실리콘 (폴리머)

실리콘 보형물

실리콘(Silicone)은 규소와 산소의 결합(...-Si-O-Si-O-...)을 주축으로 하는 중합체를 의미한다. 결정 형태의 실리콘에 염화 메틸(CH₃Cl)을 반응시켜 다이메틸다이클로로실레인(dichlorodimethylsilane)을 합성한 후 가수분해시키면 실록세인 결합(...-Si-O-Si-O-...)이 형성된다. 중합 방법에 따라 여러 종류의 중합체가 가능하다. 대표적으로 선형의 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsiloxane)과 올리고실록세인(oligosiloxane) 분자들로 이루어진 실리콘 수지가 있다. 실리콘은 무색 무취이며 산화가 느리고 고온에서도 안정적인 절연체이다. 윤활제, 접착제, 가스켓, 유방삽입물, 가짜 흉근 등에 쓰인다.

개요

실리콘(Silicone)은 유기기를 함유한 규소(organosilicone)와 산소 등이 화학결합으로 서로 연결된 모양으로 된 폴리머를 의미한다. 같은 규소가 포함된 물질이지만 반도체인 Silicon(규소)과는 다른 물질로 보아야 한다. 자연적으로는 존재하지 않는 물질로서 인공적으로 합성한 폴리실리콘인데 규소(Si)를 베이스로 유기화 시킴으로서 규소의 영명인 silicon에서 마지막에 e를 붙여 silicone이라고 명칭(미국에서 만든 규소케톤,규소수지의 상품명으로 알려져 있다)하여 알려졌는데 규소에 탄소·수소 따위를 결합시켜 만드는 물질을 통틀어 이르는 용어이며 화학적으로 polysiloxane과 같은 소재이며 두가지로 불려진다.

19세기 후반 실험실에서 합성한 Silicone의 화학식 R₂SiO가 케톤의 R₂CO와 유사하였던 관계로 Silico-Ketone(규소케톤)이라 불렀으며, 이것이 다시 줄여서 Silicone이 된 것이다. 단 케톤은 저분자량의 유기화합물인 반면, Silicone은 기술한 바와 같이 폴리머이며 양자에 화학구조상의 유사성은 없다.

유기기가 결합되어 있는 규소가 실록산결합(Si-O-Si)에 의해 연결되어 결합구조가 Si-O-Si로 이어지는 일명 실록산 결합으로 중합하여 silicone이 형성됨으로서 다수의 의미인 poly를 앞에 붙여 polysiloxane 이라고도 한다. 규소를 원료로 하여 합성한 규소수지(폴리머)란 것으로, 중합의 정도에 따라 유상체(油狀體), 고무모양, 수지 모양의 것이 만들어지고 있다. 섬유제품에 많이 이용되고 있는 것은 기름과 같은 모양의 실리콘으로, 그 성상(性狀)은 온도에 따라 변화하는 일이 적은 내열성과 산화되지 않는 내산화성, 각종 약품에 대한 저항성, 물에 대한 발수성이나 내수성, 전기의 절연성 등이 있는 것이 특색으로 이것들을 이용하여 섬유제품의 가공에 응용한다.

방수제로서는 피륙에 침투시켜서 가열하면 섬유와 강하게 결합되어 영구적인 방수성의 효과를 발휘한다. Silicone은 그 형태에 따라 포괄적으로 oil, rubber, resin의 3가지 기본형으로 구분되며 사용목적에 따라 변형 배합한 복합물로서 제품화되고 있다. 오일, 고무 및 레진의 3가지 기본형으로 분류되는데 각각 실리콘 함유 100%의 폴리머로서 뿐만 아니라 사용목적에 따라서 타 재료를 배합한 복합물로서 제품화되어 있으며 그 제품의 종류는 수천 가지이다.

특징

실리콘 오일의 기본적인 구조

화학적으로 안정되어 반응성과 생체 독성이 거의 없고 물이나 산화나 열에도 강하고 좋은 절연체에 열전도도 낮은 성질이 있다. 결정적으로 물에도 안섞이고 기름에도 섞이지 않는 물질로 가장 잘 알려져있다. 기름같은 실리콘 오일, 뻑뻑한 실리콘 그리스, 실란트 등으로 쓰는 반고체 실리콘, 말랑말랑한 실리콘 고무, 딱딱한 실리콘 수지 등 다양한 형상을 가지고 있으며 산업적으로는 방수나 창문 틈을 메우는 실란트나 방수재료, 접착제, 의료용품, 주방기구, 열과 전기 절연재 등 다양한 용도로 쓰인다. 특히 말랑말랑한 실리콘 고무는 그 촉감이 인체조직과 매우 유사해서 가슴성형의 유방성형 재료나 의료용 인체 보형물, 위생재료, 성인용품으로 널리 사용된다.

화학적인 구조는 규소 원자와 산소 원자가 교대로 길게 옆으로 손을 잡고 있는 꼴이고 손이 4개인 규소의 남은 손 두자리에 알킬기나 수소가 결합한 형태. 이렇게 마치 손에 손잡고 나란히 옆으로 길게 서있는 꼴이니 고무처럼 잘 늘어나고 줄어드는 뛰어난 탄력성을 가지게 된다. 규소-산소-알킬기로 구성된 Siloxane이라는 화합물을 중합시켜서 Si-O-Si-O-Si-O 식으로 반복되게 하면 생긴다. 실제로 단위체를 중합시키지는 않고 규소에 두개의 알킬기가 결합, 나머지 두자리에 염소가 결합한 물체를 만들고 처리를 하면 염소가 떨어지고 산소가 생기며 중합된다.

가지치지 않는 단위체를 쓰면 실리콘 오일이 되고, 경화(curing, or vulcanization) 과정을 거쳐 분자 구조가 가지친 구조가 되면 고무 형상이 나온다. Si-O 결합의 에너지가 C-C 단일결합의 에너지보다는 높고, 굉장히 낮은 유리 전이 온도를 가지기 때문에 섭씨 200도 정도의 고온이 되지 않는 한 온도 변화에 따른 물성 변화가 거의 없는 것이 특징이다. 또한, 주사슬의 모든 원자에 치환기가 붙을 수 있는 유기고분자의 ...-C-C-C-C-...사슬과 비교해 실리콘의 ...-Si-O-Si-O-...사슬의 산소 원자에는 치환기가 붙을 수 없어 매우 유연하게 회전한다. 이와 같은 주사슬의 구조 덕분에 비슷한 분자량의 유기고분자에 비해 점도가 매우 낮다는 특성을 지니고 있다. 중합체 고분자가 액체라니 오나홀의 소재로도 많이 쓰인다 또 기름처럼 된 실리콘은 큐브퍼즐용 윤활제로도 쓰인다. 일반 윤활유를 쓸 경우 플라스틱이 녹아내리기 때문이다.

위에 서술된 것처럼 물과 섞이지 않고 생체독성이 거의 없다는 특징덕에 관상어를 기르는 사람들이 수조 내부의 장식물을 고정하거나 제작할 때 이 실리콘을 사용한다. 관상어가 뜯어먹지 않도록 마감을 잘하는 게 중요하다.

생체독성이 거의 없지, 완전히 없는 것은 아니다. 뱀이 실리콘 보형물을 넣은 사람의 가슴을 물어서 실리콘 중독으로 죽은 사례도 있다. 다만 이것도 액체형이였고 고체형같은 경우는 사람이 물고 빨아도 괜찮다.

참고자료

• 〈실리콘〉, 《나무위키》
• 〈실리콘〉, 《위키백과》
• 수수깡, 〈실리콘(Silicone) 과 실리콘(Silicon)〉, 《네이버 블로그》, 2010-11-20

같이 보기

• 실리콘(Silicon)
• 폴리머

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