02. 실리콘(silicone)이란?

[관운]

02. 실리콘(silicone)이란?

유기(有機) 규소중합물. 규소수지라고도 하며, 영어명은 실리콘으로, 실리콘수지라고 할 때는 수지상인 것에 한정하는 경우도 있다. 화학식에 나타낸 R, R′ 또는 중합도 의 변화에 의해서 유상(油狀;실리콘유), 고무상(실리콘고무), 수지상(좁은 의미의 실리콘수지)으로 다양하게 변화한다. 또, 중심원소인 규소는 실리콘으로 표현된다.

규소수지는 주사슬에 탄소를 포함하지 않고 규소-산소결합(실록산결합)으로 이루어져 있는 것이 특징이며, 일반적으로 분자사슬은 유연하고 내열성이 비교적 높다(최고 250℃). 따라서 오일 또는 고무로서 사용되는 경우는 노르말사슬의 고분자로 되지만, 접착제·밀폐제·수지로서 사용되는 경우에는 불포화결합을 도입하고 경화제를 첨가하여 다리걸침시키거나, 실란(수소화규소) 화합물을 혼성중합하여 다리걸침을 이루는 구조를 만들기 쉽도록 해야 한다. 규소수지는 1940년 미국의 코닝글라스사의 설리번과 하이드에 의해 처음으로 만들어졌으며, 그 후 다우케미컬사와 코닝글라스사의 합병회사인 다우코닝사에 의해

44년 공업화가 시작되었다. 더욱이 제너럴일렉트릭(GE)사의 E.G. 로쇼가 규소와 염화알킬에 의한 직접합성법을 개발, 이 방법에 기초하여 GE사가 47년 이후 기업화하였다.

제법

규소는 석영을 코크스로 환원시켜 만든다. 이때 부반응(副反應)을 방지하기 위해 소량의 철을 첨가한다.

이와 같이 하여 얻은 규소에 로쇼가 발견한 방법으로 할로겐화알킬을 반응시킨다. 구체적으로는 규소와 구리의 합금을 만들고 이것을 230∼290℃로 가열하여 염화메틸가스를 통과시킨다. 얻어진 디메틸디클로로실란을 주로 한 반응혼합물을 증류하여 분리한다.

부생성물로서 트리메틸클로로실란과 메틸트리클로로실란이 생성된다. 중합이 쉬우며, 산성인 물 속에 넣음으로써 디메틸디실란을 거쳐 폴리디메틸실록산이 된다. 혼성중합은 중합할 때 동시에 제 2 성분을 첨가해서 반응을 일으킨다. 중합도는 트리메틸클로로실란의 첨가에 의해 조절하고 저중합도의 규소수지를 필요로 할 경우에는 다량 첨가하면 된다. 최초로 발견된 그리냐르시약을 사용한 디메틸디클로로실란의 합성법은, 실험실에서는 대부분의 유기 클로로실란화합물의 합성에 이용될 수 있으나 공업적으로는 가치를 잃었다.

성질과 용도

⑴ 실리콘유

비교적 저중합도의 노르말사슬모양의 폴리디메틸실록산이다. 화학적으로 안정하며 발수성(撥水性)도 있고, 온도에 따라 점성도가 변화하지 않아서 저온에서도 굳지 않는다. 따라서 윤활유·발수제·절연유에 적당하다. 또, 표면장력이 낮은 이점(利點)을 살려서 소포제(消泡劑), 플라스틱금형(金型)의 이형제(離型劑)로서도 사용된다. 메틸기의 일부를 페닐기로 치환하면 내열성이 향상되고 증기압도 낮아지기 때문에 고온절연유나 진공펌프유에 적합하다. 실리콘유에 스테아르산나트륨 등을 혼합한 가공품이 실리콘그리스인데, 휘발성이 적고 응고점이 낮으므로 고진공용 그리스, 항공기의 점화전용(點火栓用) 그리스 등으로 이용된다.

⑵ 실리콘고무

고분자량(중합도 2000 이상)의 폴리디메틸실록산은 고무상태의 고체가 된다. 이 고무는 과산화벤조일 등에 의해 가황(加黃)할 수 있다. 내열성·저온특성이 우수하며(－60∼－250℃에서 사용된다) 내오존성·내코로나성·내유성·내화 학약품성도 있기 때문에 내열고무롤·튜브·패킹·전선·광섬유 피복 등에 사용된다. 생물학적으로 안정, 무독하므로 의료재료·생체대체품에도 이용된다.

⑶ 실리콘수지(좁은 뜻)

반응·다리걸침성 실리콘수지는 RTV라 하며, 밀폐제 또는 접착제로서 고층건축물 외벽의 메지, 창유리 틀, 욕조, 냉동고, 자동차의 실(seal) 등에 사용된다. 분자 내에 불포화결합을 도입한 규소수지는 유리섬유, 무기충전제(filler), 경화제(硬化劑)를 혼합하여 압축성형 또는 주입성형법에 의해 가열경화시켜 성형품을 만든다. 유리섬유천에 규소수지를 함침시켜 적층품(積層品)을 만들어서 수지로도 이용한다. 이러한 성형품은 전기특성을 살려서 고온용 전자부품, 고온용 적층판(積層板), 내한성·내열성의 전자회로의 코팅재료 등으로 이용되고 있다. 또 규소수지도료는 전기절연, 내열도료로 쓰인다. 근래에는 작용기를 가진 유기변성실리콘, 예를 들면 아미노변성실리콘·에폭시변성실리콘·카르복시변성실리콘이 화장품·이형제 등의 분야에 적은 양이지만 이용되기 시작하였다. 규소수지는 매우 우수한 특성을 가지고 있으나, 가격이 높아 주로 특수한 용도에만 사용되고 있다.

실리콘오일의 응용

1 기계 공업용

ⓐ 윤활유, 작동유

실리콘 오일은 윤활유, 작동유로서 희망하는 성질을 대부분 지니고 있지만, 금속면의 경계 윤활성이 빈약하기 때문에 비교적 저하중, 저속도의 조건에서 사용되는 것이 많다. 현재 사용되는 주용도는, 그의 전단 저항성, 점도온도특성, 내열성이 뛰어나기 때문에 차량의 팬클러치 작동유로서, 또한 유동점이 낮고 점도온도 특성이 안정한 것, 인화점이 높고 수불용성등 때문에 브레이크액으로서 검토되고 있다. 또한, 저온에서 고온에 미치는 넓은 온도 범위에서 장기간 사용되는 것, 즉 온도계, 회전계, 레이다, 항공기의 유압계 계통등의 계측기 관계, 광학기구, 정밀기구, 고온 유압기의 작동유등이 있다.

ⓑ 방진유 및 기타

실리콘 오일은 진동을 흡수하고 음파방지 성능이 뛰어나고, 고온에 따른 점도 변화가 작고, 점도를 자유롭게 선택할 수 있는 잇점이 있기 때문에 방진유로서 널리 이용되고 있다. 고점도의 오일은 선박과 자동차의 디젤엔진에서 발생되는 진동을 방지하고, 원자로의 지진 대책용 방진기고의 작동류로서 항공기와 자동차의 계기지침을 안정화시키는데 응용되고 있다.

2 전기 절연용

디메틸 실리콘 오일의 안정된 전기 특성, 내열성, 내한성 등을 이용하여 차량용 변압기와 콘덴서의 절연유, 트렌지스터 등 전자부품 봉입절연유 등에 사용된다.

3 의료, 화장품용

실리콘 오일은 무색무취, 대부분 생리적 불활성, 발수성, 이형성, 타 물질에 대한 불활성 등의 성질 때문에 의료관계와 화장품등에 응용되고 있다. 의료관계에는 보호크림으로 이용되며, 실리콘 오일은 피층에 대해 대부분 영향을 주어 보호작용과 양호한 발수성을 부여한다. 또한, 실리콘 오일은 의료용기구의 방청, 주사침의 윤활성 향상, 유리용기 등의 발유, 발수에도 이용된다. 화장품에는 디메틸 실리콘 오일로서 5 ~ 1,000cSt가 사용되며, 알코올 가용성의 메틸페닐 실리콘 오일은 10 ~ 50cSt의 것이 많이 사용된다. 또한, 최근에는 폴리옥시알킬 변성 실리콘 오일이 샴푸, 린스 등 두발관계에도 사용되고 있다. 분말 제한제 등 분말 스프레이의 매체로서 환상 디메틸 실리콘 오일이 이용되고 있는데, 이 환상 실리콘 오일은 무미무취로 휘발성이 있는 성질 때문에 여러 방면에도 널리 사용되고 있다.

4 열매체

내열성, 내산화성, 내한성이 우수한 점을 이용하여 화학공장이나 화학 실험실 등에서 고온 및 저온에 있어서 열매체로서 사용한다. 이 용도에는 메틸페닐 실리콘오일이 적당하고 디메틸 실리콘 오일에 철, 세륨계의 내열제를 첨가하여 열안정성을 대폭 개선한 오일도 사용된다. 현재 플라스틱 압축기 가열용 열매, 압전 소자 등의 시험용 열매 등에 사용된다.

5 기타

내열성, 윤활성, 이형성 등을 이용한 건식 복사기의 오프세트 방지제, 향상제로서, 또한, 섬유유제에 첨가하여 내열 윤활성을 향상시키는 등에 광범위하게 이용된다. 실리콘 오일의 특히 우수한 성질을 응용하여 각종의 용도에 이용이 기대되고 있다.