매트리스·소파·냉장고·선박에 꼭 필요한 실리콘 정포제
발포 공정 안정화와 불량률 줄이는 데도 효과 있다고?

2026.02.01

폴리우레탄은 이소시아네이트와 폴리올의 반응으로, 1937년 독일에서 최초로 합성됐다. 충격 흡수와 복원력이 뛰어난 폴리우레탄의 개발은 혁신이었다. 2차 세계대전 중 군수물자로 활용되며 기술이 본격화됐고 매트리스, 자동차 시트, 단열재 등 생활 전반에도 활용되며 큰 변화를 가져왔다. 이때 폴리우레탄 폼 제조 과정에서 실리콘 정포제를 넣는데, 우레탄 폼의 셀을 제어해 원하는 형태로 구현시킨다.

실리콘 정포제는 열린 셀 구조의 연질과 닫힌 셀 구조의 경질로 나뉜다. 전자는 매트리스, 소파, 신발 밑창 등에 들어가 균일한 셀 구조를 통해 착좌감을 개선한다. 후자는 냉장고, 단열 LNG 선박, 건축 등에 극저온 단열재로 활용돼 단열 성능과 구조 안정성을 확보한다.

실리콘 정포제 핵심 원리는
‘마랑고니 효과’

실리콘 정포제가 단순한 공정 보조제라고 생각하면 오해다. 최종 제품의 물성에 영향을 미쳐 균일한 셀 구조로 외관 품질을 향상시킬 뿐 아니라 단열 성능, 경량화, 치수 안정성에 이바지해 매끄러운 표면 기능성을 확보한다. 또한 압축 강도, 복원성, 내구성 향상 등 기계적 물성을 개선한다. 이처럼 실리콘 정포제는 최종 폴리우레탄 제품의 성능을 결정짓는 핵심 인자다.

실리콘 정포제는 소량만 넣어도 제품 전반에 미치는 영향이 크다. 발포 공정의 안정화와 개선 공정의 허용 범위를 확대해 생산성을 향상하고 재작업을 줄여 불량률을 줄인다. 원가 절감, 품질 클레임 감소, 고객 신뢰도 향상 효과를 가져오는 것이다.

실리콘 정포제가 기포를 안정화하는 핵심 원리는 ‘마랑고니 효과’에 있다. 기포 벽이 얇아지려고 하면 그 부분의 정포제 농도가 낮아진다. 표면 장력 차이가 발생하면서 주변 액체가 얇아진 쪽으로 끌려 올라온다. 결과적으로 얇아진 벽이 다시 두꺼워지면서 기포가 터지는 것을 방지한다. 기온, 습도, 라인 속도 등에 따라 정포제의 활성도가 달라질 수 있다.

실리콘 정포제는 화학적으로 실리콘(발수성·소수성) 부분과 폴리에테르(친수성) 부분이 결합된 계면활성제 구조를 갖는다. 물과 기름이 잘 섞이지 않아 경계면을 형성하지만 계면활성제가 들어가면 경계면이 활성화돼 잘 섞이는 효과를 낳듯, 실리콘 정포제가 우레탄 원료들이 잘 섞이게 하고 초기 셀이 쉽게 형성되도록 돕는 계면활성제 역할을 하는 셈이다. 이때 생성된 기포가 성장을 멈추고 경화될 때까지 벽면이 터지지 않도록 지지한다. 폼 내부의 기포를 균일하고 미세하게 만들어 탄성, 단열성 등의 물리적 특성을 결정하기도 한다.

폴리우레탄의 셀 안에 발포제를 가둬 단열 효과를 내기도 한다. 폼 발포 중 기포가 터지지 않도록 정포제가 돕는다. 셀 크기를 균일하고 일정하게 조절한다. 실리콘 메인 구조에 EO/PO*를 부가해 친수성 정도를 조절해 제품을 개발한다. EO대비 PO가 많아질수록 계면활성제의 소수성 성능이 강화된다.

정포제가 없으면 기포가 형성되다가 금방 터져버려 원하는 형태의 스펀지나 단열재를 만들 수 없다. 기포의 균일한 생성과 분산, 셀 구조의 안정화와 붕괴 방지, 개방·폐쇄 셀 구조를 제어하며 발포 중 표면 결함을 최소화한다. 제품 품질의 균일성을 확보하고 공정 안정성 향상이라는 핵심 가치를 동시에 제공한다.

* EO(에틸렌 옥사이드)와 PO(프로필렌 옥사이드)는 공중합체나 계면활성제 등에서 친수성(EO)과 소수성(PO) 특성을 부여하는 반복 단위로, 주로 EO-PO 공중합체에서 각각의 몰수(부가몰수)를 구분해 사용한다.

실리콘 정포제는 매트리스와 소파에 앉았을 때 폼을 고르고 부드럽게 만든다.

실리콘 정포제는 균일한 셀 구조 덕분에 냉장고용 폴리우레탄, LNG 저장∙운송용 폴리우레탄 폼을 제조할 때 쓰인다.

냉장고·선박 단열재 역할하는
필수 인자

매트리스, 소파 등에 몸을 의지할 때를 떠올려 보자. 눕고 앉았을 때의 푹신함, 일어섰을 때의 복원력, 접촉면에 땀이 차지 않는 통기성이 필요하다. 이를 결정 짓는 것이 실리콘 정포제다. 매트리스와 소파에 앉았을 때 표면이 고르고 부드러운 이유는 셀이 미세하고 균일하게 분포돼 있기 때문이다. 실리콘 정포제는 원료가 섞이는 단계에서 표면 장력을 낮춰 기포가 뭉치지 않고 아주 작은 크기로 일정하게 형성되도록 한다. 사람이 앉았을 때는 공기가 빠져나가 푹신하게 들어가고, 다시 일어날 때 공기가 들어와 복원되기도 한다. 기포가 충분히 자랐을 때 실리콘 정포제가 기포 사이의 벽을 적절한 타이밍에 터뜨려 공기가 통하는 통로를 만들어서다. 만약 정포제가 너무 강해 기포가 터지지 않으면 매트리스는 풍선처럼 빵빵해진 채 복원되지 않아 우리가 원하는 편안함을 줄 수 없다. 실리콘 정포제는 기포를 키우는 힘과 터뜨리는 힘 사이의 미세한 균형을 조절하며 매트리스의 수명과 촉감을 좌우하는 것이다.

최근 친환경의 흐름은 매트리스 시장에서도 포착된다. 매트리스 시장은 실리콘 정포제에서 발생하는 휘발성 유기화합물을 최소화한 저방출 제품을 지향한다. 폴리우레탄 폼에서 발생하는 특유의 새 가구 냄새는 주로 원료에 포함된 미량의 화학 성분들이 기화하면서 발생하는데 실리콘 정포제도 특유의 화학적 냄새를 유발하기도 한다. 이를 위해 강한 열과 진공을 이용해 냄새 원인인 사이클로실록산 등을 최소화해 매트리스에서 나는 자극적인 냄새를 줄인다. 이와 같이 친환경 정포제를 활용하면 수면 중 흡입할 수 있는 화학 물질을 차단해 아토피, 비염 등 알레르기를 방지하고, 저취 정포제를 쓰면서 냄새를 빼는 시간을 단축하기도 한다.

냉장고 단열재는 복합적인 생산 공정으로 인해 단열재를 제조할 때 기포가 남아 있고 셀이 불균일하다. 품질 불균형 문제가 발생할 수 있는데 실리콘 정포제가 계면 장력을 효과적으로 저감하는 데 기여함으로써 불필요한 기포를 제거하고 셀 구조의 균질화와 단열 성능의 재현성을 확보한다. 특히 투입 원료 종류 중에서 첨가량 대비 효과를 극대화함으로써 폼 제조 공정과 반응 자체에는 영향을 거의 미치지 않으면서도 품질 개선에 도움을 준다. 냉장고용 폴리우레탄 시스템에서의 주요 장점으로 작용한다.

LNG 저장·운송용 단열재는 액화 LNG를 –160℃ 수준의 극저온 환경에서 장기간 보관·이송해야 한다. 장기적인 구조 안정성과 단열 성능을 유지해야 하는 어려운 환경에 놓인다. 이때 미세 결함이나 내부 기포 불균일은 치명적인 성능 저하 요인이 될 수 있다. LNG 보냉재용 폴리우레탄 폼을 제조할 때 대형 크기와 연속 적층 공정에서 발생하는 기포 결함을 억제하기 위해 실리콘 정포제는 원료 혼합 단계에서부터 적용된다.

KCC실리콘,
친환경 폴리우레탄용 실리콘 정포제 개발 예정

KCC실리콘은 다양한 종류의 실리콘 정포제를 생산한다. 자동차 시트 산업 부문을 위한 성형 PU 첨가제로는 Niax silicone L-3002J, Niax silicone L-3639LF, Niax catalyst EF-150, Niax silicone L-3641LF 등을 생산한다. 경질 PU 폼용 첨가제는 광범위한 폼 응용 분야에서 처방 최적화를 지원하는 데 사용되는데 개선된 발포제 호환성, 혼화성, 치수 안정성, 흐름성 레벨링 및 표면 기공 감소뿐만 아니라 미세 셀과 향상된 열전도성을 제공할 수 있다. Niax silicone L-6638, Niax silicone L-6642, Niax catalyst C-41, Niax silicone L-6988 등이 여기에 해당한다.

코팅, 접착제, 씰란트(바인더), 엘라스토머의 경우 모멘티브는 저밀도 신발 밑창, 테이프 및 카펫용 기계 발포 폼, 인테그랄 스킨 폼, 인발 및 구조 반응 사출 성형(SRIM), 캐스트 엘라스토머, PU 가죽 및 PUD(PU 분산) 등에 사용되는 Niax silicone L-5617, Niax silicone L-1507, Niax catalyst LC-5636도 있다. 자동차 시트 산업 부문을 위한 다양한 성형 폴리우레탄 첨가제 포트폴리오를 제공하는데 Niax silicone L-422, Niax silicone L-850, Niax silicone L-818, Geolite Modifier 206 등이 활용된다.

PU 제품은 겉으로는 단순한 폼 소재처럼 보일 수 있으나 그 이면에는 보이지 않는 실리콘 정포제 기술이 폴리우레탄의 품질과 성능 개선에 중요한 역할을 담당한다. KCC 실리콘은 친환경 트렌드와 시장에서의 특화 기능 요구가 증가함에 따라 친환경 폴리우레탄 시스템용 실리콘 정포제를 개발할 예정이다.

[기사 요약]

실리콘 정포제는 폴리우레탄 폼 제조 과정에서 기포를 안정화해 셀 구조를 균일하게 만들며, 침대 매트리스·소파 같은 생활 용품부터 냉장고·LNG 선박 단열재까지 핵심적인 역할을 한다.
소량만으로도 발포 공정을 안정화하고 불량률을 줄여 생산성과 품질을 동시에 높이는 것이 특징이다. 특히 ‘마랑고니 효과’를 통해 기포가 터지지 않도록 지지하며 단열 성능, 내구성, 경량화 등 최종 제품 물성에 직접적인 영향을 준다.
KCC실리콘은 향후 친환경 폴리우레탄 시스템에 적용 가능한 실리콘 정포제 개발을 추진하고 있다.