열경화성 수지는, 열가소성 수지 에 비해 종류나 생산량이 적고, 어느 쪽이라고 하면 「조연」과 같은 존재입니다. 그러나 실은 인류가 처음으로 만든 수지는 열가소성 수지가 아니라 열경화성 수지인 것을 아십니까? 그 인류에서 가장 오래된 합성수지의 이름은 「베이클라이트」입니다.
베이클라이트는 성능 밸런스가 좋은 열경화성 수지로, 현재는 수지에 기재를 섞은 적층판의 형태로 판매되고 있습니다. 첨단 재료 분야를 비롯한 독자적인 영역에서 활약을 계속하는 베이클라이트는, 우리의 생활을 뒤에서 지지하는 수지라고도 할 수 있을 것입니다.
이번 기사에서는, 베이클라이트의 종류나 특징, 장점이나 단점, 용도 등을 해설합니다.
목차
베이클라이트란?
먼저 베이클라이트의 개요와 종류에 대해 설명합니다.
베이클라이트 개요
베이클라이트(Bakelite)는, 「페놀 수지」라고 불리는 열경화성 수지입니다. 산업용으로는 종이나 천에 도포하여 열경화시킨 판상 소재로 알려져 있습니다. 그 이외에는 접착제나 도료, 전기 절연 재료 등의 용도에 활용되고 있습니다. 원료는 페놀과 포름알데히드입니다. 이들을 산 또는 염기 촉매와 함께 필요에 따라 경화제 등을 첨가하여 가열함으로써 입체 망목 구조의 베이클라이트를 얻을 수 있습니다.
베이클라이트는 비교적 저렴하면서도 내열성, 강도, 전기 절연성 등이 우수한 열경화성 수지로서 지금까지 다양한 장면에서 사용되어 왔다. 열가소성 수지의 등장에 의해, 그 활약의 장은 조금씩 변화해 왔지만, 새로운 시장의 요구에 맞추어 독자적인 진화를 계속하고 있습니다. 현재에도 베이클라이트가 가지는 특성을 살린 용도 개발이 진행되고 있으며, 앞으로도 활용 분야는 넓어질 것으로 기대되고 있습니다.
베이클라이트의 역사
베이클라이트의 역사를 간단히 해설합시다. 베이클라이트는 1872년에 독일의 아돌프 바이엘에 의해 페놀계 염료의 연구 중에 발견되었고, 1907년에 벨기에계 미국인 레오 헨드릭 베이클랜드에 의해 그 제법이 특허 출원되었습니다. 베이클랜드는 1910년, 페놀 수지의 공업 생산을 목적으로 베이클라이트사를 설립하고, 자신의 이름을 따서 상품명을 「베이클라이트」로 설정. 현재도 이 명칭이 일반적으로 사용되고 있습니다.
베이클라이트의 종류
현재 베이클라이트는 수지 단체가 아닌 수지에 기재(종이 또는 천)를 섞어 성형한 적층판으로서 일반적으로 유통하고 있습니다. 이들은 각 기재에 수지를 도포하여 열경화시키는 방법으로 제조됩니다. 종이를 기재로 한 적층판은 「종이 베이클라이트」, 천을 기재로 한 적층판은 「천 베이클라이트」라고 불립니다. 각 제품의 특징은 다음과 같습니다.
종이 베이클라이트
베이클라이트에 종이를 섞은 제품으로, 천 베이클라이트에 비해 저렴(약 반값)으로 가벼운 점이 특징입니다. 전기 절연성을 목표로 하는 경우 종이 베이클라이트를 사용하는 것이 좋습니다. 단, 기재로서 종이를 사용하고 있기 때문에, 흡수성이 높은 점에는 주의가 필요합니다.
천 베이클라이트
천을 기재로 한 베이클라이트입니다. 종이 베이클라이트에 비해 기계적 특성이 우수하기 때문에 강도를 목적으로 하는 장면에서 자주 사용됩니다. 한편, 종이 베이클라이트와 마찬가지로 기재의 흡수성이 높기 때문에 수분이 적은 환경에서 사용해야 합니다.
베이클라이트의 특징
베이클라이트에는 다음과 같은 장점과 단점이 있습니다.
베이클라이트의 장점
베이클라이트에는 많은 장점이 있지만 대표적인 것은 다음과 같습니다.
내열성이 높음
베이클라이트는 열경화성 수지이기 때문에 열에 강한 점이 큰 특징입니다. 내열 온도는 150~180℃로 높고, 고온에서도 강도가 유지됩니다.
전기 절연성이 우수하다
베이클라이트는 전기 절연성이 높기 때문에 절연 재료로서 프린트 기판이나 차단기, 배전반 도료 등에 활용되고 있습니다.
기계적 강도가 높음
기계적 강도의 높이도 베이클라이트의 큰 장점입니다. 특히 천 베이클라이트는 종이 베이클라이트보다 강도가 높고 내충격성 등이 요구되는 용도로는 천 베이클라이트가 자주 사용됩니다. 단, 강도는 기재(종이나 천)의 섬유의 방향성에 영향을 받기 때문에 주의가 필요합니다.
사출 성형으로 가공 가능
베이클라이트를 수지 단체로 성형하는 경우, 열가소성 수지와 마찬가지로 사출 성형 에 의한 가공이 가능합니다. 경화하지 않는 정도의 온도(약 50℃)까지 베이클라이트를 가열한 후, 금형에 흘려 넣고, 150~180℃로 가열하여 경화시킵니다.
베이클라이트의 단점
베이클라이트를 사용할 때는 다음 단점에 주의합시다.
재활용이 어렵다
열경화성 수지인 베이클라이트는, 한 번 경화시켜 성형한 후에는 재형성할 수 없기 때문에, 재활용이 어렵다고 여겨져 왔다. 현재, 스미토모 베이클라이트 등이 베이클라이트의 재활용에 관한 연구를 진행하고 있습니다.
흡수성이 높음
적층판으로 판매되는 베이클라이트의 내부에는 기재로서 종이와 천이 포함되어 있습니다. 그 때문에 흡수성이 높고, 물이 있는 환경이나 습도가 높은 환경에서의 사용에는 적합하지 않습니다.
내후성이 낮고 알칼리성 용매에 약하다
베이클라이트는 자외선에 약하기에 실외에서 사용할 때는 주의가 필요합니다. 또한 알칼리에 용해되기 쉽다는 특징도 있습니다.
베이클라이트의 주요 용도
베이클라이트는 1907년에 공업 생산이 시작된 이후 식기와 주방용품, 버튼, 시계, 액세서리 등 우리의 친숙한 제품에도 많이 사용되어 왔습니다. 그러나 그 후 나일론이나 불소 수지를 비롯한 많은 열가소성 수지가 발명되어 성형성이나 비용 등의 관점에서 베이클라이트의 일부 용도가 열가소성 수지로 대체되어 갑니다. 이제는 베이클라이트 자체를 제품으로 성형하는 것이 적습니다. 그러나, 베이클라이트가 가지는 독자적인 성질을 살려, 현재에도 다양한 용도 전개가 진행되고 있습니다.
예를 들어 베이클라이트는 우수한 전기 절연성을 살려 프린트 기판이나 배전반, 차단기 등에 사용되고 있습니다. PCB는 태블릿과 같은 IT 기기뿐만 아니라 현재의 가전 제품에 필수적입니다. 따라서 전기를 사용하는 모든 분야에서 베이클라이트가 사용되고 있다고 해도 과언이 아닙니다. 또, 접착제나 쉘 몰드재, 도료로서도 유용합니다. 예를 들어, 주조용 모래형이나 3D프린터용 재료의 바인더 등에도, 베이클라이트가 접착제로서 사용되고 있습니다. 또한 알칼리에의 용해성이나 200~300nm의 빛을 흡수하는 특성을 살려 포토레지스트 재료로도 사용됩니다. 이들 외에도 금속 대체 부품, 리튬 이온 전지의 음극재, 의약용 활성탄 원료 등 다양한 분야의 고기능 재료로서 활용이 진행되고 있습니다. 2010년 소행성 ‘이토카와’에서 샘플을 가져온 캡슐의 단열재 재료에도 베이클라이트가 사용되었습니다.
정리
베이클라이트는 100년 이상 전에 개발된 세계 최초의 합성수지로 페놀 수지라고도 불립니다. 비교적 저렴하면서도 내열성, 강도, 전기 절연성 등이 뛰어난 성능 밸런스가 좋은 열경화성 수지입니다. 현재는 수지 단체가 아니고, 수지에 기재(종이 또는 천)를 섞어 성형한 적층판으로서 유통하고 있습니다.
내열성이나 전기 절연성이 뛰어난 점, 강도가 높은 점, 사출 성형으로 가공할 수 있는 점 등은 베이클라이트의 장점입니다. 한편, 재활용이 어렵고, 흡수성이 높고, 자외선에 약하다는 단점도 있습니다.
베이클라이트는 현재 인쇄 회로 기판 및 배전반, 접착제 및 페인트, 포토레지스트 재료, 리튬 이온 배터리의 음극제 등 다양한 장면에서 사용되고 있습니다. 그 용도 개발은 앞으로도 진행될 것입니다.
