재활용 실리콘

재활용 실리콘 (recycle silicone)

실리콘은 유기화학과 무기화학 사이의 “잃어버린 고리(missing link)”이며 다른 중합체가 따라올 수 없는 고유 특성을 가지고 있다. 실리콘 분자의 크기나 구조를 변경함으로써 또는 다른 화합물을 첨가하여, 작용하는 방식을 향상시키거나 변경할 수있다. 실리콘의 놀라운 능력의 비밀은 유연한 Si-O-Si 백본(backbone)에 있다.

실리콘은 더 강력하고, 다양하고, 비용 효율적이며 사용하기 쉬운 전자 장치의 개발을 가능하게 한다. 그것은 자동차를 더 안전하고, 더 신뢰성 있고, 유지 비용이 덜 들게 만든다. 실리콘으로 제조된 가전 제품은 더 신뢰할 수 있고 더 적은 유지 관리가 필요하다. 실리콘은 환경적 손상으로부터 동력 전달 기구를 보호 및 전력 흐름 유지를 돕는다. 그것은 주소 라벨이 쉽게 떨어질 수 있게 하며 잘 안 붙는 표면에 산업용 테이프가 단단히 붙을 수 있게 한다.

실리콘 오일 또는 간단히 실리콘이라고도 불리는 실리콘 유체는 0.65에서 1,000,000 센티스토크에 달하는 범위인 점도에 의해서 판매된다. 제품이 다른 두 점도의 유체를 혼합하여 만들어지지 않았으면, 점도는 분자량에 관련되어 있다. 점도는 [2] 아래 식에서 “N”값의 근사 계산을 가능하게 한다[2].

점도, 25도
(센티스토크)
대략
분자량
대략
“N”값
5 800 9
50 3,780 53
100 6,000 85
200 9,430 127
350 13,650 185
500 17,350 230
1,000 28,000 375
10,000 67,700 910
60,000 116,500 1,570
100,000 139,050 1,875

실리콘은 다음에 나오는 하나 이상의 기작에 의해서 섬유, 직물, 금속 표면, 모발 및 피부를 포함한 기질에 부착될 수 있다:

(a) 소수성 – 오일을 물에 넣었을 때, 상기 수용액에 있는 물 분자 사이의 수소 결합을 붕괴시킨다. 이 붕괴는 혼합 에너지가 수소 결합을 파괴하기에 충분할 때 일어난다. 혼합이 중지될 때, 오일은 물 분자들 사이의 수소 결합의 재형성에 의해 물 밖으로 밀려난다. 이러한 현상은 오일을 표면에 전달하는 데 사용될 수 있다. 실리콘 용액은 이 방법으로 전달된다.

(b) 이온성 상호작용 – 분자상의 전하는 모발 또는 피부에의 오일 공급시에도 영향을 미친다. 예를 들어, 오일이 분자상에 양이온 전하를 가지고 있다면, 그 표면에 마이너스 전하를 가지고 있는 기질과 이온 결합을 형성 할 것이다. 이 두 반대 전하가 함께 소위 쌍 결합을 형성한다.

(c) 일반 접착 – 오일이 피부나 모발에 전달되어 관통하고 중합되는 경우, 형성된 중합체의 연동 네트워크가 생긴다. 기질에 직접 결합되지 않았지만,이 중합체 네트워크는 기질에 부착된다.

(D) 특이 접착 – 오일이 피부나 모발에 전달되어 관통된 후 모발이나 피부상의 그룹과 반응하는 경우, 중합체와 기질 사이에 화학 결합이 있다. 이 접착은 가장 강하고 가장 영구적인 접착 기작이다.

실리콘 용액은 거의 대부분 다음의 (a) 기작에 의해서 반응한다. 다른 기작이 도입될 수 있을 정도까지, 더 강하고 효율적으로 컨디션너가 기질에 전달될 수 있다. 유기 기능성 실리콘의 사용시, 머리와 피부에 효율적으로 컨디션너를 제공하기 위한 추가 기작을 활용하기 위해 많은 노력이 진행되고 있다.

놀라운 범위의 기능

실리콘은 고온에서의 안정성과 수명, 햇빛, 습기, 극한 온도, 화학 물질 등에 대한 저항성과 같은 몇 가지 매우 유용한 특성을 가지고 있어 많은 제품그룹에 사용된다. 실리콘은 여러 가지 형태로 만들어질 수 있고 다른 수백 가지 일을 수행할 수 있다. 실리콘은 단단하고 부서지기 쉽게 또는 부드럽고 유연하게 할 수 있다.

실리콘은 액체 또는 고체가 될 수 있고, 내구성을 가지거나 임시적일 수 있고, 부착하거나 분리할 수 있다. 이 중합체는 소수성(물에 반발) 또는 친수성(물을 흡수)이 될 수 있다. 실리콘은 물건을 부드럽고, 유연하고, 실크하게 또는 단단하고, 거칠고, 점착성있게 만들 수도 있다. 실리콘은 거품을 파괴하거나 안정화 할 수 있다.

입증된 성능

1980년대에 전 세계의 건물에 설치된 구조 실리콘 실란트는 오늘날까지도 유지되고 있다.
모든 화장, 머리 및 미부 미용 그리고 겨드랑이 관련 제품의 약 절반 가량에 실리콘이 포함되어 있다.

실리콘 마감은 직물의 부드러움을 증가시키고 촉감을 향상시키기 위한 가장 좋은 재료로 널리 인식되고 있다.

실리콘 소포제는 1990년대 초부터 전 세계적으로 펄프 세척 작업에 광범위하게 사용되어왔다.

실제로 배터리나 전류에 의해 구동되는 모든 전자 장치는 실리콘에 의존한다.

실리콘 오일 재활용

2.1. 실리콘 웨이퍼(wafer)의 절단 및 연마 과정에서 생긴 폐기물의 재활용 및 처리를 위한 방법은 다음과 같다[3]: 탈수 필터 케이크는 물과 혼합되어 필터 케이크가 희석되어 작업 유체를 형성한다. 물은 필터 케이크의 실리콘과 반응하여 이산화 규소와 수소를 생성한다. 저장을 위해 수소를 추출한 후, 물을 통한 비중 분리가 일어나 탄화 실리콘과 실리콘 입자의 분리가 일어난다. 그 후, 고액 분리는 PEG(polyetyleneglycole)이 물로부터 분리되기 전에, 물과 PEG(액체)로부터 이산화 실리콘(고체)를 분리하기 위해 나머지 작업 유체에 대해 수행된다. 따라서, 유용한 실리콘 입자, 탄화 실리콘, 이산화 실리콘, 그리고 PEG는 필터 케이크로부터 재활용되어 폐기물의 총량을 감소시킨다. 더욱이, 부산물로써 수소는 높은 상업적 가치가 있고, 상기 방법은 또한 재활용에 의한 이윤을 추가한다.

2.2 실리콘 줄톱 슬러리의 재활용: 적용된 전기장 하의 램프 침전조에서 실리콘과 탄화 실리콘의 분리:

세계 시장에서의 실리콘 태양 전지에 대한 수요는 매년 생산된 실리콘 톱질 폐기물의 양을 크게 증가시키고 있다. 톱질 페기물로부터 Si 및 SiC의 재활용은 이러한 낭비를 줄이기 위해 경제적인 방법이다. 램프 침전조를 사용한 Si 및 SiC의 분리 연구 [4] 보고가 있다. 그들이 전기장에 정착될 때, pH 7에서 더 큰 음전하를 지닌 Si 입자는 SiC 입자보다 더 큰 수평 변위를 가지고 있어 Si와 SiC의 분리가 일어난다. 실험 결과와 예상 결과의 일치는 램프 탱크에서 입자가 수집 포트에 도달하기 위해 짧은 거리를 이동했음을 보여준다. 결과적으로, 작은 입자가 탱크 저점에 도달하기 위해 필요한 시간이 감소하고, 침전 중에 입자와 유체 운동 사이의 분산에 의해 야기되는 간섭이 감소하였다. 램프 탱크에서 회수된SiC 및 Si 분말의 최고 순도는 각각 7.01 및 95.2 중량 %이었다. 램프 탱크를 사용시, 실리콘 – 풍부 분말 (SiC <15 중량 %)의 재활용 분획은 (전체 폐기물 기준) 22.67 %에 달했다. 이 분획은 직사각형 탱크를 사용할 때보다 더 큰 달성율이다. 의미: 실리콘 톱밥으로부터 Si 및 SiC 연마재로의 재활용은 절단 폐기물을 줄이는 경제적인 방법으로 간주된다. 그러나, Si 및 SiC의 분리는 어렵다. 직사각형 탱크에 비해 램프 탱크를 이용하여 실리콘 - 풍부 분말의 재활용 분획은 더 크고, 제안된 램프 침전조는 산업용 적용에 더 적합하다. 참고

  1. www.dowcorning.com
  2. Basic Silicone Chemistry, Anthony O’Lenick, Silicone Spectator, January 2009
  3. Patent application number: 2012031274, Jr-Jung Iang (Changhua City, TW) ,2012-12-13
  4. Air Waste Manag Assoc., Tsai TH1, Shih YP, Wu YF. 2013 May;63(5):521-7

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