실리콘고무

3. 특성

실리콘 고무는 -100°C에서 300°C의 넓은 온도 범위에서 정상 작동이 가능하다. 인장 강도가 낮고 마모 및 찢어짐에 약하지만, 신율, 크리프, 반복 굴곡, 인열 강도, 압축 영구 변형 등의 특성은 극한 온도에서 유기 고무보다 우수하다. 따라서 높은 열 응력이나 영하의 온도에서 초기 형태와 기계적 강도를 유지해야 하는 산업 현장에서 주로 사용된다.^{[10][11][12][13]}

실리콘은 다른 대부분의 고무보다 기체에 대해 투과성이 높아 일부 분야에서는 사용이 제한된다.

실리콘 고무는 화학적으로 안정되어 있어 접촉하는 물질(피부, 물, 혈액, 활성 성분 등)에 영향을 미치지 않는다.^[14]

3. 1. 유기 고무와의 비교

3. 2. 구조

4. 경화

실리콘 고무는 미경화 상태에서 점성이 있는 액체 또는 젤 형태이다. 경화, 가황, 촉매 과정을 통해 고체로 변환된다. 일반적으로 2단계 공정으로 제조되며, 후경화 공정을 거친다. 사출 성형 또는 3D 프린팅으로 성형할 수 있다.

4. 1. 경화 시스템

• 백금 촉매 경화 시스템: "부가 반응" 시스템이라고도 불리며, 수소화물 및 비닐기가 함유된 실록산 폴리머가 백금 배위 착물 촉매 존재 하에 반응하여 에틸기 브릿지를 형성한다.^[1] 이 반응은 부산물을 생성하지 않으며, 빠른 경화가 가능하다는 장점이 있다.^[2] 그러나 주석, 황, 아민 화합물에 의해 경화가 저해될 수 있다.^[2]

• 축합 경화 시스템: 일액형 (RTV, 상온 가황) 또는 이액형 시스템이 있다.^[3]
• '''일액형(RTV) 시스템''': 주변 습기에 노출되면 가교제가 가수 분해되어 수산기(실라놀) 그룹이 생성된다. 실라놀은 추가적인 축합 반응을 통해 경화된다. 실온에서 자체 경화되며, 다른 화학 물질에 의해 쉽게 억제되지 않는다. 하지만 일부 플라스틱이나 금속에 의해 영향을 받을 수 있다. 알콕시 경화 시스템(메틸 트리메톡시 실란), 아세톡시 경화 시스템(메틸 트리아세톡시실란) 등 다양한 가교제가 사용되며, 경우에 따라 추가적인 축합 촉매(유기 티타네이트, 디부틸 주석 디라우레이트(DBTDL))가 사용된다. 아세톡시 주석 축합은 가장 오래된 경화 방법 중 하나이며, 가정용 욕실 코킹에 사용된다.^[4]
• '''이액형 시스템''': 가교제와 축합 촉매가 한 부분에, 중합체와 필러(발연 실리카) 또는 안료가 다른 부분에 포장되어 있다. 두 부분을 혼합하면 경화가 시작된다.^[5]

• 과산화물 경화 시스템: 유기 과산화물을 사용하여 경화시킨다. 디큐밀 과산화물(아세토페논, 2-페닐-2-프로판올), 2,4-디클로로벤조일 과산화물(2,4-디클로로벤조산, 1,3-디클로로벤젠) 등이 사용된다. 부산물이 발생할 수 있어 식품 접촉 및 의료용으로는 후경화 처리가 필요하다.

5. 종류

실리콘 고무는 증기 저항성, 금속 검출 가능, 높은 인열 강도, 극한 고온, 극한 저온, 전기 전도성, 화학/오일/산/가스 저항성, 낮은 연기 배출 및 난연성 등 다양한 특수 등급과 형태로 제공된다. 다양한 충전제를 실리콘 고무에 사용할 수 있지만, 대부분은 보강성이 없어 인장 강도를 낮춘다.

실리콘 고무는 쇼어 A 또는 IRHD로 표현되는 10에서 100 사이의 다양한 경도 수준으로 제공되며, 숫자가 높을수록 더 단단한 화합물이다. 또한 사실상 모든 색상으로 제공되며 색상 일치가 가능하다.

6. 응용 분야

실리콘 고무는 그 특성으로 인해 매우 광범위한 용도로 사용된다.^[17] 씰제, 보호용 부품, 암형(몰드) 등 다양한 분야에서 널리 사용된다.

• 보호 부품: 계산기, 디지털 오디오 플레이어 등의 케이스에 사용된다.
• 스포츠용: 수영 귀마개, 수영모 등에 사용된다.
• 조리용: 냄비 받침, 냄비 손잡이, 케이크 틀 등에 사용된다.

6. 1. 자동차

6. 2. 전자

실리콘 고무는 전자 분야에서 키패드^[1], 커넥터, 절연체, 케이블, 전선 코팅, 전자 부품 보호 등에 사용된다. 특히 한국에서는 반도체 및 디스플레이 제조 공정에서 고순도 실리콘 고무 튜브 및 시트가 필수적으로 사용된다.

6. 3. 의료

생체에 미치는 영향이 적고, 체액에 닿아도 변질되기 어렵다는 특성 때문에 의료 분야에서 탄성 재료나 섬유 재료로 이용된다. 전자는 풍선 카테터에, 후자는 기체 투과성이 좋다는 점에서 인공 심폐기 막으로도 활용된다. 치과 의료 등의 본뜨기제, 미용 성형 수술의 충전제 등에도 사용된다.^[1]

6. 4. 식품

실리콘 고무는 식품 접촉에 안전하여 조리 도구, 베이킹 틀, 식품 용기, 젖병 꼭지 등에 사용된다. 내열성과 부드러움을 살려 냄비 받침, 냄비 뚜껑, 케이크 틀 등에도 사용된다.

6. 5. 기타

실리콘고무는 다양한 특성 덕분에 여러 분야에서 널리 사용된다.

• 스포츠용품: 수영 귀마개나 수영모에 사용된다.

• 주방용품: 내열성과 부드러움을 살려 냄비 받침, 냄비 손잡이, 케이크 틀 등에 사용된다.

• 생활용품: 계산기, 디지털 오디오 플레이어 등의 케이스, 리모컨 버튼 등에 사용된다.

• 의류: 속옷, 스포츠웨어 등에 사용된다.

• 3D 프린팅 소재: 3D 프린팅 소재로도 활용된다.

7. 제조

실리콘 고무를 만들기 위해서는 실리콘 원자를 실리카라는 화합물로부터 분리해야 한다. 이는 대량의 석영 모래를 1800°C까지 가열하여 수행한다. 여기서 실리콘을 메틸 클로라이드와 결합하여 가열하는 여러 공정이 있다. 그런 다음 중합된 실록산인 폴리디메틸실록산으로 증류된다.^[15] 폴리디메틸실록산은 이후 중합될 수 있다. 이는 최종 제품의 용도에 따라 다양한 기술을 사용하여 수행된다.^[15] 원료 실리콘 화합물은 안료 및 촉매를 포함할 수 있는 원하는 첨가제와 결합된다. 그런 다음 사출 성형, 압출 또는 3D 프린팅된다. 경화는 생산 공정의 최종 단계이다.

실리콘 고무(실리콘 러버)의 원료가 되는 소재 (재료)는 액체 상태로 시판되며, 촉매를 첨가하여 실리콘의 중합 반응을 통해 경화된다. 반응 유형에 따라 부가 반응형과 축합 반응형으로 크게 나뉜다.

참조

_[1] 논문 How to Tailor Flexible Silicone Elastomers with Mechanical Integrity : A Tutorial Review https://pubs.rsc.org[...] 2019
_[2] 서적 Pharmaceutical Polymers 2007 Smithers Rapra
_[3] 서적 Handbook of Sealant Technology CRC Press
_[4] 서적 Industrial Sealants - Fundamentals, selection and applications Verlag Moderne Industrie
_[5] 문서 Page 12 https://www.wacker.c[...]
_[6] 서적 Food Contact Rubbers 2 - Products, Migration and Regulation Smithers Rapra Publishing
_[7] 논문 Decomposition Products of the Initiator Bis(2,4-dichlorobenzoyl)peroxide in the Silicone Industry: Human Biomonitoring in Plasma and Urine of Workers 2022
_[8] 뉴스 A New Synthetic Rubber The Times 1944-11-15
_[9] 웹사이트 About GE Silicones https://siliconeforb[...] 2020-06-23
_[10] 웹사이트 Seal & Design Inc. {{!}} SILICONE (VMQ) O-RINGS & SILICONE GASKETS https://web.archive.[...] 2019-08-29
_[11] 웹사이트 Characteristic Properties of Silicone Rubber Compounds http://www.silicone.[...] Shin-Etsu Co.
_[12] 웹사이트 Overview of silicone rubber materials http://www.thefreeli[...] 2003-06-01
_[13] 웹사이트 Silicone rubber properties http://www.timcorubb[...]
_[14] 웹사이트 LSR Specific Properties http://www.cva-silic[...] 2024-05-31
_[15] 웹사이트 News - What is Silicone Made of? {{!}} Viking Extrusions https://web.archive.[...] 2019-08-13
_[16] 웹사이트 Characteristic properties of Silicone Rubber Compounds https://www.shinetsu[...] Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. 2016-08
_[17] 논문 A Review on Silicone Rubber 2013
_[18] 논문 Silicone rheological behavior modification for 3D printing: Evaluation of yield stress impact on printed object properties https://hal.archives[...] 2019-08-01
_[19] 웹사이트 CVA SILICONE | Liquid Silicone Rubber LSR | Your Industry http://www.cva-silic[...]
_[20] 간행물 Ageing Characteristics of Silicone Rubber Insulation in Cable Joints with Different Service Years https://ieeexplore.i[...] 2020
_[21] 웹사이트 FAQ: The benefits of Silicone insulated cables | Eland Cables https://www.elandcab[...]
_[22] 논문 A Self-Healing Poly(dimethyl siloxane) Elastomer
_[23] 논문 Torsion Fatigue Response of Self-Healing Poly(dimethyl siloxane) Elastomers