정말 지루하지 않을 거예요. 특히 신축성 있는 고무 제품을 좋아한다면 더욱 그럴 겁니다. 계속 읽어보시면 1액형 실리콘 실란트에 대해 궁금했던 거의 모든 것을 알게 될 거예요.
1) 그것들은 무엇인가
2) 만드는 방법
3) 어디에 사용할 수 있을까요?
소개
1액형 실리콘 실란트란 무엇인가요?
화학적으로 경화되는 실란트에는 여러 종류가 있는데, 그중 실리콘, 폴리우레탄, 폴리설파이드가 가장 잘 알려져 있습니다. 이름은 관련된 분자의 기본 구조에서 유래했습니다.
실리콘 골격은 다음과 같습니다.
Si – O – Si – O – Si – O – Si
변성 실리콘은 (적어도 미국에서는) 새로운 기술이며, 실제로 실란 화학 반응으로 경화된 유기 골격을 의미합니다. 알콕시실란 말단 폴리프로필렌 옥사이드가 그 예입니다.
이러한 모든 화학 물질은 1액형 또는 2액형으로 나뉘는데, 이는 당연히 경화에 필요한 비율(액체/액체 비율)을 의미합니다. 따라서 1액형 시스템은 튜브, 카트리지 또는 용기를 열기만 하면 바로 경화됩니다. 일반적으로 이러한 1액형 시스템은 공기 중의 수분과 반응하여 고무로 변합니다.
따라서 1액형 실리콘은 튜브 안에서는 안정적인 상태를 유지하다가 공기에 노출되면 경화되어 실리콘 고무를 생성하는 시스템입니다.
장점
1액형 실리콘은 여러 가지 고유한 장점을 가지고 있습니다.
- 실리콘은 올바르게 배합될 경우 매우 안정적이고 신뢰할 수 있으며 접착력과 물리적 특성이 뛰어납니다. 유통기한(사용 전 튜브에 보관할 수 있는 시간)은 최소 1년이 일반적이며, 일부 제형은 수년간 보관이 가능합니다. 또한 실리콘은 장기적으로 가장 우수한 성능을 자랑합니다. 물리적 특성은 시간이 지나도 거의 변하지 않으며 자외선 노출의 영향을 받지 않습니다. 뿐만 아니라 다른 실란트보다 최소 50℃ 이상 높은 탁월한 온도 안정성을 나타냅니다.
-1액형 실리콘은 비교적 빠르게 경화되며, 일반적으로 5~10분 내에 표면 막이 형성되고, 1시간 이내에 끈적임이 없어지며, 하루도 채 안 되어 약 1/10인치 두께의 탄성 고무로 완전히 경화됩니다. 표면은 고무 같은 촉감을 가집니다.
-반투명하게 만들 수 있다는 점이 중요한 특징이며 (반투명은 가장 많이 사용되는 색상입니다), 어떤 색상으로든 착색하기가 비교적 쉽습니다.
제한 사항
실리콘에는 두 가지 주요 한계점이 있습니다.
1) 수성 페인트로는 칠할 수 없으며, 유성 페인트를 사용해도 까다로울 수 있습니다.
2) 실란트가 경화된 후, 일부 실리콘 가소제가 방출될 수 있는데, 이는 건물 팽창 이음매에 사용될 경우 이음매 가장자리를 따라 보기 흉한 얼룩을 유발할 수 있습니다.
물론, 실리콘은 단일 성분 재료이기 때문에 경화가 공기와 반응하여 위에서 아래로 진행되므로, 빠른 경화를 통해 깊은 부분까지 완전히 경화시키는 것은 불가능합니다. 좀 더 구체적으로 말하자면, 실리콘은 단열 유리창의 유일한 밀봉재로 사용할 수 없습니다. 실리콘은 액체 상태의 물은 효과적으로 차단하지만, 수증기는 경화된 실리콘 고무를 비교적 쉽게 통과하여 단열 유리창에 김서림 현상을 일으키기 때문입니다.
시장 영역 및 용도
1액형 실리콘은 거의 모든 곳에서 사용되지만, 일부 건물주들에게는 유감스럽게도 위에서 언급한 두 가지 제한 사항으로 인해 문제가 발생하는 경우가 있습니다.
건설 및 DIY 시장이 가장 큰 비중을 차지하며, 그 뒤를 자동차, 산업, 전자 및 항공우주 시장이 따릅니다. 모든 실란트와 마찬가지로, 1액형 실리콘의 주요 기능은 유사하거나 서로 다른 두 기판 사이의 틈을 접착하고 메워 물이나 바람이 새어 들어오는 것을 막는 것입니다. 때로는 점도를 약간만 높여 코팅제로 사용하는 경우도 있습니다. 코팅제, 접착제, 실란트를 구분하는 가장 좋은 방법은 간단합니다. 실란트는 두 표면 사이를 밀봉하는 반면, 코팅제는 한쪽 표면만 덮고 보호하며, 접착제는 두 표면을 강력하게 접착시킵니다. 실란트는 구조용 유리나 단열 유리에 사용될 때 접착제와 가장 유사하지만, 두 기판을 접착시키는 것 외에도 밀봉하는 기능을 합니다.
기초 화학
실리콘 실란트는 경화되지 않은 상태에서는 일반적으로 걸쭉한 페이스트 또는 크림과 같은 형태를 띕니다. 공기에 노출되면 실리콘 중합체의 반응성 말단기가 가수분해(물과 반응)된 후 서로 결합하여 물을 방출하고 긴 중합체 사슬을 형성합니다. 이 사슬들은 계속해서 반응하여 결국 페이스트가 고무와 같은 단단한 형태로 변합니다. 실리콘 중합체 말단의 반응성 그룹은 (중합체 자체를 제외하고) 배합에서 가장 중요한 부분인 가교제에서 유래합니다. 가교제는 실란트의 특성, 즉 냄새나 경화 속도와 같은 직접적인 특성뿐만 아니라, 충전제나 접착 촉진제와 같은 다른 원료의 영향으로 색상, 접착력 등과 같은 간접적인 특성까지 결정합니다. 따라서 적절한 가교제를 선택하는 것은 실란트의 최종 특성을 결정하는 데 매우 중요합니다.
경화 유형
경화 시스템에는 여러 가지 종류가 있습니다.
1) 아세톡시(산성 식초 냄새)
2) 옥심
3) 알콕시
4) 벤즈아미드
5) 아민
6) 아미노옥시
옥심, 알콕시 및 벤즈아미드(유럽에서 더 널리 사용됨)는 소위 중성 또는 비산성 시스템입니다. 아민 및 아미녹시 시스템은 암모니아 냄새가 나며 일반적으로 자동차 및 산업 분야 또는 특정 옥외 건설 용도에 더 많이 사용됩니다.
원자재
제형은 여러 가지 구성 요소로 이루어져 있으며, 최종 용도에 따라 일부 구성 요소는 선택 사항입니다.
필수적인 원료는 반응성 고분자와 가교제뿐입니다. 하지만 충전제, 접착 촉진제, 비반응성(가소화) 고분자 및 촉매가 거의 항상 첨가됩니다. 또한, 색소, 살균제, 난연제, 열 안정제 등 다양한 첨가제가 사용될 수 있습니다.
기본 공식
일반적인 옥심 기반 시공 또는 DIY 실런트 배합은 다음과 같습니다.
| % | ||
| 폴리디메틸실록산, OH 말단 50,000cps | 65.9 | 중합체 |
| 트리메틸 말단 폴리디메틸실록산, 1000cps | 20 | 가소제 |
| 메틸트리옥시미노실란 | 5 | 가교제 |
| 아미노프로필트리에톡시실란 | 1 | 접착 촉진제 |
| 표면적 150m²/g 흄드 실리카 | 8 | 필러 |
| 디부틸틴 디라우레이트 | 0.1 | 촉매 |
| 총 | 100 |
물리적 특성
일반적인 물리적 특성은 다음과 같습니다.
| 신장률(%) | 550 |
| 인장 강도(MPa) | 1.9 |
| 100% 신장 시 탄성 계수(MPa) | 0.4 |
| 쇼어 A 경도 | 22 |
| 피부 변화 시간 (분) | 10 |
| 무정전 시간(분) | 60 |
| 스크래치 시간(분) | 120 |
| 경화 시간 (24시간 내 mm) | 2 |
다른 가교제를 사용한 제형은 가교제 함량, 접착 촉진제 종류 및 경화 촉매에서 차이가 있을 뿐 외관상 유사할 수 있습니다. 사슬 연장제가 첨가되지 않은 경우 물리적 특성은 약간씩 달라질 수 있습니다. 일부 시스템은 다량의 분필 충전제를 사용하지 않으면 제조가 어려울 수 있습니다. 이러한 제형은 투명하거나 반투명한 형태로 생산할 수 없습니다.
실란트 개발
새로운 실런트를 개발하는 데는 3단계가 있습니다.
1) 실험실에서의 구상, 생산 및 테스트 - 매우 소량 생산
여기서 실험실 화학자는 새로운 아이디어를 떠올리고, 일반적으로 100g 정도의 소량의 실란트를 손으로 만들어 경화 과정과 생성되는 고무의 종류를 확인하는 것으로 시작합니다. 이제 FlackTek Inc.에서 개발한 "Hauschild Speed Mix"라는 새로운 장비가 출시되었습니다. 이 특수 장비는 공기를 제거하면서 100g 정도의 소량 배치를 단 몇 초 만에 혼합하는 데 이상적입니다. 이는 개발자가 소량 배치의 물리적 특성을 실제로 테스트할 수 있게 해준다는 점에서 중요합니다. 흄드 실리카나 침전 분필과 같은 다른 충전제를 약 8초 만에 실리콘에 혼합할 수 있습니다. 탈기에는 약 20~25초가 소요됩니다. 이 장비는 입자 자체를 혼합 암으로 사용하는 이중 비대칭 원심분리 메커니즘을 통해 작동합니다. 최대 혼합량은 100g이며, 일회용 컵을 포함한 다양한 종류의 컵을 사용할 수 있어 세척이 전혀 필요 없습니다.
배합 과정에서 중요한 것은 재료의 종류뿐만 아니라 첨가 순서와 혼합 시간입니다. 공기 방울은 수분을 함유하고 있어 실런트가 내부에서부터 경화되는 원인이 되므로, 제품의 유통기한을 확보하기 위해서는 공기를 제거하거나 차단하는 것이 중요합니다.
화학자는 특정 용도에 필요한 실런트를 확보한 후, 1쿼트 용량의 유성 믹서를 사용하여 약 110ml(3oz) 소형 튜브 3~4개를 생산합니다. 이 양은 초기 유효기간 테스트, 접착력 테스트 및 기타 특수 요구 사항을 충족하기에 충분합니다.
그는 더 심층적인 테스트와 고객 샘플링을 위해 1~2갤런 용량의 기계를 사용하여 10온스 튜브 8~12개를 생산할 수 있습니다. 실란트는 용기에서 금속 실린더를 통해 포장 실린더에 맞는 카트리지로 압출됩니다. 이러한 테스트를 거친 후, 그는 대량 생산을 시작할 준비가 됩니다.
2) 규모 확대 및 미세 조정 - 중간 규모
규모 확대를 위해 실험실에서 제조한 제형은 일반적으로 100~200kg 또는 드럼통 정도 크기의 대형 장비에서 생산됩니다. 이 단계에는 두 가지 주요 목적이 있습니다.
a) 4파운드 크기와 더 큰 크기 사이에 혼합 및 분산 속도, 반응 속도, 혼합물 내 전단력의 차이로 인해 발생할 수 있는 중요한 변화가 있는지 확인하기 위해
b) 잠재 고객에게 샘플을 제공하고 실제 현장 피드백을 얻을 수 있을 만큼 충분한 자료를 생산하는 것.
이 50갤런 용량의 기계는 소량 생산이나 특수 색상 생산이 필요한 산업 제품에도 매우 유용하며, 한 번에 각 종류별로 드럼 한 개 정도만 생산하면 되는 경우에도 적합합니다.
혼합기에는 여러 종류가 있습니다. 가장 흔하게 사용되는 두 가지는 유성 믹서(위 그림 참조)와 고속 분산기입니다. 유성 믹서는 점도가 높은 혼합물에 적합하고, 분산기는 특히 점도가 낮은 유동성 시스템에 더 효과적입니다. 일반적인 건축용 실란트의 경우, 혼합 시간과 고속 분산기 사용 시 발생할 수 있는 열에 주의한다면 두 종류의 믹서 모두 사용할 수 있습니다.
3) 대규모 생산 물량
최종 생산은 배치 생산 또는 연속 생산 방식으로 진행될 수 있으며, 규모 확대 단계에서 얻은 최종 제형을 그대로 재현하는 것을 목표로 합니다. 일반적으로, 생산 설비에서 비교적 소량(2~3 배치 또는 1~2시간 연속 생산)의 원료를 먼저 생산하여 품질 검사를 거친 후 본격적인 생산에 들어갑니다.
테스팅 - 무엇을 어떻게 테스트할 것인가.
무엇
물리적 특성 - 신장률, 인장 강도 및 탄성 계수
적절한 기질에 대한 접착력
유통기한 - 가속 시험 및 상온 시험 모두
경화 속도 - 표면 경화 시간, 점착성 제거 시간, 스크래치 방지 시간 및 완전 경화 시간, 색상, 온도 안정성 또는 오일과 같은 다양한 유체에서의 안정성
또한, 점도, 낮은 냄새, 부식성 및 전반적인 외관과 같은 다른 주요 특성도 점검하거나 관찰합니다.
어떻게
실란트 시트를 뽑아내어 일주일 동안 경화시킵니다. 그런 다음 특수 아령 모양으로 잘라내어 인장 시험기에 넣어 신장률, 탄성 계수 및 인장 강도와 같은 물리적 특성을 측정합니다. 또한 특수하게 준비된 샘플에 대한 접착력/응집력을 측정하는 데에도 사용됩니다. 간단한 접착력 테스트는 경화된 재료 비드를 기판에 붙여 당겨서 수행합니다.
쇼어 A 경도계는 고무의 경도를 측정하는 장치입니다. 이 장치는 무게추와 끝이 뾰족한 게이지로 구성되어 있으며, 경화된 시료에 게이지 끝부분이 깊숙이 눌러집니다. 게이지 끝이 고무에 더 깊이 들어갈수록 고무가 더 부드럽고 경도 값이 낮아집니다. 일반적인 건축용 실란트의 경도는 15~35 범위입니다.
피부가 완전히 벗겨지는 시간, 끈적임이 없어지는 시간 및 기타 특수 피부 측정은 손가락이나 무게추가 달린 플라스틱 시트를 사용하여 수행합니다. 플라스틱을 깨끗하게 떼어낼 수 있을 때까지의 시간을 측정합니다.
실란트 튜브의 유효기간을 확인하기 위해 상온(유효기간 1년을 입증하는 데 자연적으로 1년이 소요됨) 또는 고온(일반적으로 50℃)에서 1주, 3주, 5주, 7주 등 동안 노화 처리를 합니다. 노화 처리 후(가속 노화 처리의 경우 튜브를 식힌 후), 튜브에서 재료를 압출하여 시트로 만든 다음 경화시킵니다. 이렇게 만들어진 시트의 고무 물리적 특성을 이전과 동일한 방식으로 테스트합니다. 그런 다음 이러한 특성을 새로 배합한 재료의 특성과 비교하여 적절한 유효기간을 결정합니다.
필수 시험에 대한 구체적이고 자세한 설명은 ASTM 핸드북에서 확인할 수 있습니다.
마지막으로 몇 가지 팁을 드리겠습니다.
1액형 실리콘은 시중에서 구할 수 있는 최고 품질의 실란트입니다. 하지만 한계점도 있으며, 특정 요구 사항이 있는 경우 특별히 개발해야 할 수도 있습니다.
원료가 최대한 건조하고, 배합이 안정적이며, 생산 과정에서 공기가 제거되는지 확인하는 것이 중요합니다.
개발 및 테스트 과정은 종류에 관계없이 모든 1액형 실런트에 대해 기본적으로 동일합니다. 다만, 양산에 들어가기 전에 가능한 모든 특성을 확인하고 적용 분야의 요구 사항을 명확하게 이해하고 있는지 확인해야 합니다.
적용 분야의 요구 사항에 따라 적절한 경화 화학 물질을 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 실리콘을 선택하고 냄새, 부식 및 접착력은 중요하지 않지만 비용이 저렴한 경우 아세톡시 경화제가 적합합니다. 그러나 부식될 수 있는 금속 부품이 포함되거나 특수한 광택 색상으로 플라스틱에 대한 특수 접착력이 필요한 경우에는 옥심 경화제가 필요합니다.
[1] Dale Flackett. 실리콘 화합물: 실란 및 실리콘[M]. Gelest Inc: 433-439
*사진 출처: OLIVIA 실리콘 실란트
게시 시간: 2024년 3월 31일
