실란트는 재료의 틈새를 통해 유체가 통과하는 것을 막는 물질로, 일종의 기계적 밀봉재입니다. 건축 공사에서 실란트는 코킹과 같은 의미로 사용되며, 먼지, 소음, 열 전달을 차단하는 역할도 합니다.
실란트 프리폴리머의 강도는 그다지 높지 않으므로, 특정 보강 효과를 가진 필러를 첨가해야 합니다. 일반적인 필러로는 탄산칼슘, 석영 분말, 카본블랙, 이산화티타늄, 수산화알루미늄, 활석, 카올린, 점토 등이 있습니다. 이 중 탄산칼슘 필러는 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 다양한 입자 크기 분류, 다양한 표면 처리 방법, 높은 백색도, 숙련된 생산 기술, 그리고 저렴한 가격 등이 있습니다. 다른 필러에 비해 가장 널리 사용됩니다.
실런트의 탄산칼슘
실런트에 탄산칼슘을 첨가하는 장점은 실런트의 부피를 증가시키고 실런트의 성능을 향상시킬 수 있다는 것입니다. 인장 강도, 내마모성, 내인열성, 경도 등을 고려해야 합니다. 탄산칼슘의 첨가량은 전체 실란트 제형의 10%에서 70%까지 차지할 수 있습니다. 실란트에 사용되는 탄산칼슘의 양이 많기 때문에 실란트 업계는 탄산칼슘 제품에 대한 요구 사항도 더욱 높아졌습니다. 안정적인 품질, 다양한 성능 지표의 작은 변동, 우수한 보강 효과 및 가공 성능, 적절한 가격, 그리고 특정 경제적 이익을 창출할 수 있는 능력은 모두 매우 중요합니다.
현재 국내 탄산칼슘은 여러 기술적 어려움을 점차 극복하고 우수한 품질의 수입 탄산칼슘 제품을 대체하고 있습니다. 실란트 분야의 발전은 전체 탄산칼슘 산업의 성장을 촉진했습니다. 두 산업은 상호 보완적이며 밀접한 관련이 있습니다.
탄산칼슘의 차이점
탄산칼슘 제품은 크게 나노 탄산칼슘, 경질 탄산칼슘, 중질 탄산칼슘의 세 가지 유형으로 나뉩니다. 연구 개발 담당자는 실란트의 성능 요건에 따라 적절한 제품을 선택해야 합니다. 포팅 컴파운드와 같은 레벨링 실란트를 제조할 때는 입자 크기가 크고 유동성이 좋은 탄산칼슘을 선택할 수 있습니다. 요변성이 높은 실란트의 경우, 입자 크기가 작고 표면 처리가 된 탄산칼슘을 선택할 수 있습니다. 고경도 실란트를 제조할 때는 탄산칼슘의 첨가량을 적절히 늘릴 수 있습니다. 압출 특성을 향상시키기 위해 나노 탄산칼슘과 중질 탄산칼슘을 병용할 수 있습니다.
또한, 입자 크기, 흡유량, 수분 함량, 표면 활성화 방법, 그리고 활성제 선택의 차이는 실란트의 물리적 및 기계적 특성에 상당한 차이를 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 탄산칼슘이 2액형 실리콘 실란트의 성능에 미치는 영향을 연구함으로써 실란트에 탄산칼슘을 선택하는 데 귀중한 참고 자료를 제공할 수 있습니다.
실리콘 실란트는 기본 접착제(성분 A)와 경화제(성분 B)의 두 가지 성분으로 나뉩니다.
구성 요소 A: 107 실리콘 고무 120부와 탄산칼슘 100부를 첨가합니다. 더블 플래닛 믹서 잘 섞은 후, 깨끗한 용기에 옮겨 담아 밀봉하세요.
구성 요소 B: 경화제를 더블 플래닛 믹서에 넣고 잘 섞은 다음 깨끗한 플라스틱 튜브에 옮겨 밀봉합니다.
6개 제조업체의 탄산칼슘 제품에 대한 자세한 정보는 아래와 같습니다.
표 1: 다양한 제조업체의 탄산칼슘 제품에 대한 자세한 정보.
탄산칼슘의 수분 함량
다양한 제조업체의 탄산칼슘 제품에 대한 수분 함량 시험 결과는 표 2에 나와 있습니다.
표 2: 다양한 제조업체의 탄산칼슘 제품의 수분 함량
표 2에서 볼 수 있듯이, 공장 반입 후 검출된 모든 탄산칼슘 시료의 수분 함량은 제조사에서 제공한 값보다 어느 정도 높습니다. 이는 탄산칼슘이 운송 과정에서 수분을 쉽게 흡수하기 때문입니다. 수분 흡수량이 일정 수준에 도달하면 탄산칼슘을 마디로 하는 국소적인 미세 네트워크 구조가 형성됩니다. 심각한 경우 사례실란트에 국소적인 미세 구조화 및 응력 집중이 발생하여 고르게 분포된 미세 "입자"가 다량 형성되어 국소적인 수축이나 돌출 현상이 나타날 수 있습니다. 따라서 실란트 생산 과정에서는 혼합 단계에서 탈수 공정이 필요합니다. 습기 경화형 실란트의 경우, 실란트의 저장 안정성에 영향을 미치지 않도록 탄산칼슘을 혼합 전에 건조해야 합니다.
다양한 탄산칼슘이 실런트 점도에 미치는 영향
제조된 실란트 성분 A를 표준 조건에서 24시간 방치한 후, 회전 점도계를 이용하여 점도를 측정하였다. 측정 결과는 표 3에 나타내었다.
표 3: 성분 A의 점도
표 3에서 알 수 있듯이, 입자 크기가 유사한 탄산칼슘 제품의 경우, 해당 제품으로 제조된 실란트의 점도도 유사합니다. 6가지 실란트 제품 중 5#와 6# 탄산칼슘으로 제조된 실란트의 점도는 약간 낮은데, 이는 두 제품의 입자 크기가 더 크기 때문입니다.
다양한 탄산칼슘이 실런트 유동성에 미치는 영향
실란트의 유동성 시험 결과는 표 4에 나타나 있다.
표 4 실란트의 유동성
표 4의 결과에서 1#와 2# 탄산칼슘으로 제조된 실란트는 유동성이 없는 반면, 3#~6# 탄산칼슘으로 제조된 실란트는 모두 양호한 유동성을 나타냄을 알 수 있습니다. 즉, 나노 탄산칼슘으로 제조된 실란트는 요변성이 우수한 반면, 경질 및 중질 탄산칼슘으로 제조된 실란트는 레벨링성이 우수합니다. 따라서 탄산칼슘 입자의 크기가 실란트의 요변성과 레벨링성을 결정합니다.
다양한 탄산칼슘이 실런트 경도에 미치는 영향
실란트 경도 시험 결과는 표 5에 나타나 있다.
표 5 실란트 경도
표준 조건에서 다양한 탄산칼슘이 실런트의 기계적 특성에 미치는 영향
표 5에 제시된 데이터는 5# 및 6# 중질 탄산칼슘을 사용하여 제조된 실란트의 경도가 낮은 반면, 1#-4# 탄산칼슘을 사용하여 제조된 실란트의 경도가 더 높음을 보여줍니다. 이러한 차이는 탄산칼슘의 표면 처리에 기인할 수 있습니다. 지방산으로 처리된 탄산칼슘은 수많은 물리적 가교점을 형성하여 최종 실란트의 경도를 증가시킵니다. 반면, 표면 처리가 되지 않은 중질 탄산칼슘은 고유 경도에 따라 실란트의 경도에 영향을 미칩니다.
표준 조건에서 실란트의 기계적 특성
실란트의 A 및 B 성분을 질량비 12:1로 혼합하고 표준 조건[온도: (23 ± 2) °C, 상대 습도: (50 ± 5)%]에서 14일 동안 경화시켰다. 혼합 후 두께가 (2.0 ± 0.2) mm인 시트를 형성했다. 인장 강도 및 파단 신율을 포함한 기계적 특성은 GB/T 528-2009 표준에 따라 테스트되었다. 또한, 고온 및 저온 테스트를 수행하여 극한 조건에서 실란트의 성능을 평가했다. 고온 테스트의 경우, 샘플을 90°C 오븐에 168시간 동안 넣은 다음 인장 테스트를 실시했다. 저온 테스트의 경우, 샘플을 인장 테스트 전에 168시간 동안 -30°C에 두었다.
표 6 표준조건에서의 기계적 성질 시험 결과를 요약하면 다음과 같다.
다양한 탄산칼슘으로 만든 실란트의 인장강도 및 파단신율
표 6에서 볼 수 있듯이, 다양한 탄산칼슘으로 제조된 6가지 유형의 실리콘 실란트는 가황 후 인장강도와 파단신율이 서로 다릅니다. 구체적으로는 다음과 같습니다.
- 1#와 2# 탄산칼슘으로 만든 실런트의 인장강도와 파단신율은 비슷합니다.
- 3#와 4# 탄산칼슘으로 만든 실런트의 인장 강도와 파단 신율도 비슷합니다.
- 5#와 6# 탄산칼슘으로 만든 실런트의 인장강도와 파단신율은 서로 비슷합니다.
탄산칼슘 1#와 2#는 나노 크기로, 입자 크기는 약 50nm이며 비표면적이 넓습니다. 이 나노 탄산칼슘은 실란트의 고분자 매트릭스와 많은 접촉점(보강 부위)을 가지고 있어 분자 계면에서 강력한 상호작용을 촉진합니다. 이는 균열 전파를 방지하고, 전단 띠를 생성하며, 에너지를 흡수하여 실란트의 인성, 내충격성, 내인열성을 향상시켜 인장 강도와 신율을 모두 향상시킵니다.
탄산칼슘 3#와 4#는 미크론 크기의 활성 경량 분말로, 비표면적이 나노 탄산칼슘보다 약간 작습니다. 보강 효과는 나노 탄산칼슘과 유사하지만, 보강 지점이 적기 때문에 효과가 약간 떨어집니다.
탄산칼슘 5#와 6#는 나노 및 활성 경질 탄산칼슘에 비해 비표면적이 현저히 작은 활성 중질 칼슘 분말입니다. 이 분말들은 보강점이 가장 적어 인장 강도와 파단 신율이 가장 낮고 보강 효과도 가장 약합니다.
90℃ 고온 조건에서의 실란트의 기계적 특성
90℃ 고온조건에서 실란트의 기계적 성질에 대한 시험결과를 표 7에 나타내었다.
표 7 90℃ 고온 조건에서의 실란트의 기계적 성질
90°C 고온 처리 후, 실란트의 인장 강도와 파단 신율이 현저히 감소합니다. 1#와 2# 나노 탄산칼슘으로 제조된 실란트는 강도와 신율이 가장 크게 감소합니다. 이는 나노 탄산칼슘의 비표면적이 넓어 가열 면적이 넓어지기 때문입니다. 결과적으로, 나노 탄산칼슘의 보강 효과는 고온 처리에 더 민감하게 반응하여 기계적 특성이 크게 저하됩니다.
-30°C의 저온 조건에서의 실란트의 기계적 특성
-30°C의 저온 조건에서 실란트의 기계적 특성에 대한 시험 결과는 표 8에 제시되어 있습니다. 표준 조건에 비해 여러 실란트의 인장강도와 파단신율이 다양한 정도로 증가했습니다. 이러한 예상치 못한 결과의 원인은 추가 조사 및 확인이 필요합니다.
표 8 30℃ 저온에서의 실란트의 기계적 성질
결론
다양한 유형의 탄산칼슘은 실런트의 성능에 각기 다른 영향을 미칩니다. 나노 탄산칼슘입자 크기가 작은 은 최고의 보강 효과를 제공하여 실란트 제품을 만듭니다. 또한 틱소트로피(thixotropy)가 우수하고 인장 강도와 파단 신율이 가장 높습니다. 입자 크기가 약간 더 큰 경질 탄산칼슘과 중질 탄산칼슘은 나노 탄산칼슘에 비해 보강 효과가 떨어집니다. 하지만 이들을 사용하여 만든 실란트는 유동성이 우수합니다. 경질 탄산칼슘으로 만든 실란트는 경도가 가장 높고, 중질 탄산칼슘으로 만든 실란트는 경도가 가장 낮습니다.
고온 및 저온 처리 모두 실리콘 실란트의 기계적 특성에 영향을 미칩니다. 고온 노출 후, 다양한 탄산칼슘 계열로 제조된 실란트의 인장 강도와 신율은 감소합니다. 반대로, 저온 노출 후에는 다양한 유형의 탄산칼슘 계열 실란트에서 이러한 특성이 증가합니다.
