비디엔탄성체 - 부틸고무, 실리콘고무, 플루오로고무, 불소수지

비디엔 탄성체(Non-Diene Elastic Body)

다수의 중요한 탄성체는 디엔 탄성체의 불포화 사슬 구조를 갖지 않습니다. 비디엔 탄성체에는 폴리이소부틸렌(부틸고무), 폴리실록세인(실리콘 고무), 바이톤(Viton, 플루오로 탄성체), 스판덱스(Spandex, 폴리우레탄 탄성체), 에틸렌/프로필렌에서 유도된 탄성체(EP, EPDM 탄성체)가 포함됩니다. 부틸고무와 EPDM은 소량의 디엔 단량체의 공중합을 이용하여 가황 장소를 제공하는 경우가 있습니다. 반면 다른 비디엔 탄성체의 경우에는 자유 라디컬 개시제 또는 다작용기 단량체를 사용하여 망상 구조를 형성합니다.

 

비디엔 탄성체는 주사슬에 이중 결합이 없거나 소량만 존재하므로, 디엔 탄성체에 비해 산소와 오존에 대한 저항성이 뛰어나며, 내화학성이 우수합니다.

부틸고무(Butyl Rubber), PIB (Polyisobutylene) 및 IIR (Isoprene Isobutylene Rubber)

부틸고무(Butyl Rubber), 또는 PIB (Polyisobutylene) 및 IIR (Isoprene Isobutylene Rubber)로 줄여서 불리기도 합니다. 이 고무는 가황의 불포화 장소를 제공하는 소량의 이소프렌(Isoprene)을 함유하는 공중합체(IIR)로 형성됩니다. 구체적으로는 순도가 99% 이상인 이소부틸렌(Isobutylene)과 약 1.5~4.5%의 이소프렌이 혼합된 물질에 순수한 메틸클로라이드를 첨가하고, 무수염화알루미늄 촉매를 사용하여 낮은 온도에서 양이온 부가중합(Cationic Addition Polymerization)으로 제조됩니다.

 

부틸고무는 불포화도, 무니점도, 오염 유무에 따라 할로겐화부틸고무와 폴리이소부틸렌 등 여러 종류로 나누어집니다. 이 고무의 특징은 기후의 변화에 잘 견디고 불포화결합이 적어 열이나 오존 및 산화제에 강하며 전기절연성이 뛰어나고 충격을 잘 흡수합니다. 또한 탄성체가 잘 결정화하지 않아 -50°C 정도의 낮은 온도에서도 유연성을 유지합니다. 기체투과성이 매우 작아 자동차나 자전거 타이어의 내부튜브로 주로 사용되며, 또한 전선이나 공업용 건축 재료로도 활용됩니다.

실리콘고무 (Silicone Rubber; Polysiloxane; 규소고무)

실리콘고무는 실록세인 (Siloxane) 결합 (Si-O)을 가지고 있는 중합체로, 고온안정성, 산화안정성, 저온 유연성, 우수한 전기적 물성, 내유성, 내후성 등의 특성을 가지고 있습니다. 주로 전선과 전선피복제의 절연체, 수술용 의치, 개스킷, 밀봉제, 항공기용 튜브 등의 용도로 사용됩니다.

 

이 고무는 다양한 실록세인 단위로 이루어진 중합체로 만들어지며, 일반적으로 디메틸디클로로실레인과 같은 디클로로실레인을 가수분해하여 폴리실록세인을 생성합니다. 이러한 공정에서는 삼량체 (Trimer)와 사량체 (Tetramer)에 의한 고리형 실록세인이 형성되어 고분자량의 폴리실록세인을 만들기에는 적절하지 않습니다. 따라서 탄성체의 응용에 적합한 고분자량의 폴리실록세인은 염기 촉매하에 고리형 생산물의 개환 중합을 통해 얻을 수 있습니다.

 

가교된 실리콘고무는 중합에 추가적인 반응기를 제공하는 디클로로실레인과 알킬 트리클로로실레인의 공가수분해로 제조됩니다. 또한 폴리디메틸실록세인은 과산화물(과산화벤조일, 디큐밀페르옥시드)을 사용하여 가교할 수도 있습니다.

 

실리콘고무는 실리콘 오일보다 분자량이 큰 것으로, 분자량은 몇십만 정도이며, 시중에 판매 중인 것 중에는 메틸기(-CH3)의 일부가 페닐기(C6H5)나 비닐기(-CH=CH2)로 치환되어 있는 경우도 있습니다.

 

고유한 특성 중 하나는 내열성으로, 250°C에서 3일 동안 방치해도 강도와 신장률의 변화가 10% 이내로 유지될 수 있습니다. 또한 저온(-45°C)에서도 고무 탄성을 유지하므로, 항공기 창문 봉합, 발수성이 필요한 장소, 발열 부분에 특수 재료로 사용되며, 고무 롤러의 내부, 패킹 재료, 전기 절연재료 등 다양한 용도로 활용됩니다.

플루오로고무(Fluororubber)

플루오로고무(Fluororubber), 플루오린고무, 플루오로탄성체, 불소고무, Viton 플루오로 원자를 함유한 고무상 물질을 지칭합니다. 대다수의 플루오로 탄성체는 유기 개시제 또는 무기 개시제를 이용하여 고압에서 자유 라디칼 중합을 통해 얻어집니다. 또한, 플루오로 탄성체의 대부분은 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene Fluoride)를 가진 플루오린화 폴리올레핀 (Tetrafluoroethylene과 Hexafluoropropylene)의 공중합체입니다.

 

이러한 고무는 내열성, 내한성, 내유성, 내약품성이 뛰어나며, 현재 시장에서 가장 높은 내열성을 자랑합니다.

불소 탄성체에는 주로 제트기의 다양한 부품 및 오일통의 패킹재 (Seal) 등에 사용되며, 가공성이 떨어지는 단점이 있습니다.

 

예를 들어, Kel-F 탄성체는 트리플루오로클로로에틸렌 30~50%와 플루오로화비닐리덴 704~5%의 공중합체입니다.

 

Viton A는 헥사플루오로프로필렌과 플루오로화비닐리덴의 공중합체이며, Poly FBA는 폴리아크릴로니트릴계 공중합체로 분류됩니다. 

플루오로수지 (Fluororesin, 불소수지, 불화수지)

불소수지는 불소를 함유한 올레핀을 중합하여 얻어진 합성수지로, 내열성과 내약품성의 우수성을 가지며 마찰계수가 낮은 특징을 갖고 있습니다.

 

이 중에서도 가장 대표적으로 생산되는 불소수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 4플루오로화수지, 테플론)입니다. 테플론은 듀폰사의 불화수지로 260°C의 내열성을 가지지만 열가소성이 없고 가공성이 낮습니다.

 

이에 성형성을 향상시키기 위해 완전불화시킨 PTFE의 일부 불소기를 수소 또는 염소로 치환하거나, 여러 클로로트리플루오로에틸렌수지 (CTFE)나 불화비닐리덴수지 (PVDF) 같은 올레핀 수지들이 개발되었습니다.