더 정확히는 중합된 실록산 또는 폴리실록산이라고 불리는 실리콘은 각 실리콘 중심에 두 개의 유기 그룹이 부착된 무기 실리콘–산소 골격 사슬 (⋯−Si−O−Si−O−Si−O−⋯)로 구성되어 있습니다. 일반적으로 유기 그룹은 메틸입니다. 이 재료는 고리형 또는 중합체일 수 있습니다. −Si–O− 사슬 길이, 측쇄 그룹 및 가교결합을 다양화함으로써 실리콘은 광범위한 특성과 조성으로 합성될 수 있습니다. 화학 원소 실리콘(Silicon)과 혼동하지 마십시오.
실리콘의 일반적인 화학식은 (R2SiO)x이며, 여기서 R은 다양한 유기 그룹 중 하나일 수 있습니다. 실리콘은 고성능 중합체로서 고체부터 물처럼 묽은 액체 및 반점성 페이스트에 이르기까지 다양한 물리적 형태를 취할 수 있습니다. 일반적인 형태로는 실리콘 유체, 실리콘 그리스, 실리콘 고무, 실리콘 수지, 실리콘 코킹 등이 있습니다.
제조 공정
실리콘이 모래로 만들어진다고 들어보셨을 것입니다. 기술적으로는 사실입니다. 실리콘은 모래의 주성분인 실리카로 만들어집니다. 실리카는 또한 이산화규소(silicon dioxide)라고도 알려져 있으며, 이는 원소 실리콘과 산소를 포함합니다.
사실, 실리콘 고무는 모래에서 “자연적으로” 추출되는 것이 아닙니다. 이것은 화학 공정이므로, 이러한 제품들은 기술적으로 “유기농”이라고 할 수 없습니다. 실리콘은 지구상에서 가장 흔한 원소 중 하나인 실리콘과 염화메틸을 반응시키고, 염소 원자를 제거하는 물과의 추가 반응을 통해 생산됩니다.
실리콘은 본질적으로 유기적으로 변형된 석영입니다. 규소 석영은 실리콘 및 산소 원자로 구성됩니다. 실리콘은 고온에서 탄소와 함께 모래 형태의 이산화규소(실리카)를 환원시켜 얻은 순수한 실리콘으로부터 제조됩니다:
실리콘은 항상 화학적으로나 열적으로 안정한 광물 결합 형태로 발견되며 순수한 형태로는 존재하지 않습니다. 실리콘의 원자 구조가 실리콘의 특성을 결정하므로 실리콘은 모든 실리콘 화학의 핵심입니다. 실리콘으로부터 실리콘을 생산하는 과정은 각각 세 단계를 거칩니다: （1）클로로실란 합성 （2）클로로실란 가수분해 （3）축합 중합.
성능
분자 구조 덕분에 실리콘은 고체, 액체, 반점성 페이스트, 그리스, 수지, 고무 및 유체(오일)를 포함한 다양한 형태로 만들 수 있습니다. 실리콘 계열에는 실록산과 실란이 포함되며, 이들은 모두 수천 가지 제품에 광범위하게 사용되어 우리 경제의 주요 부문에 필수적인 이점을 제공합니다.
특성
실리콘의 예외적인 화학적 및 물리적 특성의 폭은 실리콘을 경제의 핵심 부문에서 혁신을 달성하는 데 중요하게 만듭니다. 유연하고 수분, 화학 물질, 열, 추위 및 자외선에 강하기 때문에 제품을 더 안정적이고 사용하기 쉽고 저렴하며 오래 지속되게 만듭니다.
실리콘은 다음과 같은 많은 유용한 특성을 나타냅니다:
- 낮은 열전도율.
- 낮은 화학 반응성.
- 낮은 독성.
- 열 안정성 (−50 ~ 250 °C의 넓은 온도 범위에서 특성 유지).
- 방수 기능 및 방수 밀봉 형성 능력.
- 많은 기판에 달라붙지 않지만, 유리 등 다른 기판에는 매우 잘 접착됩니다.
- 미생물 성장을 지원하지 않습니다.
- 산소, 오존 및 자외선(UV)에 대한 저항성. 이러한 특성으로 인해 실리콘은 건설 산업(예: 코팅, 방화, 유리 밀봉) 및 자동차 산업(외부 개스킷, 외부 트림)에서 광범위하게 사용되고 있습니다.
- 전기 절연 특성. 실리콘은 전기 절연성 또는 전도성으로 배합될 수 있으므로 광범위한 전기 애플리케이션에 적합합니다.
- 높은 가스 투과성: 실온(25 °C)에서 산소와 같은 가스에 대한 실리콘 고무의 투과성은 부틸 고무의 약 400배로, 통기성 증가가 필요한 의료 애플리케이션에 실리콘이 유용합니다. 반대로 실리콘 고무는 고압 가스 또는 고진공 밀봉과 같이 기밀 밀봉이 필요한 곳에는 사용할 수 없습니다.
실리콘은 FDA 규격 준수와 같은 다른 특성을 가지는 고무 시트로 개발될 수 있습니다. 이는 실리콘 시트의 사용을 위생이 중요한 산업, 예를 들어 식품 및 음료, 제약 산업으로 확장시킵니다.
차이점
실리카: 실리콘이 모래로 만들어진다고 말하는 것이 틀린 것은 아니지만, 너무 단순화된 설명입니다. 실리카—또는 이산화규소—가 그들이 말하는 것입니다. 실리카는 실리콘 수지를 만드는 데 사용되는 원료입니다. 해변 모래는 거의 순수한 실리카이며, 석영도 마찬가지입니다.
실리콘: 이것은 실리카를 구성하는 기본 원소이지만, 실리콘은 일반적으로 자연에서 이 원소 형태로 발견되지 않습니다. 산업용 용광로에서 실리카를 탄소와 함께 매우 높은 온도로 가열하여 만들어집니다.
실리콘 (실록산): 그런 다음 실리콘은 화석 연료–에서 파생된 탄화수소와 반응하여 최종 실리콘 수지의 골격을 형성하기 위해 중합체로 결합되는 실록산 단량체(실리콘 + 산소 원자 교대)를 생성합니다. 이 실리콘의 품질은 수행된 정제 수준에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 컴퓨터 칩을 만드는 데 사용되는 실리콘은 고도로 정제됩니다.
장점 & 용도
실리콘은 사용되는 제품에 향상된 유연성 및 수분, 열, 추위, 자외선 저항성을 포함한 여러 가지 이점을 부여합니다. 실리콘은 무기 원자 사슬에 유기 그룹이 동시에 존재하기 때문에 중합체 중에서 고유한 특성을 가집니다. 이들은 건강 관리, 항공 우주 및 개인 위생 용품부터 전자 제품, 운송, 건설 및 에너지에 이르기까지 문자 그대로 수천 가지 제품 및 응용 분야에 사용되는 세계에서 가장 중요하고 적응성이 뛰어난 원료 중 하나입니다.
개인 위생 용품: 개인 위생 용품에 사용되는 실리콘은 데오드란트의 땀 억제제의 흰 잔여물과 끈적한 느낌을 줄여줍니다. 또한 “오래 지속”되며 화장품, 샴푸 및 컨디셔너와 관련된 색상과 광택을 유지하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 더 나은 윤기를 부여하고 스킨케어 제품을 더 강한 SPF로 만들 수 있도록 합니다. 습윤 및 확산 특성은 화장품, 로션, 선크림 및 클렌저의 매끄럽고 균일한 도포를 가능하게 합니다.
에너지: 실리콘은 태양광 패널 및 광전지 장치의 효율성, 내구성 및 성능을 향상시켜 비용 효율성을 높입니다. 수년간 태양을 견딜 수 있으므로 실리콘은 태양광 패널 및 광전지 응용 분야에 이상적인 재료입니다.
건강 관리: 실리콘은 또한 광범위한 건강 관리 및 의료 애플리케이션에 사용됩니다. 이들은 피하 주사침의 코팅 역할을 하고, 하이드로겔 콘택트 렌즈의 높은 산소 투과성을 보장하며, 인슐린 펌프를 포함한 광범위한 의료 기기의 튜빙에 사용되고, 저자극성 특성 및 광범위한 유익한 물리적 특성 덕분에 보철 장치에 특히 적합하여 수백만 명의 사람들의 일상생활에 도움을 줍니다.
전자 제품: 키패드, 키보드 및 복사기 롤러는 견고하고 내구성 있는 실리콘으로 만들어지며, 컴퓨터, 모바일 전자 제품 및 홈 엔터테인먼트 장비의 많은 부품도 마찬가지입니다. 실리콘은 또한 LED 조명 기술을 구현하는 데 필수적인 역할을 합니다. 실리콘의 높은 열 안정성 및 우수한 유전 특성은 다양한 전기 전송 애플리케이션에 사용될 수 있도록 합니다.
항공: 실리콘은 응력 및 극한 온도에 견딜 수 있으므로, 실리콘 접착제 및 실란트는 문, 창문, 날개, 연료 탱크, 유압 스위치, 머리 위 수납칸, 날개 가장자리, 랜딩 기어 전기 장치, 환기 덕트, 엔진 개스킷, 전기 배선 및 블랙박스를 밀봉하고 보호하는 데 사용됩니다.
건설 및 건축: 실리콘은 유리벽 마천루 건축부터 에너지 효율적인 건축 구현까지 상업 및 주거용 건물의 건설 및 개조에 핵심적인 역할을 합니다. 가정에서는 실리콘 실란트 및 코킹제가 에너지 사용량을 줄이고 수분 및 박테리아 축적으로 인한 손상을 방지하는 데 사용됩니다.
주방 용품: 실리콘 베이킹웨어 및 조리 기구의 유연하고 논스틱 표면은 청소하기 쉽고 음식에 맛이나 냄새를 남기지 않습니다. 케이크 틀, 머핀 틀, 베이킹 매트는 음식 맛이나 품질에 영향을 주지 않고 냉동실에서 오븐, 전자레인지 또는 식기세척기로 이동할 수 있습니다.
페인트 및 코팅: 새로운 실리콘 강화 페인트는 주택, 교량 및 철도 차량의 외부 코팅을 유연하게 유지하여 동결 및 해동 주기를 균열 없이 견디도록 합니다. 고속도로, 석유 시추 시설 및 도로 표면의 실리콘 코팅은 오일, 가솔린, 염수 분무 및 산성비에 대한 노출로 인해 부식될 가능성이 적습니다.
스포츠 용품 및 의류: 실리콘은 고글과 잠수 마스크에서 물을 차단합니다. 실리콘은 직물이 “통기성”을 유지하면서도 가볍고 내구성이 뛰어나며 방수 기능이 있고 성능이 우수한 스포츠웨어를 디자인하는 새로운 기술을 가능하게 합니다.
가장 널리 사용되는 실리콘은 골격을 따라 메틸 그룹을 가진 것입니다. 유기 용매에 대한 용해도, 방수성 및 유연성과 같은 특성은 메틸 그룹을 다른 유기 그룹으로 대체함으로써 변경될 수 있습니다. 예를 들어, 페닐 그룹을 가진 실리콘은 메틸 그룹을 가진 실리콘보다 더 유연한 중합체입니다. 또한 더 나은 윤활제이며 유기 화합물에 대한 우수한 용매입니다.
안전 및 환경 고려 사항
실리콘 화합물은 환경 전반에 걸쳐 퍼져 있습니다. 특정 실리콘 화합물, 즉 고리형 실록산 D4 및 D5는 대기 및 수질 오염 물질이며 실험 동물에게 부정적인 건강 영향을 미칩니다. 이들은 다양한 개인 위생 용품에 사용됩니다. 유럽 화학물질청은 "D4는 잔류성, 생체 축적성 및 독성(PBT) 물질이며 D5는 매우 잔류성이 높고 매우 생체 축적성(vPvB)이 높은 물질"임을 확인했습니다. 다른 실리콘은 점토를 포함한 다양한 촉매에 의해 가속되는 과정인 생분해가 쉽게 일어납니다. 고리형 실리콘은 포유류의 생분해 과정에서 실란올 발생과 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 결과적으로 생성되는 실란다이올과 실란트라이올은 테르몰리신, 아세틸콜린에스테라아제와 같은 가수분해 효소를 억제할 수 있지만, 억제에 필요한 용량은 사이클로메티콘을 함유한 소비재에 누적 노출되어 발생하는 용량보다 훨씬 높습니다.
산소를 포함하는 대기에서 약 200 °C에서 PDMS는 미량의 포름알데히드를 방출합니다 (그러나 폴리에틸렌과 같은 다른 일반적인 재료보다 적습니다). 200 °C에서 실리콘은 광유 및 플라스틱보다 낮은 포름알데히드 발생률을 보였습니다 (고점도 실리콘 고무의 경우 3 ~ 48 µg CH2O/(g·hr) 미만, 플라스틱 및 광유의 경우 약 400 µg CH2O/(g·hr)). 250 °C에서는 모든 실리콘에서 다량의 포름알데히드가 생성되는 것으로 밝혀졌습니다 (1,200 ~ 4,600 µg CH2O/(g·hr)).
