현재 시판되는 단일 성분 반응성 탄성 실란트는 주로 실리콘 및 폴리우레탄 실란트 제품을 비롯하여 다양한 종류가 있습니다. 이러한 탄성 실란트는 활성 작용기와 경화된 주쇄 구조에 차이가 있어 적용 부위 및 분야에 다소 제약이 있습니다. 본 논문에서는 몇 가지 일반적인 단일 성분 반응성 탄성 실란트의 경화 메커니즘을 소개하고, 각 실란트의 장단점을 비교하여 실제 적용 시 적절한 선택을 할 수 있도록 이해를 심화시키고자 합니다.
1. 일반적인 1액형 반응성 탄성 실란트의 경화 메커니즘
일반적인 1액형 반응성 탄성 실란트에는 주로 실리콘(SR), 폴리우레탄(PU), 실릴 말단 변성 폴리우레탄(SPU), 실릴 말단 폴리에테르(MS) 등이 있으며, 이러한 프리폴리머는 서로 다른 활성 작용기와 경화 반응 메커니즘을 가지고 있습니다.
1.1실리콘 엘라스토머 실란트의 경화 메커니즘
그림 1. 실리콘 실란트의 경화 메커니즘
실리콘 실란트를 사용할 때, 프리폴리머는 공기 중의 미량의 수분과 반응한 후 촉매 작용 하에 경화 또는 가황됩니다. 이때 저분자 물질이 부산물로 생성됩니다. 그 메커니즘은 그림 1에 나타나 있습니다. 경화 과정에서 생성되는 저분자 물질의 종류에 따라 실리콘 실란트는 탈산형, 탈케톡심형, 탈알코올형으로 나눌 수 있습니다. 이러한 실리콘 접착제의 장단점은 표 1에 요약되어 있습니다.
표 1. 여러 종류의 실리콘 접착제의 장단점 비교
1.2 폴리우레탄 탄성 실란트의 경화 메커니즘
1액형 폴리우레탄 실란트(PU)는 분자의 주 사슬에 반복되는 우레탄 그룹(-NHCOO-)을 포함하는 고분자입니다. 경화 메커니즘은 이소시아네이트가 물과 반응하여 불안정한 중간체인 카르바메이트를 형성하고, 이 카르바메이트가 빠르게 분해되어 CO2와 아민을 생성한 후, 생성된 아민이 시스템 내의 과량의 이소시아네이트와 반응하여 최종적으로 망상 구조를 갖는 엘라스토머를 형성하는 것입니다. 경화 반응식은 다음과 같습니다.
그림 1. 폴리우레탄 실란트의 경화 반응 메커니즘
1.3 실란 변성 폴리우레탄 실란트의 경화 메커니즘
그림 3. 실란 변성 폴리우레탄 실란트의 경화 반응 메커니즘
폴리우레탄 실란트의 몇 가지 단점을 고려하여, 최근 폴리우레탄을 실란으로 개질하여 접착제를 제조하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이로써 폴리우레탄 구조를 주 사슬로 하고 알콕시실란 말단기를 갖는 새로운 유형의 실란 개질 폴리우레탄 실란트(SPU)가 개발되었다. 이 실란의 경화 반응은 실리콘과 유사한데, 알콕시기가 수분과 반응하여 가수분해 및 중축합 반응을 통해 안정적인 Si-O-Si 3차원 네트워크 구조를 형성한다(그림 3). 네트워크의 가교점과 가교점 사이의 영역은 폴리우레탄의 유연한 세그먼트 구조로 이루어져 있다.
1.4 실릴 말단 폴리에테르 실란트의 경화 메커니즘
실릴 말단 폴리에테르 실란트(MS)는 실란 변성을 기반으로 하는 단일 성분 탄성 접착제입니다. 폴리우레탄과 실리콘의 장점을 결합한 차세대 접착 실란트 제품으로, PVC, 실리콘 오일, 이소시아네이트 및 용매가 함유되어 있지 않습니다. MS 접착제는 상온에서 공기 중의 수분과 반응하여 -Si(OR) 또는 -SIR(OR)- 구조를 갖는 실란화된 고분자가 사슬 말단에서 가수분해되고 가교되어 Si-O-Si 네트워크 구조를 갖는 엘라스토머로 변환되어 밀봉 및 접착 효과를 나타냅니다. 경화 반응 과정은 다음과 같습니다.
그림 4. 실릴 말단 폴리에테르 실란트의 경화 메커니즘
2. 일반적인 단일 성분 반응성 탄성 실란트의 장단점 비교
2.1 실리콘 실란트의 장점과 단점
⑴실리콘 실란트의 장점:
① 내후성, 내산소성, 내오존성 및 자외선성이 우수함; ② 저온에서의 유연성이 좋음.
⑵실리콘 실란트의 단점:
①재도장이 불량하고 도색이 불가능함; ②인장 강도가 낮음; ③내유성이 부족함; ④내천공성이 없음; ⑤접착층에서 기름 성분이 함유된 침출액이 쉽게 발생하여 콘크리트, 석재 및 기타 느슨한 바탕면을 오염시킴.
2.2 폴리우레탄 실란트의 장점과 단점
⑴폴리우레탄 실란트의 장점:
① 다양한 기판에 대한 우수한 접착력; ② 탁월한 저온 유연성; ③ 우수한 탄성과 복원력으로 동적 접합에 적합; ④ 높은 기계적 강도, 우수한 내마모성, 내유성 및 생물학적 노화 저항성; ⑤ 대부분의 1액형 습기 경화 폴리우레탄 실란트는 무용제이며 기판 및 환경을 오염시키지 않음; ⑥ 실란트 표면에 도색이 가능하고 사용이 간편함.
폴리우레탄 실란트의 단점:
① 고온다습한 환경에서 비교적 빠른 속도로 경화시킬 경우 기포가 쉽게 발생하여 실란트의 성능에 영향을 미칩니다. ② 유리, 금속 등 비다공성 기판의 부품을 접착 및 밀봉할 때는 일반적으로 프라이머가 필요합니다. ③ 색상 배합이 옅어 자외선 노화에 취약하고, 접착제의 보관 안정성은 포장 및 외부 환경의 영향을 크게 받습니다. ④ 내열성 및 내노화성이 다소 부족합니다.
2.3 실란 변성 폴리우레탄 실란트의 장점과 단점
⑴실란 변성 폴리우레탄 실란트의 장점:
① 경화 시 기포가 발생하지 않습니다. ② 우수한 유연성, 가수분해 저항성 및 내화학성 안정성을 갖습니다. ③ 탁월한 내후성, 내열성, 내노화성 및 제품 저장 안정성을 제공합니다. ④ 다양한 기판에 적용 가능하며, 접착 시 일반적으로 프라이머가 필요하지 않습니다. ⑤ 표면에 도색이 가능합니다.
⑵실란 변성 폴리우레탄 실란트의 단점:
① 자외선 저항성은 실리콘 실란트만큼 좋지 않습니다. ② 인열 저항성은 폴리우레탄 실란트보다 약간 떨어집니다.
2.4 실릴 말단 폴리에테르 실란트의 장점과 단점
⑴실릴 말단 폴리에테르 실란트의 장점:
① 대부분의 기판에 대한 접착력이 우수하며 프라이머 없이 활성화 접착이 가능합니다. ② 일반 폴리우레탄보다 내열성 및 자외선 노화 저항성이 뛰어납니다. ③ 표면에 도색이 가능합니다.
⑵실릴 말단 폴리에테르 실란트의 단점:
① 내후성이 실리콘보다 좋지 않고, 시간이 지나면서 표면에 균열이 생깁니다. ② 유리에 대한 접착력이 좋지 않습니다.
이상의 소개를 통해 우리는 일반적으로 사용되는 몇 가지 단일 성분 반응성 탄성 실란트의 경화 메커니즘에 대한 기본적인 이해를 얻었고, 각각의 장단점을 비교함으로써 각 제품에 대한 전반적인 이해를 얻을 수 있었습니다. 실제 적용에서는 접합 부위의 실제 적용 조건에 따라 실란트를 선택하여 접합 부위의 우수한 밀봉 또는 접착 결과를 얻을 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 11월 15일