪽에서 더 낮은 쪽으로 이동한다. 이것이 열평형이다. 살아있지 않은 것들은 주위 사물과 같은 온도이므로 체온이 언제나 37도로 유지되는 항온동물인 인간이 공원의 벤치에 앉으면 열전도에 의해 즉시 열의 이동이 일어난다. 열전도율은 이때 열이 이동하는 속도를 나타내는 정도이다. 즉, 열전도율이 높으면 열은 빠른 속도로 이동한다. 인체는 모든 물질의 열전도율을 알아내는 놀라운 감각이 있는데 냉점과 온점이 바로 그것이다. 어떤 물질과의 접촉으로 인체에서 빠르게 열이 빠져나가면 냉점은 '차갑다'는 감각으로 대뇌에 신호를 보낸다. 반대로 열이 인체로 들어오면 즉시 온점이 작동하여 따뜻하다고 느끼며 이동속도가 너무 빠르면 '뜨겁다'는 감각으로 위험 신호를 보낸다. 이런 인지능력은 즉각적이고 해석할 필요가 없어서 숫자보다 훨씬 더 직관적이며 효율적이다.

◎ 발열체를 위한 보온

사람은 살아있는 한, 끊임없이 발열하는 동물이다. 외부 온도와 상관없이 체내를 언제나 같은 온도로 유지해야 하며 그런 생물을 항온동물이라고 한다. 이처럼 인체는 계속해서 칼로리를 태워 열을 만들어내므로 합리적인 보온 대책은 열을 만드는 것보다 생산된 열을 외부로 빼앗기지 않는 것이다. 열이 내부 또는 외부로 이동하지 않도로 차단하는 수단을 단열(insulation)이라고 한다. 즉, 단열이 가장 중요한 인체의 보온 수단이다.