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실리콘

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실리콘(silicon)에 대해서는 규소 문서를 참고하십시오.
실리콘 코크는 물과 공기의 침투를 막는 기본적인 밀봉제로 사용될 수 있다.

실리콘(silicone) 또는 폴리실록세인(polysiloxane)은 실록세인(−O−SiR
2−O−SiR
2−, 여기서 "R"은 유기기를 나타냄)의 반복 단위로 구성된 중합체이다. 일반적으로 무색의 기름 또는 고무와 같은 물질이다. 실리콘은 밀봉제, 접착제, 윤활유, 의약품, 조리 기구, 단열 및 전기 절연체에 사용된다. 일반적인 형태로는 실리콘 오일, 실리콘 그리스, 실리콘고무, 실리콘 수지 및 코크 등이 있다.[1][2] 화학적 관점에서 실리콘은 Si와 O로만 구성된 무기 주쇄를 특징으로 하면서도 유기 중합체의 특성을 가지고 있기 때문에 독특하다. 실리콘은 유기규소 화학의 주요 응용 분야 중 하나를 대표한다.

실리콘(silicone)은 종종 그 구성 원소 중 하나인 규소(silicon)와 혼동되기도 한다. 규소는 딱딱한 회색 고체로, 집적 회로("전자 칩")와 태양 전지를 만드는 데 사용된다. 반면 전기 절연체인 경우가 많은 실리콘은 흔히 무색의 기름이나 고무 같은 수지 형태를 띤다.

역사

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F. S. 키핑은 1901년 폴리다이페닐실록세인(Ph
2SiO, Ph = 페닐, C
6H
5)의 공식을 케톤인 벤조페논(Ph
2CO)의 공식에 비유하여(그가 원래 사용한 용어는 실리코케톤이었다) 실리콘이라는 단어를 만들어냈다. 키핑은 벤조페논이 단량체인 것과 대조적으로 폴리다이페닐실록세인이 중합체라는 사실을 잘 알고 있었으며,[3] Ph
2SiO와 Ph
2CO의 대비되는 특성에 주목했다.[4][5] 키핑의 분자와 케톤 사이의 구조적 차이가 발견됨에 따라 실리콘은 더 이상 정확한 용어가 아니게 되었으나(여전히 통용되기는 함), 현대 화학의 명명법에 따라 실록세인이라는 용어가 더 선호된다.[6]

제임스 프랭클린 하이드는 미국의 화학자이자 발명가였다. 그는 "실리콘의 아버지"로 불리며 1930년대 실리콘 산업을 시작한 공로를 인정받고 있다. 그의 가장 주목할 만한 업적은 규소 화합물로부터 실리콘을 만들어낸 것과, 나중에 항공학, 첨단 통신 및 컴퓨터 칩에 사용된 고품질 유리인 석영유리를 만드는 방법을 개발한 것이다. 그의 연구는 다우 케미칼과 코닝 글래스 워크스의 합작사인 다우 코닝의 설립으로 이어졌으며, 이 회사는 실리콘 제품을 생산하기 위해 특별히 설립되었다.

실리콘 폴리다이메틸실록세인(PDMS)의 화학 구조

알프레트 슈토크와 카를 조미에스키는 다이클로로실레인의 가수분해를 연구했으며, 이 반응은 처음에 단량체인 H
2SiO를 생성하는 것으로 제안되었다.

SiH
2Cl
2 + H
2O → H
2SiO + 2 HCl

이 반응은 0 °C 미만에서 일어난다. 반응 결과 오량체인 [H
2SiO]
5와 육량체인 [H
2SiO]
6가 주를 이루는 고리형 실록세인 혼합물이 생성된다. 현대 실록세인 기술과 관련된 Si(CH
3)
2Cl
2의 가수분해는 더 느리게 진행된다.[7]

합성

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실리콘 재료에서 가교가 강조된 모습.

가장 흔한 실리콘은 대부분 폴리다이메틸실록세인(PDMS)으로 구성되어 있다. PDMS는 다음의 이상화된 방정식에 따라 다이메틸다이클로로실레인의 가수분해를 통해 얻어진다.

n Si(CH
3)
2Cl
2 + n H
2O → [Si(CH
3)
2O]
n + 2n HCl

중합 반응은 일반적으로 Si−Cl 또는 Si−OH (실라놀) 그룹으로 끝나는 선형 사슬을 생성한다. 조건에 따라 중합체는 사슬이 아닌 고리형이 될 수도 있다.[1] PDMS의 상업적 제조 경로는 보통 고리형 실록세인의 고리 개방 중합을 포함한다. 대표적인 반응은 헥사메틸트라이실록세인에서 시작된다.

n[Si(CH
3)
2O]
3 → [Si(CH
3)
2O]
3n

실제로는 일련의 고리 크기들이 전구체 고리형 실록세인을 구성한다. 반응은 일반적으로 알칼리 금속 산화물과 같은 염기에 의해 촉매된다. 중합이 완료되면 염기를 제거해야 한다.

코크와 같은 일부 소비자용 응용 분야의 경우, 실릴 클로라이드 대신 실릴 아세테이트가 사용된다. 아세테이트의 가수분해는 훨씬 느린 경화 과정의 반응 생성물로서 덜 위험한 아세트산(식초에서 발견되는 산)을 생성한다. 이 화학 반응은 실리콘 코크 및 접착제와 같은 많은 소비자용 응용 분야에 사용된다.

n Si(CH
3)
2(CH
3COO)
2 + n H
2O → [Si(CH
3)
2O]
n + 2n CH
3COOH

가교

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많은 실리콘은 가교되어 있으며, 이는 고무 같거나 심지어 단단한 질감을 부여한다. 가교는 메틸 트라이클로로실레인과 다이메틸다이클로로실레인의 공동 가수분해를 통해 이루어진다.

구조

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모든 중합된 실록세인 또는 폴리실록세인인 실리콘은 무기 규소-산소 주쇄(backbone chain, ···−Si−O−Si−O−Si−O−···)로 구성되며, 각 규소 중심에 두 개의 그룹이 붙어 있다. 규소 중심은 사면체 구조이다. 산소 원자는 굽은 에테르와 같은 기하학적 구조를 취한다. R2Si 중심은 서로 잘 분리되어 있어 사슬이 특히 유연하다.[6]

−Si−O− 사슬 길이, 규소에 붙은 유기 치환기, 그리고 가교를 변화시킴으로써 매우 다양한 성질과 조성을 가진 실리콘을 합성할 수 있다. 농도는 액체에서 겔, 고무, 단단한 플라스틱에 이르기까지 다양할 수 있다. 가장 흔한 실록세인은 선형 폴리다이메틸실록세인(PDMS)인 실리콘 오일이다. 실리콘 재료의 두 번째로 큰 그룹은 가지형 및 새장 모양의 올리고실록세인으로 형성된 실리콘 수지에 기반한다.

연소

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실리콘이 공기나 산소 중에서 연소되면 흰색 분말 형태의 고체 실리카(이산화 규소, SiO
2), 숯, 그리고 다양한 가스가 생성된다. 쉽게 분산되는 이 분말은 때때로 실리카 흄이라고 불린다. 불활성 기체 하에서 특정 폴리실록세인의 열분해는 고분자 유도 세라믹으로도 알려진 비정질 실리콘 옥시카바이드 세라믹을 생산하는 중요한 경로이다. 바이닐기, 머캅토 또는 아크릴레이트 그룹과 같은 기능성 리간드로 끝나는 폴리실록세인은 가교되어 세라믹 전구체 중합체를 생성할 수 있으며, 이는 광경화 입체 기법에 의한 적층 제조를 위해 광중합될 수 있다.[8]

성질

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이 실리콘 고무 접이식 체스판은 구김과 주름에 강하다.

실리콘은 다음과 같은 많은 유용한 특성을 나타낸다.[1]

  • 낮은 열전도율
  • 낮은 화학적 반응성
  • 낮은 독성도
  • 열적 안정성(−100 ~ 250 °C의 넓은 온도 범위에서 성질 유지)
  • 물을 밀어내고 수밀 밀봉을 형성하는 능력
  • 많은 기재에 달라붙지 않지만, 유리와 같은 다른 기재에는 매우 잘 붙음
  • 미생물학적 성장을 지원하지 않음
  • 구김과 주름에 대한 저항성
  • 산소, 오존 및 자외선(UV)에 대한 저항성. 이 특성으로 인해 건설 산업(예: 코팅, 방화, 유리 밀봉) 및 자동차 산업(외부 개스킷, 외부 트림)에서 널리 사용된다.
  • 전기 절연 특성. 실리콘은 전기 절연성 또는 전도성을 갖도록 조제될 수 있으므로 광범위한 전기 응용 분야에 적합하다.
  • 높은 가스 투과성: 실온(25 °C)에서 실리콘고무의 산소와 같은 가스에 대한 투과성은 부틸 고무의 약 400배[9]에 달해, 통기성이 요구되는 의료용 응용 분야에 유용하다. 반대로 고압 가스나 고진공용 밀봉과 같이 기밀성이 필요한 곳에는 실리콘 고무를 사용할 수 없다.

실리콘은 고무 시트로 제작될 수 있으며, 이 경우 FDA 규정을 준수하는 등의 다른 특성을 갖는다. 이는 실리콘 시트의 용도를 식품 및 음료, 제약과 같이 위생이 요구되는 산업으로 확장시킨다.

응용

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실리콘은 많은 제품에 사용된다. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry는 다음과 같은 주요 응용 분야를 나열한다. 전기(예: 절연), 전자(예: 코팅), 가정용(예: 밀봉제 및 조리 기구), 자동차(예: 개스킷), 비행기(예: 밀봉재), 사무 기기(예: 키보드 패드), 의학 및 치의학(예: 치아 인상용 틀), 섬유 및 종이(예: 코팅). 이러한 응용을 위해 1991년에 약 400,000톤의 실리콘이 생산된 것으로 추정된다. 크고 작은 구체적인 예시는 다음과 같다.[1]

자동차

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실리콘 코크와 고무 부품은 자동차 응용 분야에서 자주 사용된다.

자동차 분야에서 실리콘 그리스는 고온에서 안정적이고 수용성이 아니며 다른 윤활유보다 오염 가능성이 훨씬 낮기 때문에 일반적으로 브레이크 부품의 윤활유로 사용된다. DOT 5 브레이크액은 액체 실리콘을 기반으로 한다.

자동차 점화 플러그 배선은 불꽃이 인접한 배선으로 튀어 실화를 일으키는 것을 방지하기 위해 여러 층의 실리콘으로 절연되어 있다. 실리콘 튜닝은 때때로 자동차 흡기 시스템(특히 과급 엔진)에 사용된다.

시트 실리콘은 자동차 엔진, 변속기 및 기타 응용 분야에 사용되는 개스킷을 제조하는 데 사용된다.

자동차 차체 제조 공장과 도장 공장에서는 실리콘을 피하는데, 미량의 오염으로도 매끄러운 마무리를 망치는 작은 원형 구멍인 "피시 아이(fish eyes)"가 발생할 수 있기 때문이다.

또한 실리콘 고무와 같은 실리콘 화합물은 에어백의 코팅 및 밀봉제로 사용된다. 실리콘 고무의 높은 강도는 충격이 큰 에어백에 최적인 접착제 및 밀봉제가 된다. 열가소성 수지와 결합된 실리콘은 긁힘 방지 및 마모 저항성을 개선하고 마찰 계수를 낮춘다.

항공우주

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실리콘은 항공우주 장비의 정비용 출입구를 밀봉하는 데 자주 사용된다.

실리콘은 밀봉 특성, 극한의 온도 범위에서의 안정성, 내구성, 소음 및 진동 감소 특성, 그리고 천연적인 난연성 덕분에 항공우주 산업에서 널리 사용되는 재료이다. 항공우주 산업에서 승객의 안전을 위해 극한의 기능성을 유지하는 것은 필수적이므로 항공기의 각 부품에는 고성능 재료가 필요하다.

특별히 개발된 항공우주 등급의 실리콘은 −70 ~ 220 °C에서 안정적이며,[10] 이러한 등급은 창문과 기내 도어용 개스킷 제작에 사용될 수 있다. 운항 중 항공기는 더운 나라의 지상에 있을 때의 주변 온도에서 고고도 비행 시의 영하 온도까지 비교적 짧은 시간 동안 큰 온도 변화를 겪는다. 실리콘고무는 정밀한 공차로 성형될 수 있어 대기압이 낮아지는 공중과 지상 모두에서 개스킷이 기밀 밀봉을 형성하도록 보장한다.

실리콘 고무의 열 부식 저항성은 항공기 엔진의 개스킷에 사용될 수 있게 하며, 이곳에서 다른 유형의 고무보다 오래 지속되어 항공기 안전을 개선하고 유지보수 비용을 절감한다. 실리콘은 조종석의 계기판과 기타 전기 시스템을 밀봉하여 인쇄 회로 기판을 습기나 극저온과 같은 극한 고도의 위험으로부터 보호한다. 실리콘은 비행기 내부로 스며들 수 있는 먼지나 얼음으로부터 전선과 전기 부품을 보호하는 피복재로 사용될 수 있다.

항공 여행의 특성상 많은 소음과 진동이 발생하므로 강력한 엔진, 착륙, 고속 주행 모두 승객의 편안함과 항공기의 안전한 운항을 위해 고려되어야 한다. 실리콘 고무는 탁월한 소음 감소 및 방진 특성을 가지고 있어 작은 부품으로 형성되어 작은 틈새에 장착될 수 있으며, 오버헤드 보관함, 환기 덕트, 해치, 엔터테인먼트 시스템 밀봉 및 LED 조명 시스템과 같은 모든 장비를 원치 않는 진동으로부터 보호할 수 있다.

고체 추진제

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폴리다이메틸실록세인(PDMS) 기반의 결합제는 과염소산 암모늄(NH
4ClO
4)과 함께 로켓의 고속 연소 고체 추진제로 사용된다.[11]

건물 건설

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실리콘고무의 강도와 신뢰성은 건설 업계에서 널리 인정받고 있다. 일액형 실리콘 밀봉제와 코크는 건물의 틈새, 조인트 및 균열을 메우는 데 흔히 사용된다. 일액형 실리콘은 대기 중의 수분을 흡수하여 경화되므로 설치가 간편하다. 배관에서 실리콘 그리스는 일반적으로 황동 수도꼭지와 밸브의 O-링에 도포되어 석회가 금속에 달라붙는 것을 방지한다.

구조용 실리콘은 1974년 시카고 미술관이 외장 유리를 이 재료로만 고정한 최초의 건물이 된 이후 커튼월 건물 외벽에 사용되어 왔다. 실리콘 막은 극한의 자외선 저항성과 수십 년 동안 방수 성능을 유지하는 능력 덕분에 산업용 지붕을 덮고 복구하는 데 사용되어 왔다.

3D 프린팅

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실리콘 3D 프린팅과 지지체 재료
지지체 재료가 포함된 실리콘 3D 프린팅

실리콘고무는 펌프 노즐 압출 시스템을 사용하여 3D 프린팅(액체 증착 모델링, LDM)이 가능하다. 표준 실리콘 공식은 압출 및 사출 성형기에서 사용하도록 최적화되어 있어 LDM 기반 3D 프린팅에는 적용할 수 없다. LDM과 함께 사용하기 위해서는 유변학적 거동과 가용 시간을 조정해야 한다.[12]

3D 프린팅에는 실리콘 고무와 호환되는 제거 가능한 지지체 재료의 사용도 필요하다.

코팅

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실리콘 필름은 유리와 같은 실리카 기반 기재에 도포되어 공유 결합된 소수성 코팅을 형성할 수 있다. 이러한 코팅은 물을 밀어내고 시야를 확보하기 위해 항공기 윈드실드용으로 개발되었으며, 초음속에서 비실용적인 기계적 윈드실드 와이퍼 없이도 작동한다. 유사한 처리가 결국 Rain-X 등의 브랜드 제품을 통해 자동차 시장에 적용되었다.

많은 직물에 실리콘을 코팅하거나 함침시켜 실나일론과 같은 강력한 방수 복합재를 형성할 수 있다.

실리콘 중합체는 안정화 계면활성제를 사용하여 물에 현탁시킬 수 있다. 이를 통해 더 강력한 용매가 필요하거나 효과적으로 사용하기에 점도가 너무 높은 많은 성분들을 수성 제형으로 전달할 수 있다. 예를 들어, 실레인의 반응성 및 광물 기반 표면에 대한 침투 능력과 실록세인의 물방울 형성 특성을 결합한 수성 제형을 사용하여 더 유용한 표면 보호 제품을 만들 수 있다.

조리 기구

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실리콘으로 만든 국자와 파스타 국자
끓는 물이 담긴 냄비 안에 넣는 실리콘 찜기
실리콘으로 만든 유연한 얼음 트레이는 얼음을 쉽게 뺄 수 있게 해준다
양념을 바르거나 맛을 내는 액체를 묻힐 때 사용하는 실리콘 브러시

오염이 적고 독성이 없는 재료인 실리콘은 식품과 접촉이 필요한 곳에 사용될 수 있다. 실리콘은 조리 기구 산업, 특히 제과제빵 도구와 주방 도구에서 중요한 제품이 되고 있다. 실리콘은 내열 냄비 홀더 및 유사한 품목에서 절연체로 사용된다. 그러나 밀도가 낮은 유사한 섬유 기반 제품보다는 열전도율이 높다. 실리콘 오븐 장갑은 최고 260 °C (500 °F)의 온도를 견딜 수 있어 끓는 물 속에 손을 넣는 것도 가능하다.

기타 제품으로는 초콜릿, 얼음, 쿠키, 머핀 및 기타 다양한 식품용 틀, 달라붙지 않는 제과제빵 도구 및 베이킹 시트에 사용되는 재사용 가능한 매트, 찜기, 달걀 삶는 기구 또는 물수란 조리기, 조리 기구 뚜껑, 냄비 집게, 냄비 받침, 주방 매트 등이 있다.

거품 제거

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실리콘은 낮은 수용성과 우수한 퍼짐성 덕분에 소포제의 활성 화합물로 사용된다.

드라이 클리닝

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액체 실리콘은 드라이 클리닝 용매로 사용될 수 있으며, 전통적인 염소 함유 퍼클로로에틸렌(perc) 용매의 대안을 제공한다. 드라이 클리닝에 실리콘을 사용하면 일반적으로 오염이 심한 산업의 환경 영향을 줄일 수 있다.

전자 제품

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실리콘고무 키패드

전자 부품은 기계적 및 전기적 충격, 방사선 및 진동에 대한 안정성을 높이기 위해 때때로 실리콘에 봉입(encapsulated)되는데, 이 과정을 "포팅(potting)"이라고 한다. 실리콘은 우주(위성 기술)와 같은 극한의 환경 조건에서 부품의 내구성과 고성능이 요구되는 곳에 사용된다. 넓은 작동 온도 범위(−65 ~ 315 °C)가 필요할 때 폴리우레탄이나 에폭시 봉입보다 실리콘이 선택된다. 실리콘은 또한 경화 중 발열 상승이 적고 독성이 낮으며 전기적 특성이 좋고 순도가 높다는 장점이 있다.

실리콘은 전력 소모가 많은 전자 부품에서 방열판으로 열 전달을 개선하기 위해 사용되는 서멀 그리스의 성분인 경우가 많다.

그러나 전자 제품에 실리콘을 사용하는 데 문제가 없는 것은 아니다. 실리콘은 상대적으로 비싸고 특정 용매에 의해 공격받을 수 있다. 실리콘은 액체나 증기 형태로 다른 부품으로 쉽게 이동한다. 전기 스위치 접점의 실리콘 오염은 접촉 저항을 증가시켜 고장을 일으킬 수 있는데, 이는 종종 모든 테스트가 완료된 후 접점 수명 후반기에 발생한다.[13][14] 유지보수나 수리 중에 전자 기기에 실리콘 기반 스프레이 제품을 사용하면 나중에 고장이 발생할 수 있다.

방화재

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붉은색 실리콘 방화재

실리콘 폼은 화염과 연기가 한 방에서 다른 방으로 번지는 것을 막기 위해 내화 등급 벽 및 바닥 구조 내의 개구부를 방화하려는 목적으로 북미 건물에서 사용되어 왔다. 적절하게 설치되면 실리콘 폼 방화재는 건축 법규 준수를 위해 제작될 수 있다. 장점으로는 유연성과 높은 유전 강도가 있다. 단점으로는 가연성(불을 끄기 어려움)과 상당한 연기 발생이 있다.

실리콘 폼 방화재는 폼 내 가연성 성분의 열분해로 인한 연기 발생, 수소 가스 누출, 수축 및 균열로 인해 논란과 언론의 주목을 받아왔다. 이러한 문제들은 원자력 규제 위원회(NRC)의 면허 소지자(원자력 발전소 운영자)들 사이에서 보고 대상 사건으로 이어지기도 했다.

실리콘 방화재는 항공기에서도 사용된다.

장신구

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실리콘은 장신구, 특히 반지에 있어 전통적인 금속(은, 금 등)의 인기 있는 대안이다. 실리콘 반지는 금속 반지가 전기 전도나 반지 박리 사고(ring avulsions)와 같은 부상을 초래할 수 있는 직업군에서 흔히 착용된다.[15][16] 2010년대 중반부터 일부 프로 운동선수들이 경기 중에 대안으로 실리콘 반지를 착용하기 시작했다.[17]

윤활유

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실리콘 그리스는 실험용 유리기구가 달라붙는 것을 방지하기 위해 자주 사용된다.

실리콘 그리스는 자전거 사슬, 에어소프트 건 부품 및 기타 광범위한 기구와 같은 다양한 목적으로 사용된다. 일반적으로 건식 윤활유는 기구에 침투할 수 있도록 용매 담체와 함께 전달된다. 그런 다음 용매가 증발하여 윤활 작용을 하지만 기름 기반 또는 다른 전통적인 "습식" 윤활유만큼 먼지나 모래를 끌어들이지 않는 투명한 필름을 남긴다.

실리콘 개인용 윤활제도 의료 절차나 성행위용으로 사용 가능하다.

의학 및 성형 수술

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실리콘은 높은 생체 적합성이 요구되는 미세유체역학, 밀봉, 개스킷, 피복 및 기타 응용 분야에 사용된다. 또한 겔 형태는 붕대 및 드레싱, 유방 보형물, 고환 보형물, 흉근 보형물, 실리콘 하이드로겔 렌즈 및 다양한 의료 용도로 사용된다.

흉터 치료 시트는 내구성과 생체 적합성 때문에 종종 의료용 실리콘으로 만들어진다. 폴리다이메틸실록세인(PDMS)이 이 목적으로 자주 사용되는데, 특유의 가교 결과로 내구성과 점착력이 높으면서도 유연하고 부드러운 실리콘이 되기 때문이다. 또한 폴리머좀의 소포막을 형성하는 데 사용되는 양쪽성 합성 블록 중합체의 소수성 블록으로 사용되기도 했다.

불법적인 미용 실리콘 주사는 피부과적 합병증과 함께 만성적이고 결정적인 실리콘 혈액 확산을 유발할 수 있다.[18]

안과에서는 유리체 절제술 후 유리체를 대체하는 실리콘 오일, 백내장 추출 후의 실리콘 인공 수정체, 누낭비강 연결술 후 비루관을 열어두기 위한 실리콘 튜브, 누관 협착용 스텐트, 안구 건조증에서 누점 폐쇄를 위한 누점 플러그, 견인성 망막 박리에서의 외부 압박물로서의 실리콘 고무 및 밴드 등 많은 제품을 사용한다.

부가 및 축합(예: 폴리바이닐 실록세인) 실리콘은 소수성 및 열적 안정성 덕분에 치과 인상재로 널리 사용된다.[19][20][21]

몰드 제작

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건축 장식을 복제하는 데 사용되는 실리콘 몰드

이액형 실리콘 시스템은 수지, 폼, 고무 및 저온 합금을 주조하기 위한 고무 몰드로 사용된다. 대부분의 재료가 실리콘에 달라붙지 않기 때문에 실리콘 몰드는 일반적으로 이형제나 표면 처리가 거의 또는 전혀 필요하지 않다. 실험적인 용도로는 일반 일액형 실리콘을 사용하여 몰드를 만들거나 모양을 성형할 수 있다. 필요한 경우 일반 식용유나 석유 젤리를 접촉면에 이형제로 사용할 수 있다.[22]

제과제빵 도구로 사용되는 실리콘 조리용 틀은 식용유를 코팅할 필요가 없다. 또한 고무의 유연성 덕분에 조리 후 구운 음식을 틀에서 쉽게 꺼낼 수 있다.

개인 위생

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청력 보호를 위한 실리콘고무 귀마개

실리콘은 피부 관리, 색조 화장품 및 헤어 케어 응용 분야에서 널리 사용되는 성분이다. 일부 실리콘, 특히 아민 기능화된 아모다이메티콘은 훌륭한 헤어 컨디셔너로, 개선된 빗질 조절성, 감촉, 부드러움을 제공하고 곱슬거림을 줄여준다. 다른 실리콘 계열인 페닐 다이메티콘은 빛 반사 강화 및 색상 보정 헤어 제품에 사용되어 광택과 윤기를 높인다(그리고 아마도 미묘한 색상 변화를 준다). 페닐트라이메티콘은 컨디셔닝용 아모다이메티콘과 달리 굴절률(보통 1.46)이 사람 머리카락(1.54)과 가깝다. 그러나 동일한 제형에 포함되면 아모다이메티콘과 페닐트라이메티콘은 서로 상호작용하고 희석되어 동일한 제품에서 높은 윤기와 뛰어난 컨디셔닝을 모두 달성하기 어렵게 만든다.[23]

실리콘 고무는 청결함, 심미적 외관 및 낮은 추출물 함량 덕분에 젖병 젖꼭지에 흔히 사용된다.

실리콘은 면도 제품과 개인용 윤활제에 사용된다.[24]

완구 및 취미

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무독성 실리콘고무로 만든 아기 장난감

실리퍼티 및 유사한 재료는 다른 성분들과 함께 다이메틸 실록세인, 폴리다이메틸실록세인, 데카메틸 사이클로펜타실록세인으로 구성된다. 이 물질은 튀어 오르지만 강한 충격을 주면 부서지고, 시간이 충분하면 액체처럼 흘러 웅덩이를 형성하는 등의 독특한 특성으로 유명하다.

실리콘 "고무줄"은 2013년 유행했던 "고무줄 직기" 장난감에서 진짜 고무줄을 대체하는 오래 지속되는 인기 리필용품으로, 가격은 2~4배 더 비쌌다(2014년 기준). 실리콘 밴드는 팔찌 크기로도 제공되며 이름이나 메시지를 맞춤형으로 양각할 수 있다. 큰 실리콘 밴드는 다용도 결속 끈으로도 판매된다.

포르메롤은 Sugru라는 이름으로 판매되는 실리콘 고무로, 가소성 덕분에 찰흙처럼 손으로 성형할 수 있어 공예 재료로 사용된다. 실온에서 굳으며 유리와 알루미늄을 포함한 다양한 물질에 접착된다.[25]

우구(Oogoo)는 저렴한 실리콘 점토로, Sugru의 대용품으로 사용될 수 있다.[26]

수족관을 만들 때 제조업체들은 이제 유리판을 접합하기 위해 100% 실리콘 밀봉제를 흔히 사용한다. 실리콘 밀봉제로 만든 유리 접합부는 큰 압력을 견딜 수 있어, 앵글 아이언과 퍼티를 사용하던 원래의 수족관 제작 방식은 구식이 되었다. 이와 동일한 실리콘이 수족관 뚜껑의 경첩을 만들거나 사소한 수리를 하는 데 사용된다. 그러나 모든 상업용 실리콘이 수족관 제작에 안전한 것은 아니며, 실리콘은 플라스틱에 장기적으로 부착되지 않으므로 아크릴 수족관 제조에는 사용되지 않는다.[27]

특수 효과

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실리콘은 특수 효과에서 분장용 인공 보형물, 소품용 신체 부위 또는 고무 가면을 위한 사실적인 피부를 시뮬레이션하는 재료로 사용된다.[28] 백금 경화 실리콘은 강도, 단단함, 반투명함 덕분에 살점과 피부를 시뮬레이션하는 데 이상적이며 설득력 있는 효과를 만들어낸다. 실리콘 가면은 라텍스 가면보다 장점이 있는데, 재료의 특성상 가면이 착용자의 얼굴에 밀착되어 착용자의 표정에 따라 사실적으로 움직이기 때문이다.[29] 실리콘은 종종 폼 라텍스 보형물의 저자극성 대체물로 사용된다.

마케팅

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실리콘 기초 소재의 주요 글로벌 제조업체들은 세 개의 지역 기구에 속해 있다. 벨기에 브뤼셀의 유럽 실리콘 센터(CES), 미국 버지니아주 헌던의 실리콘 환경·보건·안전 센터(SEHSC), 그리고 일본 도쿄의 일본 실리콘 공업 협회(SIAJ)가 그것이다. 다우 코닝 실리콘, 에보닉 인더스트리, 모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈, 밀리켄 앤 컴퍼니(SiVance Specialty Silicones), 신에츠 실리콘, 바커 케미, 엘켐 실리콘, JNC 코퍼레이션, 바커 아사히카세이 실리콘, 다우 코닝 도레이가 이 기구들의 회원사를 구성하고 있다. 네 번째 조직인 글로벌 실리콘 위원회(GSC)는 지역 조직들을 아우르는 상위 구조 역할을 한다. 네 기구 모두 비상업적 역할을 하는 비영리 단체로, 주요 임무는 보건, 안전 및 환경적 관점에서 실리콘의 안전성을 증진하는 것이다. 유럽 화학 산업이 화학물질 등록, 평가, 허가 및 제한(REACH) 법안을 시행할 준비를 함에 따라, CES는 데이터 및 비용 공유를 용이하게 하기 위해 실리콘, 실레인 및 실록세인 생산자와 수입업자들의 컨소시엄[30] 구성을 주도하고 있다.

안전 및 환경 고려 사항

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실리콘 화합물은 환경에 널리 퍼져 있다. 특정 실리콘 화합물인 고리형 실록세인 D4와 D5는 공기 및 수질 오염 물질이며 실험 동물에게 부정적인 건강 영향을 미친다.[31] 이들은 다양한 개인 위생 용품에 사용된다. 유럽 화학물질청은 "D4는 잔류성, 생물 농축성 및 독성(PBT) 물질이며 D5는 고잔류성, 고생물 농축성(vPvB) 물질"임을 확인했다.[32][33] 다른 실리콘들은 점토를 포함한 다양한 촉매에 의해 가속화되는 과정을 통해 쉽게 생분해된다.[1] 고리형 실리콘은 포유류 내의 생분해 과정에서 실라놀의 발생을 수반하는 것으로 나타났다.[34] 그 결과로 생성된 실란다이올과 실란트라이올은 써모라이신, 아세틸콜린에스터레이스와 같은 가수분해 효소를 억제할 수 있다. 그러나 억제에 필요한 용량은 사이클로메티콘을 함유한 소비자 제품에 대한 누적 노출로 인한 양보다 수십 배 더 높다.[35][36]

산소를 포함한 대기 중에서 약 200 °C (392 °F)가 되면 폴리다이메틸실록세인은 미량의 폼알데하이드를 방출한다(단, 폴리에틸렌과 같은 다른 흔한 재료보다는 적은 양이다[37][38]). 이 온도에서 실리콘은 광물유 및 플라스틱보다 폼알데하이드 발생량이 적은 것으로 밝혀졌다(고농도 실리콘고무의 경우 3~48 μg CH2O/(g·hr) 미만인 반면, 플라스틱과 광물유는 약 400 μg CH2O/(g·hr)). 250 °C (482 °F)가 되면 모든 실리콘에서 방대한 양의 폼알데하이드가 생성되는 것으로 나타났다(1,200~4,600 μg CH2O/(g·hr)).[38]

일부 사람들에게서 실리콘 알레르기나 극도의 과민증이 발생하는 것으로 밝혀졌으며,[39] 특히 화장품, 양압기(CPAP) 마스크를 포함한 의료 장비,[40][41] 그리고 삽입형 의료 기기와 같은 특정 유형의 실리콘 제품에 장기간 노출된 후에 그러하다.[42][43]

실리콘은 내구성이 강한 중합체임에도 불구하고 역사적으로 재활용하기가 어려웠다. 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)와 리옹 제1대학교의 최근 연구에서는 가교된 실리콘 재료를 환경 영향을 줄이면서 재사용 가능한 오일이나 단량체로 되돌리는 화학적 해중합 경로를 보고했다. 산업 현장에서 엘켐(Elkem)은 라벨 산업을 위한 재활용 함량 제품과 탄성체의 기계적 재혼입, 바이오 기반 담체 및 용매 사용과 같은 광범위한 솔루션을 포함하여 순환형 실리콘을 위한 시범 및 상업적 이니셔티브를 보고했다.[44]

같이 보기

[편집]

각주

[편집]
  1. 1 2 3 4 5 Moretto, Hans-Heinrich; Schulze, Manfred; Wagner, Gebhard (2005), 〈Silicones〉, 《울만 공업화학 백과사전(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry)》, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a24_057
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  4. ↑ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). 《Chemistry of the Elements》 2판. Butterworth-Heinemann. 362쪽. ISBN 978-0-08-037941-8.
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  15. ↑ Ashley, Sarah (2018년 8월 1일). “Is the Silicone Ring Trend Here to Stay?”.
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