실리콘(Silicone)이란 무엇인가?

실리콘(Silicone)이란 무엇인가?

실리콘(Silicone)은 모노머(Monomer) 또는 단량체라고 부르는 작고 반복되는 화학단위로 구성되어있는 합성 폴리머(Polymer)의 일종입니다. 일반적으로 합성 폴리머를 이루는 단량체는 탄소를 포함하고 있지만 실리콘(Silicone)은 말 그대로 규소(Silicon, Si)과 산소(Oxygen, O)를 기반으로 하는 단량체를 골격으로 하여 구성되어 있습니다. 이로 인해 실리콘은 유기 중합체가 아닌, 무기 중합체로 간주됩니다.

 

가장 기본적인 형태를 가지는 실리콘(Silicone)의 화학 구조

 

실리콘을 이루는 단량체의 Si-O 결합은 다른 중합체에 존재하는 C(탄소)-C(탄소) 결합보다 더 강하게 결합되어 있기 때문에 매우 안정적입니다. 이러한 결합의 특성 때문에 실리콘은 기존의 다른 유기 중합체보다 열에 더 강한 특성이 있습니다.

 

실리콘 중합체 주쇄의 곁사슬에는 소수성을 띄는 화학 그룹을 추가하여 발수성이 필요한 분야에 응용이 가능합니다. 일반적으로 곁사슬에는 메틸기로 구성되는 경우가 많은데 이는 실리콘이 다른 화학 물질과 반응하기 어렵게 하며 다른 물질의 표면에 달라 붙는 것을 방지합니다.

 

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일상 생활에서의 실리콘

 

다양한 실리콘계 생활용품들

 

실리콘은 물리적, 화학적 내구성이 뛰어나고 제조가 쉬우면서도 높은 온도에서 안정적입니다. 이러한 장점들 덕분에 실리콘은 자동차, 건설, 전자, 화학, 코팅, 섬유 및 생활용품에 이르는 다양한 분야에서 사용됩니다.

 

실리콘의 발견

 

영국의 화학자 Frederic Kipping은 자신의 실험실에서 만든 규소계 중합체와 화합물에 대해 "Silicone(실리콘)"이라는 이름을 붙였습니다. 규소와 탄소는 주기율표상 같은 족이며 비슷한 성질을 가지고 있기 때문에, 그는 널리 알려진 탄화수소계 화합물과 중합체와 같이 규소 또한 이러한 화합물과 중합체가 존재할 것이라 예측했습니다. 이들 화합물의 공식 명칭은 실리코-케톤(Silico-ketone)이었지만 실리콘(Silicone)으로 줄여서 불리게 되었습니다.

 

Kipping은 실리콘 화합물들이 어떻게 만들어지고 작동하는지 파악하는 것보다 얼마나 다양한 실리콘 화합물들이 있는지에 더 큰 관심을 보였습니다. 그는 몇 년 동안 실리콘 화합물을 찾고 명명하는데 시간을 보냈습니다.했습니다.

 

1930년대 코닝 글래스 웍스(Corning Glass Works) 회사의 과학자는 전기 부품의 절연체로 사용할 적절한 소재를 찾고 있었습니다. 그런데 실리콘은 적절한 가열조건에서 응고되는 성질이 있어 해당 전기부품의 절연체로 사용할 수 있었습니다.  이것이 첫 번째로 상용화된 실리콘 소재가 되었습니다.

 

실리콘(Silicone) vs 규소(Silicon, Si) vs 실리카(Silica)

 

"실리콘(Silicone)", "규소(Silicon, Si )"와 "실리카(Silica)"는 모두 철자와 발음이 비슷하지만 서로 다른 소재입니다. 특히, 규소의 영문명이 실리콘(Silicon)으로 마지막 스펠링인 e만 없고 발음이 같기 때문에 더욱 헷갈리기 쉽습니다.

 

원자번호 14번인 규소(Silicon)

 

규소 또는 Silicon은 원자 번호 14의 원소를 의미합니다. 규소는 특히 전자 분야인 반도체로서 가장 널리 사용되는 천연 재료입니다. 하지만 실리콘(Silicone)은 반도체가 아닌 절연체이며 자연에 존재하지 않고 인공적으로 합성된 물질입니다. 규소는 휴대폰 내부에서 칩의 일부로 사용되며 실리콘은 휴대폰 케이스에 널리 사용되는 재료입니다.

 

실리카 또는 이산화규소의 결정

 

"실리콘(Silicone)"과 유사한 이름의 "실리카(Silica)"는 하나의 규소 원자에 2개의 산소 원자가 결합된 이산화규소(SiO2)를 의미합니다. 흡습제로 널리 사용되는 물질은 겔 타입의 비정형 실리카이며 우리가 석영 또는 쿼츠라고 불리는 물질은 실리카의 결정형 재료입니다.

 

실리콘의 종류와 용도

 

실리콘은 가교도에 따라 다양한 형태로 나누어 구분할 수 있습니다. 여기서 가교도는 실리콘 사슬이 얼마나 서로 연결되어 있는지를 나타낸 값인데, 이 값이 클수록 더 단단한 특성을 보입니다. 또한 실리콘 중합체의 강도 및 융점과 같은 물리적 특성에도 영향을 끼칩니다.

 

• 실리콘 오일은 가교가 없는 실리콘 중합체의 사슬로 구성됩니다. 실리콘 오일은 화장품의 윤활제, 페인트 첨가제 및 성분으로 사용됩니다.
• 실리콘 겔은 실리콘 중합체 사슬 사이에 가교가 거의 없습니다. 실리콘 겔은 피부가 건조해지지 않게끔 장벽을 형성하기 때문에 화장품 및 흉터 조직의 국소 제제로 사용됩니다. 또햐 실리콘 젤은 유방 보형물의 재료로 널리 사용되며 신발 안창의 부드러운 부분으로도 사용됩니다.
• 실리콘 엘라스토머는 실리콘 중합체 사슬 간 많은 가교가 형성되어 있어 마치 고무와 같은 특성을 보여줍니다. 실리콘 엘라스토머는 전자 산업의 절연체, 차량이나 항공기의 씰링용 부품 및 고온의 오븐용 장갑으로 널리 사용됩니다.
• 실리콘 수지는 높은 가교도를 가져 단단한 특성을 보여줍니다. 이 수지는 건물의 내열 코팅 및 내후성 코팅재로 사용됩니다.

 

실리콘의 독성

 

실리콘은 다른 폴리머보다 화학적 반응성이 낮기 때문에 신체와 반응이 없다고 알려져 있습니다. 하지만 실리콘의 잠재적 독성의 파악을 위해 실리콘 소재에 대한 피부 자극성, 생식계의 변화 및 돌연변이와 같은 효과에 대해 많은 연구가 진행되습니다. 그 결과  일반적인 생활에서 노출되는 수준에서는 부작용이나 독성이 거의 없는것으로 조사되었습니다.

 

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