첨단 소재 분야에서 실리콘은 의심할 여지 없이 뜨거운 화두입니다. 실리콘은 규소, 탄소, 수소, 산소를 포함하는 고분자 물질입니다. 무기 실리콘 소재와는 현저히 다르며, 다양한 분야에서 뛰어난 성능을 발휘합니다. 실리콘의 특성, 발견 과정, 그리고 응용 방향에 대해 자세히 살펴보겠습니다.
실리콘과 무기 실리콘의 차이점:
첫째, 실리콘과 무기 실리콘은 화학 구조에 명백한 차이가 있습니다. 실리콘은 실리콘과 탄소, 수소, 산소 및 기타 원소로 구성된 고분자 물질인 반면, 무기 실리콘은 주로 이산화규소(SiO₂)와 같이 실리콘과 산소로 형성된 무기 화합물을 지칭합니다. 실리콘의 탄소 기반 구조는 탄성과 가소성을 부여하여 응용 분야에서 더욱 유연하게 활용할 수 있도록 합니다. 실리콘의 분자 구조적 특성, 즉 Si-O 결합(444J/mol)이 CC 결합(339J/mol)보다 높은 결합 에너지로 인해 실리콘 소재는 일반 유기 고분자 화합물보다 내열성이 우수합니다.
실리콘의 발견:
실리콘의 발견은 20세기 초로 거슬러 올라갑니다. 초창기 과학자들은 실리콘 화합물에 유기기를 도입하여 실리콘을 성공적으로 합성했습니다. 이 발견은 실리콘 소재의 새로운 시대를 열었고, 산업과 과학 분야에서 실리콘이 폭넓게 응용될 수 있는 토대를 마련했습니다. 실리콘의 합성 및 개량은 지난 수십 년 동안 큰 진전을 이루었으며, 이 소재의 지속적인 혁신과 발전을 촉진했습니다.
일반적인 실리콘:
실리콘은 자연 및 인공 합성에서 널리 발견되는 고분자 화합물의 한 종류로, 다양한 형태와 구조를 가지고 있습니다. 다음은 일반적인 실리콘의 몇 가지 예입니다.
폴리디메틸실록산(PDMS): PDMS는 실리콘 고무에서 흔히 발견되는 대표적인 실리콘 엘라스토머입니다. 뛰어난 유연성과 고온 안정성을 자랑하며, 고무 제품, 의료 기기, 윤활제 등의 제조에 널리 사용됩니다.
실리콘 오일: 실리콘 오일은 표면 장력이 낮고 고온 내성이 우수한 선형 실리콘 화합물입니다. 윤활제, 스킨케어 제품, 의료 기기 및 기타 분야에 일반적으로 사용됩니다.
실리콘 수지: 실리콘 수지는 내열성과 전기 절연성이 우수한 규산기로 구성된 고분자 물질입니다. 코팅, 접착제, 전자 포장재 등에 널리 사용됩니다.
실리콘 고무: 실리콘 고무는 내열성, 내후성, 전기 절연성 등의 특성을 지닌 고무와 유사한 실리콘 소재입니다. 씰링 링, 케이블 보호 슬리브 등 다양한 분야에 널리 사용됩니다.
이러한 사례들은 실리콘의 다양성을 보여줍니다. 실리콘은 다양한 분야에서 중요한 역할을 하며 산업부터 일상생활까지 폭넓게 활용됩니다. 이는 고성능 소재로서 실리콘의 다양한 특성을 반영하기도 합니다.
성능 이점
일반 탄소 사슬 화합물과 비교했을 때, 유기실록산(폴리디메틸실록산, PDMS)은 몇 가지 고유한 성능 이점을 가지고 있어 다양한 응용 분야에서 탁월한 성능을 발휘합니다. 다음은 일반 탄소 사슬 화합물에 비해 유기실록산이 갖는 몇 가지 성능 이점입니다.
고온 내성: 오르가노실록산은 우수한 고온 내성을 가지고 있습니다. 규소-산소 결합 구조는 오르가노실록산을 고온에서 안정하고 분해되기 어렵게 만들어 고온 환경에서의 적용에 유리합니다. 반면, 많은 일반적인 탄소 사슬 화합물은 고온에서 분해되거나 성능이 저하될 수 있습니다.
낮은 표면장력: 유기실록산은 표면장력이 낮아 습윤성과 윤활성이 우수합니다. 이러한 특성으로 인해 실리콘 오일(유기실록산의 한 형태)은 윤활제, 스킨케어 제품, 의료기기 등에 널리 사용됩니다.
유연성과 탄성: 유기실록산은 분자 구조가 우수하여 유연성과 탄성이 뛰어나 고무 및 탄성 소재 제조에 이상적입니다. 이러한 특성 덕분에 실리콘 고무는 밀봉 링, 탄성 부품 등의 제조에 적합합니다.
전기 절연: 유기실록산은 우수한 전기 절연 특성을 나타내어 전자 분야에서 널리 사용됩니다. 실리콘 수지(실록산의 한 형태)는 전자 포장재에 전기 절연을 제공하고 전자 부품을 보호하는 데 자주 사용됩니다.
생체적합성: 유기실록산은 생체 조직과의 높은 적합성을 가지고 있어 의료기기 및 생물의학 분야에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, 실리콘 고무는 인공 장기, 의료용 카테터 등에 사용되는 의료용 실리콘을 제조하는 데 자주 사용됩니다.
화학적 안정성: 유기실록산은 높은 화학적 안정성과 다양한 화학물질에 대한 우수한 내식성을 나타냅니다. 따라서 화학 탱크, 파이프, 밀봉재 제조 등 화학 산업에서 그 활용 범위를 확대할 수 있습니다.
전반적으로 유기실록산은 일반적인 탄소 사슬 화합물보다 더 다양한 특성을 가지고 있어 윤활, 밀봉, 의료, 전자 등 여러 분야에서 중요한 역할을 할 수 있습니다.
유기규소 단량체의 제조 방법
직접 방법: 실리콘과 유기 화합물을 직접 반응시켜 유기실리콘 물질을 합성합니다.
간접적 방법: 규소 화합물의 분해, 중합 및 기타 반응을 통해 유기규소를 제조합니다.
가수분해 중합법: 실라놀이나 실란알코올의 가수분해 중합을 통해 유기규소를 제조합니다.
구배공중합법: 구배공중합을 통해 특정 성질을 갖는 유기규소 소재를 합성합니다.
유기실리콘 시장 동향
첨단기술 분야의 수요 증가: 첨단기술 산업의 급속한 발전에 따라 고온 저항성, 내식성, 전기 절연성 등 우수한 특성을 지닌 유기규소에 대한 수요가 증가하고 있습니다.
의료기기 시장 확대: 의료기기 제조에 실리콘을 적용하는 분야가 지속적으로 확대되고 있으며, 생체적합성과 결합되어 의료기기 분야에 새로운 가능성을 가져다주고 있습니다.
지속 가능한 개발: 환경 의식 향상으로 생분해성 실리콘 등 실리콘 소재의 친환경 제조 방법에 대한 연구가 촉진되어 더욱 지속 가능한 개발이 달성됩니다.
새로운 응용 분야 탐색: 유연한 전자 장치, 광전자 장치 등 새로운 응용 분야가 계속해서 등장하여 실리콘 시장의 혁신과 확장을 촉진하고 있습니다.
향후 발전 방향 및 과제
기능성 실리콘의 연구 개발:실리콘은 다양한 산업의 요구에 부응하여 앞으로 기능성 실리콘 코팅, 항균, 전도성 등의 특수 특성을 포함한 기능성 개발에 더욱 주력할 것입니다.
생분해성 실리콘에 대한 연구:환경에 대한 인식이 향상됨에 따라 생분해성 실리콘 소재에 대한 연구가 중요한 개발 방향이 될 것입니다.
나노실리콘의 응용: 나노기술을 이용하여 나노실리콘의 제조 및 응용에 관한 연구를 수행하여 첨단기술 분야에서의 응용을 확대합니다.
준비 방법의 녹색화: 실리콘 제조 방법에 있어서는 미래에는 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 녹색 및 환경 친화적인 기술 경로에 더 많은 관심이 기울여질 것입니다.
게시 시간: 2024년 7월 15일
