액체 실리콘이 다양한 분야에서 널리 사용될 수 있는 이유는 무엇일까요?

1. 첨가 성형용 액상 실리콘 고무 소개

첨가 성형 액상 실리콘 고무는 비닐 폴리실록산을 기본 고분자로 하고, Si-H 결합을 갖는 폴리실록산을 가교제로 사용하여 백금 촉매 존재 하에 상온 또는 가열 조건에서 가교 가황 반응을 통해 얻어지는 실리콘 소재입니다. 응축 액상 실리콘 고무와 달리, 액상 실리콘 성형 가황 공정은 부산물이 생성되지 않고, 수축률이 낮으며, 깊은 가황이 이루어지고, 접촉 재료의 부식이 발생하지 않습니다. 또한 넓은 온도 범위, 우수한 내화학성 및 내후성을 가지며, 다양한 표면에 쉽게 접착되는 장점이 있습니다. 따라서 응축 액상 실리콘에 비해 액상 실리콘 성형의 발전 속도가 훨씬 빠르며, 현재 전자제품, 기계, 건설, 의료, 자동차 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

2. 주요 구성 요소

기본 폴리머

다음 두 가지 비닐 함유 선형 폴리실록산은 액상 실리콘 첨가제의 기본 고분자로 사용됩니다. 이들의 분자량 분포는 넓으며, 일반적으로 수천에서 10만~20만 범위에 이릅니다. 액상 실리콘 첨가제에 가장 흔히 사용되는 기본 고분자는 α,ω-디비닐폴리디메틸실록산입니다. 기본 고분자의 분자량과 비닐 함량이 액상 실리콘의 특성을 변화시킬 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.

가교제

액상 실리콘 성형에 사용되는 가교제는 분자 내에 3개 이상의 Si-H 결합을 포함하는 유기 폴리실록산으로, Si-H기를 함유하는 선형 메틸하이드로폴리실록산, 고리형 메틸하이드로폴리실록산, 그리고 Si-H기를 함유하는 MQ 수지 등이 있다. 가장 일반적으로 사용되는 것은 다음과 같은 구조를 가진 선형 메틸하이드로폴리실록산이다. 가교제의 수소 함량이나 구조를 변화시키면 실리카겔의 기계적 특성이 달라질 수 있다는 것이 밝혀졌다. 가교제의 수소 함량은 실리카겔의 인장 강도와 경도에 비례하는 것으로 나타났다. 구쭤장(Gu Zhuojiang) 등은 합성 공정과 조성을 변경하여 구조, 분자량, 수소 함량이 다른 수소 함유 실리콘 오일을 얻었고, 이를 가교제로 사용하여 액상 실리콘을 합성하고 첨가하였다.

촉매

촉매의 촉매 효율을 향상시키기 위해 백금-비닐실록산 복합체, 백금-알킨 복합체 및 질소 변형 백금 복합체를 제조하였다. 촉매의 종류뿐만 아니라 액체 실리콘 생성물의 양도 성능에 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 백금 촉매의 농도를 증가시키면 메틸기 간의 가교 반응이 촉진되고 주쇄의 분해가 억제되는 것을 알 수 있었다.

앞서 언급했듯이, 기존 액상 실리콘 첨가제의 가황 메커니즘은 비닐기를 포함하는 기본 폴리머와 하이드로실릴화 결합을 포함하는 폴리머 사이의 하이드로실릴화 반응입니다. 기존 액상 실리콘 첨가제 성형은 최종 제품 제조를 위해 일반적으로 견고한 금형을 필요로 하지만, 이러한 기존 제조 기술은 높은 비용, 긴 제조 시간 등의 단점을 가지고 있으며, 전자 제품에는 적용하기 어려운 경우가 많습니다. 연구진은 메르캅탄 이중 결합 첨가 액상 실리카를 사용한 새로운 경화 기술을 통해 우수한 특성을 지닌 일련의 실리카를 제조할 수 있음을 발견했습니다. 이 실리카는 탁월한 기계적 특성, 열 안정성 및 광 투과율을 통해 더욱 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 분지형 메르캅탄 기능화 폴리실록산과 분자량이 다른 비닐 말단 폴리실록산 사이의 메르캅토-엔 결합 반응을 기반으로, 경도와 기계적 특성을 조절할 수 있는 실리콘 엘라스토머를 제조했습니다. 제조된 엘라스토머는 높은 인쇄 해상도와 우수한 기계적 특성을 나타냅니다. 실리콘 엘라스토머의 파괴 시 신장률은 1400%에 달할 수 있는데, 이는 기존의 UV 경화형 엘라스토머보다 훨씬 높고, 가장 신축성이 뛰어난 열 경화형 실리콘 엘라스토머보다도 높습니다. 이러한 초신축성 실리콘 엘라스토머를 탄소 나노튜브가 도핑된 하이드로겔에 적용하여 신축성 전자 장치를 제작했습니다. 인쇄 및 가공이 용이한 실리콘은 소프트 로봇, 유연 액추에이터, 의료용 임플란트 등 다양한 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있습니다.