실리콘고무의 제조 및 특성 -논문

실리콘 고무의 제조 및 특성




1. 서론

C. Friendel과 J. M. Crafts가 1863년에 분자 내에 규소와 탄소의 결합을 갖는 (C2H6)2Si(C2H5)2에 대하여 "실리콘" 혹은 "실라놀"로 명명한 것에서 시작된 실리콘은 20세기에 들어서 F. Kipping과 W. Dilthey의 광범위한 연구와 1930년대부터 1940년대에 걸쳐 미국과 소련의 J. F. Hyde, W. I. Patnode, K. A. Andrianov, B. N. Dolgow의 그룹에 의해 실용화연구가 행해졌다. 1941년에 E. G. Rochow가 직접법으로 칭하는 우수한 방법으로 메틸 및 페닐클로르실란의 합성에 성공하여 상업생산이 개시되었다. 실리콘은 유기기를 갖는 규소가 실록산 결합으로 연결된 폴리머로 그 성상(性狀)에서 기본적으로 오일, 고무, 레진의 3종류형태로 구분된다.

특히 열경화성 실리콘 고무는 40여년 동안 지속적인 발전을 이루어 왔다. 특히 초고온에서의 뛰어난 기계적 성질과 기술혁신의 높은 가능성 때문에 이 실리콘 분야는 다른 탄성 중합체들과 비교해서 평균 이상의 성장을 이룩하고 있다. 이는 새로운 액체 실리콘 고무의 특별한 응용에 기인하는 것이다. 1990년대에 이르러서 열경화성 실리콘 고무와 액체실리콘 고무의 세계시장은 100,000 ton 또는 총 실리콘시장의 거의 1/5에 도달했다. 또한 일반 유기고무와 실리콘 고무사이의 가격 격차가 꾸준히 줄어들고 있으며 동시에 실리콘 탄성 중합체의 물리적 특성 및 역학적 성질이 다른 합성 고무 수준 이상으로 발전함에 따라 산업계에서는 이 분야에 대한 과학기술 응용에 대한 더 많은 관심을 가지게 되었다. 본 논문에서는 실리콘에 대한 기본적인 사항들은 이미 널리 알려져 있기 때문에 자세한 사항을 언급하지 않고, 실리콘고무가 가지고 있는 일반적인 특성에 대하여 여러 가지 실험결과와 자료들을 기초로 정리하여 실제로 사용하는 분들의 올바른 선택이 이루어질 수 있도록 하였으며 또한 실리콘 가공에서 소홀히 하기 쉬운 Post-Cure의 중요성에 대하여 구체적으로 서술하였다. 실리콘의 응용분야 중 널리 이용되는 액상실리콘에 대하여도 간단히 소개하고자 한다.



2. Silicone Rubber

2.1 Polymer

규소원자와 산소원자가 교대로 이어지는 골격 또는 분자사슬을 지니는 유기규소화합물의 총칭으로 지구에서 가장 많이 존재하는 규소나 석영으로부터 유도된 Me2SiCl2를 Hydrolysis와 Methanolysis과정을 거쳐 Oligomer를 제조하고 이것을 축중합 반응을 통하여 Polymer를 제조하며 이를 [그림 1]에 도식화하였다. Hydrolysis의 경우 H2O를 사용하며, Alcoholysis는 Alcohol을 사용한다.



1) Hydrolysis

(CH3)2SiCl2 + 2H2O ---> [ (CH3)2Si(OH)2 ] + HCl



2) Methanolysis

(CH3)2SiCl2 + 2CH3OH ---> [ (CH3)2SiO ]n + 2CH3Cl + H2O



Si + 2CH3Cl ----> (CH3)2SiCl2

Figure 1. Hydrolysis와 Methanolysis



이들 화합물로써 내후성, 내구성이 뛰어나 넓은 온도 범위에 걸쳐 그 물리적 특성을 유지하고 발수성 등의 특이한 계면활성을 지니는 독특한 성질을 가지고 있는 재료로 많이 응용되고 있다. 실리콘 고무에 가장 일반적로 사용하는 폴리머는 체인에 비닐메틸 실록산을 가지고 있거나 말단에 디메틸비닐 실록산을 가지고 있는 폴리디메틸실록산으로 구성되어 있으며 이를 Figure 2에 나타내었다. 이 VMQ형은 그룹네에 가지고 있는 비닐기의 함량에 따라 사용분야가 다르다. Vinyl기가 많은 것은 가교밀도가 높아짐으로 고인장, 고인열 용도로 많이 사용되며, 반대로 적을 경우 고신장을 요구하는 곳에 이용된다. 이밖에도 페닐기가 도입된 폴리머는 PVMQ형은 내방사선성과 내열성이 우수한 특성을 가지고 있으며 플로르기가 도입된 폴리머이 FVMQ형은 초고온 및 내한성등이 뛰어나다.



Figure 2. VMQ형 실리콘고분자의 구조



2.2 가교 반응

가교에는 부가반응에 의한 가교와 과산화 화합물에 의한 가교로 크게 분리된다. 밀러블 고무의 과산화물에 의한 가교 Figure 3과는 다른 액상실리콘고무는 백금촉매 하에서 hydrosilylation 반응으로 경화가 이루어진다. 따라서 두 성분계로 명확히 구분되며 가교제로 Pt화합물의 촉매 하에서 적어도 3개의 SiH 그룹을 가진 methyl-hydrogensiloxan이 사용되며 폴리머의 비닐그룹과 반응한다. 이의 반응 메커니즘을 Figure 4에 나타내었다.



[Figure 3] 과산화물의 가교 메카니즘





Figure 4. 부가반응 메카니즘



2.3 보강제

순수한 폴리머로 경화된 고무는 일반적으로 낮은 인장강도를 갖고 있다. 이 폴리머에 강도를 부여해주기 위해 일반적으로 실리카계 보강제를 이용하고 있으며 이들 실리카는 제조공정에 따라 크게 건식실리카 (Fumed Silica)와 습식실리카 (Precipitated Silica)로 구분된다. Figure 5는 보강성 실리카의 제조방법의 차이를 간단하게 도식화하였다.



1) Fumed Silica

1100℃

SiCl4 + H2 + O4 ---------> SiO2 + HCl


2) Precipitated Silica & Gel type


Na2OnSiO2 + H2SO4 --------> SiO2 + Na2SO4


Acidic : Gel Type

Alkali : Precipitated Silica


Figure 5. 실리카의 제조방법



실리콘고무에 보강제로 이용되는 건식실리카는 BET표면적이 150∼400 m2/g인 것이 주로 이용되나 실리카는 무기물질로 유기폴리머와의 결합력을 강하게 하기 위하여 실리카 표면을 hexaalkyldisilazane과 같은 커플링제로 표면처리하여 (Figure 6) 보다 우수한 물성을 갖게 하며 특수한 특성을 향상시킨다. 이들 표면처리된 실리카를 사용한 실리콘고무는 전기특성 및 물리적 특성이 우수하여 절연재료, 고강도 및 고투명용으로 많이 사용된다. 반면 습식실리카의 경우 고무의 작업성이 우수하며 반발탄성 및 영구압축줄음율이 우수하여 키패드, 팩킹 , OA에 사용하는 롤용 실리콘고무를 제조하는데 주로 사용된다.



Figure 6. 실리카의 표면처리

보강제가 첨가될 경우 유기고분자와 보강제와의 네트워크(network)가 이루어지는 형태를 Figure 7에 나타내었다.



Figure 7. 고분자와 보강제의 Network형성



3. 실리콘 고무의 특성

3.1 Cross-linking 특성

제목에서 의미하듯이 열경화성 실리콘 고무는 경화시간을 가능한 짧게 하기 위하여 고온에서 경화가 이루어진다. 그러나 원칙적으로는 저온에서 긴 시간을 경화하는 것이 더 좋은 물리적 특성을 나타낸다. 또한 부가반응형 액상실리콘의 반응성은 다양한 범위를 갖고 변화한다. 일반적으로 경화속도는 백금촉매의 량과 지연제의 함량으로 조절한다. Figure 8에서는 다양한 온도범위에 따른 일정한 경도에 도달되는 시간을 Arrhenius plot로 나타내었다.



Figure 8. 액상실리콘의 반응성과 온도 의존성



3.2 Service Temperature

Silicone 고무의 현저한 특징으로 -100∼350℃의 넓은 온도 범위에서 우수한 물리적 특성을 지니고 있다. 특히 상온에서의 사용 수명은 거의 영원하다. 일반적으로 고무의 수명은 적어도 50%의 신장을 지니는 시간으로 규정되어지고 있으며 실리콘 고무의 120℃에서 20년 이상 150℃ 이상에서 5년 이상의 수명을 갖고 있으며 200℃에서는 1년 이상을 310℃ 이상의 고온에서도 단시간동안 사용이 가능한 반면 다른 유기고무는 -30℃이하 및 150℃이상의 온도에서는 아주 짧은 시간동안 사용이 가능하다(Table 1).



Table 1. 실리콘고무의 온도별 사용수명

온도범위
사용 가능 수명

-50 ℃ ~ -30℃
10년 이상

-30 ℃ ~ 150℃
반영구적 (20년 이상)

150 ℃ ~ 200℃
5 - 10년

200 ℃ ~ 250℃
1 - 2 년

250 ℃ ~ 300℃
1 - 2 개월

300 ℃ ~ 400℃
몇 주에서 몇 달



VMQ형 실리콘고무에 대한 수명예측을 실험한 예를 Figure 9에 나타내었다.



Figure 9. VMQ 실리콘고무의 life Expectancy



3.3 Mechanical Properties

상온에서 실리콘고무의 기계적 특성이 약하다. 상온에서는 실리콘 보다 우수한 기계적 성질을 가진 합성고무도 대부분은 고온에서 물성이 저하하여 우열이 역전된다. 이를 Figure 10에 나타내었다.



[Figure 10 ] 각종 고무의 인장강도와 온도 의존성



실리콘고무(일반유기고무포함)의 물리시험결과는 상당히 넓은 범위에서 분포하고 있으며 각 회사 카탈로그상의 데이터는 참고사항이고 실제로는 사용하는 회사가 시험하여 사용하는 것이 바람직하다. 모든 물성은 정규분포 곡선을 이루며 분포하기 때문에 실험횟수도 가능한 높여서 데이타로 산출되어야 할 것으로 사료된다.



3.4 내후성

대부분의 유기고무는 오존, 코로나 및 UV등이 존제하는 기후조건에서 치명적인 영향을 받는다. 반면 실리콘 고무는 오존, 코로나, 염수, 습기 , 가스 등의 모든 자연조건하에서 우수한 특성을 유지할 수 있다. Table2는 여러 가지 고무를 장시간 옥외실험한 결과이다.



Table 2. 각종 고무의 장시간 옥외폭로실험

실험지역


고무의 종류
Table면의 갈라짐현상이 보이는 시간
신율이 50%감소하는데 걸리는 시간

Panama
Rock Islaand
Panama
Rock Islaand

Silicone Rubber
> 10년
> 10년
> 10년
> 10년

Polybutadien Rubber
< 6개월
>1주일
< 1.5년
< 2년

SBR-1500
< 3년

< 4년


EPDM
< 2년
< 3년
> 10년
> 10년

Fluoro Rubber
> 10년
> 10년
> 10년
> 10년




3.5 전기적 특성

실리콘 고무의 전기적 특성은 배합하는 충진제나 첨가제의 종류에 따라 대폭적으로 변한다. 절연층이 이탈함과 같은 강한 진동이 없는 한 계속해 장시간 작동할 수 있다. 실리콘 고무의 특성상은 전기 용량의 크기와 아울러 경량화, 신뢰성이 요구되는 잠수함이나 인공위성에 쓰이는 절연 케이블에 사용이 가능하며, 실리콘 고무 절연 케이블의 전기 용량을 증가할 수 있는 것은 고무의 뛰어난 내열성과 양호한 열전도성 때문에 가능하다. 특히 최근에는 실리콘고무의 전기특성을 이용하여 고압용 폴리머 애자로의 사용이 활발히 진행되고 있다. 이는 전기특성 뿐만 아니라 실리콘고무의 발수성, 내후성 및 내열성이 우수하기 때문이다. 이러한 여러 가지 전기적 특성을 아래의 몇가지 그래프로 정리하였으며 다음 식을 이용하여 alternating current resistance를 계산할 수 있다.






여기서 ρW : alternating current resistance(effective resistance)

f : alternating current frequency

tanδ : dielectric loss factor

er : dielectric constant





Figure 11. 실리콘의 두께에 따른 절연강도(Ed)와 파괴전압(Ud)





Figure 12. 온도에 따른 Specific Direct-current Resistance



Figure 13. 온도에 따른 Loss factor(tan㄄)와 Dielectric Constant




Figure 14. 주파수에 따른 Loss factor와 Dielectric constant



Figure 14. 고무의 온도에 따른 체적 저항값의 변화



3.6 Chemical Resistance

일반적으로 우수한 내약품성 및 내유성을 가지고 있으며 바이톤과 같은 불소 고무 외에 다른 내약품성 고무가 사용할 수 있는 온도에서 특히 유용하다. Table 3 과 Table 5는 실리콘고무의 각종 약품별 내구성을 측정한 것이며 Table 4는 VMQ형 실리콘고무의 내유성을 실험한 결과들을 정리하였다.


Table 3. 일반실리콘고무의 내화학 특성 (침지조건 : 25℃ * 168hrs)

시 험 항 목

화 학 명
변 화 율 (%)

무게
체적
인장강도
신장율

Acids
Conc. nitric acid
+10
+10
-80
+30

7 % nitric acid
<1
<1
-50
-30

Conc. sulfuric acid
분해
분해
분해
분해

10% sulfric acid
<1
<1
-20
0

Acetic acid
+3
+4
-20
+10

5% Acetic acid
+2
+2
-20
+10

Conc. hydrochloric acid
+3
+4
-40
-20

10% hydrochloric acid
+2
+2
-50
-50

Alkalis
20%Sodium hydroxide
-2
-1
-10
0

2% Sodium hydroxide
<1
<1
0
0

Conc. ammonia water
+2
+1
-30
+10

10 % ammonia water
+2
+2
-20
0

Others
Water
<1
<1
0
0

Boiling wateer (70 hrs)
<1
<1
-10
-10

Watter at 700C
+1
<1
-10
+10

3% Hydrogen peroxide
<1
<1
0
+20




Table 4. 메틸 비닐 실리콘고무의 내유성

오일의 종류
침지조건

℃ / 시간
특 성 변 화

경도변화
인장변화율(%)
신장변화율(%)
체적변화율(%)

ASTM #1
150 / 168
- 10
- 10
- 10
+ 10

ASTM #3
150 168
- 25
- 20
- 20
+ 40

GM Hydramatic Fluid
94 / 70
- 35
- 40
- 6
+ 35

Ford Brake Fluid
150 / 72
- 20
- 60
- 40
+ 15

Diesel Fuel
50 / 168
- 30
-
-
+105

Gasoline
23 / 168
- 20
-
-
+155

Skydrol 500A Fluid
70 / 168
- 8
- 10
+ 5
+ 10

Motor Oil (SAE #30)
176 / 168
- 8
- 70
- 65
- 8




Table 5. 각종 용액에 168시간 침지 후의 고무 종류별 체적변화(%)

용 액
온도

℃
Nitrile Rubber
CR
NR
SBF
BR
SR
Hyporlon

28 %
33 %
38 %

Gasoline
50
15
10
8
55
250
140
240
260
85

ASTM # 1 oil
50
-1
-1.5
-2
5
60
12
20
4
4

ASTM # 2 oil
50
10
3
0.6
65
200
130
120
40
65

Diesel oil
50
20
12
5
70
260
150
250
150
120

Olive oil
50
-2
-2
-2
27
100
60
10
4
40

Lord
50
0.5
1
1.6
30
110
50
10
4
45

Formalin
50
10
10
10
25
8
7
0.5
1
1.2

Ethyl alcohol
50
20
20
18
7
3
-5
2
15
5

Methanol
50
0.5
0.5
0.5
2
0.5
0.5
-0.2
1
0.5

Diethyl ether
50
60
3
20
95
170
135
90
20
85

Methyl ethyl ketone
50
250
250
250
150
85
80
15
150
150

Trichloroethylene
50
290
230
230
380
420
400
300
300
600

Carbon tetrachloride
50
110
75
65
330
420
400
275
300
350

Benzene
50
250
200
160
300
350
350
150
240
430

Aniline
50
360
380
420
125
16
30
10
7
70

Phenol
50
460
470
510
85
35
60
3
10
80

Cyclohexanol
50
50
40
25
40
55
35
7
25
20

Distilled water
100
10
11
12
12
10
2.5
5
2
4

Sea water
50
2
3
3
5
2
7
0.6
0.5
0.5




3.7 Thermal Properties

실리콘고무의 열팽창계수는 유기 고무의 2 - 5배이며 filler를 충진함으로써 열팽창계수를 적게 할 수 있다. 이 특성 때문에 가류 온도에서 냉각시킬 때 성형품은 큰 수축을 일으킨다. 비열은 0.28 ~ 0.35cal/g℃의 범위를 갖으며 일반적으로 비중이 높으면 낮은 값을 갖는다.

열전도성의 k값은 일반 유기고무의 2-3배의 열전도성을 갖고있어 고무내부의 온도상승을 촉진해 가류시간을 단축하는데 유효하며 특수 열전도성 충진제를 첨가함으로써 고열전도성 실리콘고무를 얻을 수 있다. 열전도성을 부여한 실리콘고무는 hot stamping roll, 방열 쉬트, 및 heating roll등에 응용되고 있으며 최근에는 반도체부품에서 발생하는 열을 방출하기 위해 특수 열전도성 충진제를 투입한 실리콘 고무 제품의 응용에 대한 연구가 활발해지고 있다.



3.8 Permeability

실리콘고무는 각종 가스에 대해 높은 투과성을 갖는다. 실리콘고무의 기체(산소)투과율은 660 x 10-9ml.cm/s.cm2.cmHg로서 이와 같은 특성을 응용하여 인공심장, 인공허파, 산소보호장치 등에의 응용에 대한 연구가 진행되고 있다.



3.9 Radiation Resistance

실리콘고무는 내방사선성만을 생각하면 다른 유기재료와 비교하여 특히 우수하다고 말할 수 없지만 내열성, 내화성등을 가미한 종합특성에서는 더욱 우수하여 내열성과 내방사선(107rad)을 요구하는 원자력의 제어케이블에 실리콘고무가 사용되고 있다. 실리콘고무의 내방사선성은 polymer의 phenyl 그룹의 함량에 따라 차이가 나타난다. Figure 16은 VMQ와 PVMQ의 내방사선특성을 비교한 것이고 Figure 17은 각종고분자의 내방사선 특성을 비교한 것이다.



A : 인장강도 변화



B :경도 변화

Figure 16. 실리콘의 종류에 따른 내방사선특성비교

( A : 인장강도 변화 B : 경도변화 )






Figure 17. 각종고분자의 내방사선특성 비교



3.10 난연성

실리콘고무 자체만으로는 불꼿에 가까이 해도 쉽게 타지 않지만 한번 점화되면 자기소화성이 없는 성질이 있다. 여기에 난연정 충진제를 첨가하면 UL규격과 전기용품 규격에 적합하게 개발되어 산업 각분야에 응용되고 있다. 난연성 충진제는 크게 할로겐 형과 비할로겐형으로 구분되고 있으며 할로겐형은 연소시 독성가스를많이 방출함으로써 국제적으로 사용을 자제하고 있으며 비할로겐형 중에 무기 난연제인 Al(OH)3와 Mg(OH)2는 같은 것은 실리콘고무의 물리적인 특성을 크게 저하시킬 뿐만 아니라 내열성을 저하시키기 때문에 사용을 자제하고 있으며 백금계 난연제가 주로 이용되고 있다.



4. Millable 실리콘고무와 액상 실리콘고무의 비교

액상 실리콘과 밀러블 실리콘의 공정기술은 중요한 관점에서 다르다. 먼저 밀러블 실리콘은 높은 점도 때문에 종래의 고무가공 처리기술의 요구조건에 적합하다. 반면 액상 실리콘고무는 낮은 점도를 가지고 있어 가류장치로 관을 통하여 퍼 올릴 수 있다. Millable 실리콘 고무와 액상 실리콘고무의 제조시 사용되는 폴리머와 실리카의 차이는 Table 6과 같다.



Table 6. 실리콘 고무의 비교

구 분
HV
LSR
RTV-2K

제품의 점도 Pa.s

(1 sec-1)
200,000 ± 50,000
500 ± 400
50 ± 40

Polymer의 점도

(Pa.s)
20,000
30
5 ± 4

경화 형태
R , A
A
A, C

보강성 실리카의 함량

(경도 50도 기준)
30
20
10




LSR 시스템은 많은 장점을 가지고 있는 최신의 가공 방법이며 취급이 간편한 ready-for-use형의 제품으로 비용이 많이 드는 Maxing Roll에 의존한 종래의 실리콘고무의 사전 준비 작업보다 저렴한 계량/혼합기에 의해 간단하게 처리 할 수 있다. LSR은 대량생산이 필요한 작은 부품의 경우, 아주 짧은 Cycle Time과 낮은 사출압력 및 적은 flash 생성등의 장점이 있기 때문에 상당한 경비절감의 효과를 가져올 수 있다. 원료의 가격이 비쌈에도 불구하고 최종생산가가 저렴하기 때문에 유기 합성고무로 생산되던 부품들이 LSR로 대처되어 가고 있으며, 부가가류 방식은 작업자의 숙련도를 필요치 않으며 경화속도가 빠르기 때문에 가격적인 장점이 있다. Figure[ 18은 Rheometer를 이용하여 과산화물과 부가 반응의 경화속도를 측정하여 나타내었다. LSR에 의한 가공부품의 순수한 생산비는 종래의 고무제품 생산비에 비하여 상당히 낮은 편이며, 제조업체에서 공급된 상태의 원료를 준비과정 없이 바고 자동화 생산을 할 수 있기 때문에 생산설비 투자비가 적게 든다. 그러므로, LSR에 원료 가격이 기존 컴파운드에 비하여 높으나 부품의 크기가 크지 않는 중·소형 부품생산시 최종생산 원가는 현저하게 절감할 수 있다.



Figure 18. 과산화물과 부가반응의 경화속도



5. Silicone Rubber Post Cure의 중요성

본 논문에서 Post Cure의 중요성에 관하여 설명하고자 하는 이유는 현재 국내의 silicone 가공산업분야에서 실리콘의 Post Cure의 중요성에 대한 인지가 부족하다고 사료되어 본 논문에서 이를 언급하여 가공산업에 도움을 주고자 한다. 먼저, Silicone Rubber에 경화제로 사용되는 과산화물의 종류 및 그 특성에 관하여 Table 7에 정리하였다. [Table 7]에 나타나 있는 모든 과산화물을 이용한 가교는 그 부산물을 만들어낸다.

Post cure는 두가지 목적이 있다. 첫 번째는 1차가류 과정에서 형성된 부산물 및 미반응 과산화물을 제품에서 제거하는 것이다. 대부분의 경우 200℃에서 3시간을 post cuer를 할 경우 모든 분해물질들을 충분히 제거할 수 있다. 그러나, 3시간의 post cure는 물리·화학적 성질을 최대한으로 할 수는 없다. 많은 경우에서 200℃에서 post cure는 적어도 12시간에서 18시간을 해야한다.

1차 가류 기간 동안 진행되어진 가교는 과산화 화합물에 의해서 이루어지고 산소에 의해서 방해 받는다. 반대로 post cure기간에 진행되는 가교는 산소에 의존하고 있으며 과산화물에 의해서는 진행되지 않는다. 그래서, 2차 가류가 진행되는 동안 충분한 산소가 유지되어야 한다. 만일 산소가 부족하

다면 post cure 후 상품의 경도와 기계적 성질이 낮아질 것이다. 극단적인 경우 상품의 분해가 발생할 것이다. 많은 실험을 통해 다음의 결과를 얻었다. fresh air는 Silicone Rubber의 1kg당 125 [L/min]의 속도로 공급되어져야 한다. 산소의 양이 많아도 물리적 성질은 조금 떨어진다. 그러나 실질적으로 현장에서 단위시간당 공급되는 fresh air의 양이나 oven의 용량은 조절할 수가 없다. 따라서, 실리콘 고무에 대한 공기의 양을 조절하는 유일한 방법은 oven에 넣는 고무의 최대량은 다음 식을 이용하여 적절한 고무량을 넣는 것이다.






Table 7 가류제의 종류 및 특성











Figure 19. 실리콘고무의 장기 물성변화



Figure 19에서 보여주듯이 공기가 충분히 공급되는 상태와 공기가 공급되지 않은 상태에서의 고무의 변화경향이 다르게 나타나고 있는 것을 보여주고 있다. 공기가 공급되지 않은 경우 모든 실리콘은 실리카가 가지고 있는 수분또는 OH그룹에 의해 해중합 현상이 발생하여 경도가 급격하게 하락하며 실리콘고무의 고유한 성질을 잃어버리게 된다. 따라서 post cure시 반드시 공기가 충분히 공급되게 하여야 하며 많은 량의 실리콘고무를 오븐에 투입할 경우 실리콘 고무끼리 겹치지 않게 넣어야 한다. 만일 실리콘 고무끼리 겹치게 넣을 경우 겹쳐진 부분에서 물성저하게 발생하게 된다. 아래의 Table 8에서 오븐의 크기에 따른 최대 사용량을 계산하여 Table로 나타내었다. 이것에 따르면 B의 오븐이 A오븐보다 용량이 약 3배 이상이 되나 실제로 사용할 수 있는 고무의 최대량은 33% 밖에 증가하지 않았다. 위와 같이 대부분의 경우 한 개의 큰 오븐을 사용하는 것보다 작은 몇 개의 작은 오븐을 사용하는 것이 더 효과적이다.


6. 실리콘의 응용

실리콘 고무는 다양한 특성과 더불어 긴 써비스 라이프(service life)를 가지고 있어 산업의 각 분야에서 사용되고 있다. 제품에 대한 장기간의 무상수리가 요구되고 있어 최근에는 씰링제나 절연재료에 저가의 재료를 사용해 몇 번이나 교환하는 것보다 사용수명이 긴 실리콘 고무를 사용하는 것이 더욱 경제적이 경우가 많으며, 특히 자동차 산업에는 이러한 경향이 더욱 뚜렸하게 나타나고 있다. 종래의 실리콘고무의 가격이 상대적으로 비싸기 때문에 아주 중요한 부품에만 사용하던 것이 산업이 급속히 발전하고 생활수준이 향상됨에 따라 소비자들은 가격에 상관없이 고품질의 제품을 선호하고 있으면 이에 부응하여 산업계에서는 실리콘의 특성을 이용한 산업에의 응용분야를 넓혀가고 있다.



Table 8. 오븐의 크기와 오븐의 최대 용량

Oven의 종류
ovea A
oven B
onen C

Oven의 크기[mm]

(가로×세로×높이)
750×1000×500
1000×1500×750
1250×2000×1000

Capacity[m3]
0.37
1.12
2.5

Fresh air input[ℓ/min]

Fresh aiar setting

air circulation set


4500

1125


6000

1500


8500

2125

Mixium charge[kg]

Fresh air setting

air circulation set


36

9


48

12


68

17

Capacity factor[kg/m3]

Fresh air setting

air circulation set


97.5

24.4


40.0

10.7


27.2

6.8




* 전기·전자 산업

실리콘 고무의 전기적 특성과 내열특성을 이용하여 전기 및 전자 산업에서는 와이어와 케이블의 제조에 다량의 실리콘 고무가 소비되고 있다. 국제규격중의 UL규격과 ASC규격을 만족시킬 수 있는 난연성 및 초내열성 고무를 사용하여 초내열성 전선, 내압용 전선, 난연성 전선 및 기타 케이블에 사용되며 자동차용 ignition wire에도 사용된다. 또한 가트다란 부분이나 잘라지기 쉬운 도선에 실리콘 고무의 팽윤 현상을 이용하여 튜브상태로 압출한 실리콘 고무를 톨루엔에 팽윤시켜 도선을 끼운 후 톨루엔을 증발시키는 방법의 형태로도 사용된다. 큰 케이블의 절연, 모터코일과 같은 특이한 구조의 도선 등에 절연용 실리콘 테이프가 사용되며 군용 비행기의 접속부난 단자의 절연용으로 자기융착 테이프가 응용되고 있다.


* Key Pads for Telephones

* Key Pads for Computers

* Anode Caps

* Insulation / Surge Arrester

* Grommets / Cable Seals

* Cover for Switches

* Wire for heat resistance flame resistance

* Self-adhering Tapes

Application Fields of Elecric / electronics




* 의료용 산업

실리콘 고무는 불활성이며 극한 환경조건하에서도 내구성이 뛰어나며 피부와 접촉시 부작용이 거의 없으며 피부와 유사한 감촉을 가지고 있어 의료용으로서의 응용에 관심이 집중되었다. 1945년경 아주 얇은 층의 실리콘 오일이 코팅된 유리 Table면은 물이 흡착되지 않는 것으로 입증되어 페니실린이나 혈액보존용 병과 같은 완전한 방수가 필요로 하는 분야에 응용된다. McDougall이 온혈동물의 각종 조직의 배양에서 실리콘 제품과 접촉시켜도 통상의 생육형태와 차이가 없다고 보고했으면 그후 많은 연구자들이 생체이식재료로서 실리콘 고무의 사용에 보고하였다. 그후 실리콘은 발암성 물질이 없는 것으로 알려져 현재 실리콘 고무는 유연한 이식용 재료로서 제일 광범위하게 응용되고 있으며, 유연성, 굴곡성, 소독성등이 요구되며 장치에 사용되어 그 양과 종류가 급속히 증가되고 있다. 이중에서 전기적 자극에 의해서 움직이는 인공 페이스메이커(pacemaker)는 의료용의 가장 대Table적인 것이다.



* Baby pacifiers * Baby Bottle Nipples

* Stoppers * Respiratory Devices

* Cardiac Pacemaker * Foley Catheters

* Nose Drainage * Finger Joint

* Catheter

* Myocardial electodes-Bipolar Lead

Application Fields of Medical




* 기타 산업

실리콘의 독특한 특성 때문에 실리콘 고무는 많은 분야에서 응용되고 있다. 앞에서 언급한 분야이외에도 섬유분야, Miscellaneous 분야 및 자기 윤활성을 이용한 콘넥트 부품, 도전성을이용한 키패드의 접점과 EMI , 열전도성을 이용한 열전도성고무, 자기점착성을 이용한 자기점착성 테이프 등 다양한 곳에 이용된다. 이들중 몇가지를 아래의 Table에 정리하였다.



* Textile Coating for Conveyer Belts, Tents,

Compensators and Technical Applications

* Sleeving for Electrical and Heat Insulation

* Heat Reflection Fabrics for Steel Worker's Caot

* Airbag

Application Fields of Textile


* O-Rings

* Diffuser for Hair Dryers

* Gaskets for Faucets

* Detergent Seal for Dish Washer

* Parts for Coffee Machines

Application Fields of Electro & Appliances



* Diving Mask

* Swim Caps

* Respiratory Devices

* Photocopier Rolls

Application Fields of Miscellaneous





참고문헌

(1) J. R. Harper, A. D. Chipman and G. M. Konkle, Rubber Wld. 137, 711 [1958]

(2) I. A. Poddubnii, S. V. Averyanov and L. A. Averyanov, Doklady Akad. Nauk. SSSR(Physical Chem. Sect.) 139, 651[1961]

(3) Walter Noll, Chemistry and Thechology of silicone, Academic Press, [1968]

(4) W. Lynch, Handbook of Silicone Rubber Fabrication, litton Educational Publishing, [1978]

(5) A. D. Petrov, B. F. Mironov, V. A. ponomarko and E. A. Chernyshev, Synthesis of organosilicon Monomers, Consultants Bureau, [1964]

(6) M. G. Voronkov, E. A. Maletina and V. K. Roman, Heterosiloxanes, Harwood Academic Publishers GmbH, [1988]

(7) N. Auner, J. Weis, organosilicon Chemistry, VCH, [1994]

(8) J. Edenbaum, Plastics Additives and Modifiers handbook,

(9) A. K. Bhowmick and H. L. Stephens, Handbook of Elastomers, Marcel Dekker, Inc., [1988]

(10) B. A. Bluestein U.S/ Pat. 2970982 [16.9.1957]

(11) A. M. Bueche, J. Polymer Sci. 19, 297 [1956]

(12) R. A. Hall, ICI, Brit. Pat. 791169 [19.8.1955]

(13) Union Carbide, Brit. Pat. 827402 [U.s. Prior. 2.4/1957]

(14) E. L. Warrick, ind. Engn. Chem. 47, 2388 [1955]

(15) W. J. Bobear, Rubber Age 84, 448 [1958]

(16) A. J. Defrancesco, R. D. Alling and J. H. Baldrige, Rubber Wld. 134, 866 [1956]

(17) F. A. henglein, R. laang and K. Scheinost, Makromolekulare Chem. 15, 177 [1955]

(18) H. F. Jones, General Electric, U.S. Pat. 2448530[30.11.1945]

(19) W. Kniege, Farbenfabriken Bayer, German Appl. (West German) 1162560[10.5.1962]

(20) S. Kogut, New York Purchasing Review, March 1961, p. 4.

(21) M. Koike and A. Danno, J. Phys. Soc. Japan 15, 1501 [1960]

(22) G. M. Konkle, Dow Corning, U.S. Pat. 2684957[2.5.1952]

(23) G. W. Painter, Rubber Age 74, 701 [1954]

(24) C. W. Roush and S. A. Braley jr., Rubber Age 84, 75 [1958]

(25) R. M. Savage, General Electric, German Appl. (West German) (26) 1051001 [U.S. Prior. 7.2. 1956]