주방 환경에서의 실리콘 제품 수명 평가

실리콘은 현대 주방에서 흔히 볼 수 있습니다. 하지만 열, 기름, 그리고 매일의 세척에 노출되었을 때 실리콘이 실제로 얼마나 오래 견딜 수 있을까요?

에어프라이어, 오븐, 전자레인지 환경에서 실리콘의 수명을 평가하는 것은 제품의 안전성과 장기적인 내구성을 모두 보장합니다.

에어프라이어 액세서리 라인 개발을 위해 한 고객사와 협업했을 때, 그들은 모든 "식품 등급" 실리콘이 똑같이 내구성이 좋다고 생각했습니다. 몇 번의 가열 과정을 거치자 일부 부품이 누렇게 변색되고 딱딱해졌습니다. 이 경험을 통해 실리콘의 안전성과 내구성은 설계, 가공, 테스트 방식에 따라 크게 달라진다는 것을 깨달았습니다.

작동 조건 정의: 에어프라이어, 오븐, 전자레인지?

각 주방 가전제품은 실리콘을 고유한 온도 변화, 가열 방식 및 기계적 스트레스에 노출시킵니다. 이러한 조건을 이해하는 것이 수명 평가의 첫 번째 단계입니다.

에어프라이어, 오븐, 전자레인지는 각각 다른 가열 방식을 사용하며, 이는 실리콘의 열 안정성과 기계적 특성에 영향을 미칩니다.

이전에 저희는 일반 오븐에서는 완벽하게 작동하는 초박형 실리콘 매트를 테스트한 적이 있습니다. 하지만 에어프라이어에서는 강력한 대류 팬 때문에 가벼운 매트가 펄럭이며 발열체에 닿아 즉시 타버리는 현상이 발생했습니다. 이는 에어프라이어에서 기계적 안정성이 내열성만큼이나 중요하다는 것을 보여줍니다.

일반적인 작동 조건

열 노화와 기계적 피로?

실리콘은 고온에서도 탄성을 유지하지만, 장기간 노출되면 점차 경화되고 균열이 발생합니다. 피로 시험은 실제 사용 환경에서 수년간의 사용 환경을 모사합니다.

열 노화와 기계적 피로는 실리콘의 탄성과 인장 강도를 감소시켜 사용 수명을 직접적으로 단축시킵니다.

2년 동안 사용한 압력솥 뚜껑에 눈에 띄는 균열은 없었지만 누수가 발생했습니다. 검사 결과, 열 노화로 인해 경도가 쇼어 A 50에서 65로 변하면서 고압에서 밀봉을 유지하는 데 필요한 탄성을 잃어버린 것으로 나타났습니다. 이는 육안으로 확인할 수 없는 미세한 파손 원인이었습니다.

우리는 60 Shore A 실리콘 베이킹 트레이를 200°C에서 500시간 동안 노출시켰습니다. 경도는 68 Shore A로 증가했고, 신장률은 25% 감소했으며, 색상은 약간 변했습니다.[2][3] 이러한 변화는 폴리머 골격의 산화와 관련이 있습니다.

일반적인 노화 곡선

반복적인 접힘이나 압축과 같은 기계적 피로 시험은 실리콘이 반복적인 응력 하에서 어떻게 열화되는지 보여줍니다. 10만 회의 압축 주기 후에도 고점도 실리콘은 일반적으로 90% 이상의 반발 탄성을 유지합니다.

식품 접촉 안전 및 냄새 제어?

열 노화 후에도 실리콘은 식품 접촉에 안전해야 합니다. 배합 불량이나 오염은 냄새, 이염 또는 표면 잔류물을 유발할 수 있습니다.

식품 안전을 확보하려면 FDA 및 LFGB 표준 준수 여부를 확인하는 동시에 휘발성 잔류물과 냄새 발생을 제어해야 합니다.

소비자들은 실리콘 얼음틀에서 얼음이 얼 때 "냉동실 냄새"나 마늘 냄새가 난다고 불평했습니다. 원인은 불충분한 후경화 처리로 인해 실리콘에 휘발성 잔류물이 남았기 때문입니다. 이러한 잔류물은 냄새를 유발할 뿐만 아니라 실리콘을 다공성으로 만들어 냉동실에 있는 다른 음식의 강한 냄새를 흡수하게 합니다.

베이킹 매트를 개발하던 중, 사용 후 "고무 냄새"가 난다는 고객 의견을 받은 적이 있습니다. 테스트 결과, 불완전한 경화로 인한 잔류 휘발성 물질 때문인 것으로 나타났습니다. 후경화 단계를 200°C에서 4시간에서 8시간으로 연장했더니 냄새가 사라졌습니다.

식품 접촉 및 냄새 제어 조치

실리콘은 실제 가열 조건에서 검증되어야 합니다. 예를 들어, 100°C에서 용출 결과가 기준치를 통과하더라도 에어프라이어나 오븐 사용 시에는 200°C에서 추가 테스트를 실시해야 합니다.

구조 및 두께 설계?

실리콘 부품의 설계는 성능뿐만 아니라 열적 및 기계적 안정성에도 영향을 미칩니다.

벽 두께, 형상 및 지지 구조는 실리콘이 얼마나 고르게 가열되는지, 그리고 하중을 받았을 때 변형에 얼마나 잘 견디는지에 영향을 미칩니다.

처음에 설계한 직사각형 식빵틀이 시험 과정에서 문제가 발생했습니다. 반죽이 가열되면서 측면 벽이 바깥쪽으로 불룩하게 튀어나와 빵 모양이 망가졌습니다. 재질 자체는 내열성이 있었지만 구조적 강성이 부족했던 것입니다. 세로 방향으로 보강재를 추가하고 벽 두께를 2mm에서 3mm로 늘리자 변형 문제가 해결되었습니다.

베이킹 도구 프로젝트를 진행하면서 두께 5mm 트레이가 오븐에서 반복 사용 후 미세 기포가 발생하는 것을 발견했습니다. 두께를 3mm로 줄이고 내부에 보강재를 추가하자 응력이 더 잘 분산되어 변형을 방지할 수 있었습니다.

고온 실리콘 설계 지침

실리콘 표면 주변의 적절한 공기 흐름은 오븐과 에어프라이어에서 국부적인 과열 및 변색을 줄이는 데에도 도움이 됩니다.

청소 및 유지보수의 영향은 무엇일까요?

세척제와 세척 방법은 실리콘 주방용품의 장기적인 내구성과 외관에 영향을 미칩니다.

강한 세제나 마모성이 강한 도구는 표면 마모와 산화를 가속화하여 제품 수명을 단축시킵니다.

한 제빵업체에서 논스틱 매트가 끈적거리고 빠르게 손상된다고 신고했습니다. 조사 결과, 해당 업체는 강하고 알칼리성이 높은 탈지제를 사용하고 있었던 것으로 밝혀졌습니다. 높은 pH가 실리콘 골격을 손상시켜 표면을 파괴했던 것입니다. pH 중성 세척제로 바꾸자 손상이 즉시 멈췄습니다.

청소 권장 사항

전자레인지 가열의 한계점은 무엇인가요?

실리콘 자체는 전자레인지 사용이 가능하지만, 제품 내부에 증기가 갇히거나 금속 부품이 포함된 경우 문제가 발생할 수 있습니다. 밀폐된 형태의 제품은 항상 통풍구를 설계해야 하며, 인증 전에 호환성을 확인해야 합니다.

실리콘은 전자레인지에 투명하지만, 안에 담긴 음식은 그렇지 않을 수 있습니다. 한 실험에서 실리콘 그릇에 버터를 녹였을 때, 버터의 온도가 250°C를 넘는 "고온 지점"이 발생했는데, 이는 물의 끓는점을 훨씬 웃도는 온도입니다. 이 강렬한 국부적 열로 인해 실리콘 표면이 부풀어 오르고 하얗게 변색되어 용기가 영구적으로 손상되었습니다.

결론

실리콘의 안전성과 수명은 설계, 가공 및 유지 관리 방식에 따라 달라집니다. 각 기기의 열 환경을 이해하고 적절한 검증을 거치면 주방 제품이 오랫동안 안전하고 내구성 있게 유지될 수 있습니다.

참고자료

[1]: 실리콘은 오븐에 넣어도 될까요? – 쿡앤시크

[2]: 실리콘 고무의 열 노화 – 첨단 소재

[3]: 실리콘 고무 화합물의 특징적인 성질 – 신에츠

[4]: 휘발성 유기 화합물 제거 – Jehbco

[5]: 위원회 규정(EU) 제10/2011호 – EUR-Lex