스크랩 시온안료란?

[이장희]

1. 시온안료란?

시온 안료란 온도에 따라 색상이 변하는 안료이며 분말 상태이다.

                          시온 안료 ( 온도 변색 안료)

기준 온도에 도달함에 따라 색깔이 없어지기 시작했다가 기준 온도에 도달하면

투명하여 졌다가 다시 온도가 내려가면 원래의 색깔로 되돌아 가느냐 않느냐에

따라 가역성,비(불)가역성으로 나뉘어지며 현재 실용되고 있는 가역성 시온잉크

는 금소착염, 코레스텔릭액정, 메타모컬러 3종류이다

일부에서는 온도 외에 특정 조건(예 : 온도와 습도가 동시에 만족할 때)에 부합되

어야 원래의 색으로 돌아오는 안료를 준가역성 안료로 분류하기도 한다.

가역성은 원래의 색상으로 되돌아와 반복 사용이 가능하며  비가역성은 원래의

색상으로 되돌아 가지않는 1회성이며 일반적으로  가역성 안료는 기준 온도가

-15℃에서 70℃를 사용하여 컵,온도계 등 팬시,판촉물 등 일상용품 등에 사용

되며 비 가역성 안료는 40 ℃ ~ 450℃ 를 사용하며  전기,전자,제조 공정 등 주로

산업용에 응용 된다.

현재까지는 산업용으로 주로 사용 되어왔으며 맥주병,프라이팬,고데기등에 적용

하듯이 실생활에 도움이 되는 상품은 아직 초기 단계이다.

시온 안료는 기본적으로 기준 온도 이하에서는 고유 색상을 갖고 (유색) 기준온도

이상에서는 투명하며 역으로 투명에서 유색으로 변하는 안료는 없으며 단지 기준

온도를 달리하여 그 효과를 보는 것 이다,

기준 온도가 20℃ 인 흑색 안료 즉 20℃ 이상에서 투명으로 변하는 안료인 경우

실온이 10 ℃ 인 환경에선 흑색으로 보이다 20 ℃가 넘어가면 투명으로 바뀌나

주변 온도가 30℃인 경우 실온에서는 투명하다가 20 ℃ 이하로 떨어지면 색상이

나타난다.

2. 시온안료의 역사

1937~41년에 비가역성 시온재료를 수많이 발견, 텔모컬러로 명명하여 발매, 제2차 대전후는 더욱 품질개량을 가하여 독일의 바스프(BASF)社에서 발매되었다.

일본에서는 약 60년 전 옥화수은착염을 사용한 도료가 카멜레온의 명칭으로 발매되어 1937년부터 이화학연구소에서 주로 군수용으로 연구되어 전후에 연구를 계속, 도료용 전색제의 개량에 의하여 내구성 있는 시온도료가 개발이 되어 텔모페인트의 명칭으로 발매되어 현재에 이르고 있다

1972년 전자공여체와 전자수용체의 유극성 화합물 중에 열평형에 의한 전자수수기구에도 기초가 되는 시온 잉크의 연구가 시작되어 처음으로 염료계의 컬러플하고 변색이 명료한 시온잉크가 개발되었다.

1977년 종이컵, 완구 등 변색하는 재미있는 상품들이 기획되어 1982년 시온기능을 사용하여  PET용기의 맥주의 냉각 상태를 나타내는 표식을 상품화하여 마실때 먹을 때, 사용할 때의 온도 인디케이터가 붙은 각종 포장재의 개발이 시작되었다.

현재는 영국과 일본이 기술적으로 앞선 생산국으로 알려져 있으며 산업용으로는 많은 용도로 개발되어 있으나  후라이펜이나 드라이기,고데기등 실생활에 응용된 예는 상대적으로 적어 이 분야의 활성화가 요구된다

3. 시온안료의 원리

제품의 원리는 몇 차례 제조 업체에 문의하였으나 유독 이부분 만큼은 비밀로 붙여저 자세히는 알수 없으나, 큰 온도 차이가 아닌데도 색상이 나타났다가 다시 되돌아갈 수 있는 능력(可逆性)을 갖추고 있다는 점에서, 유기화합물인 스틸벤유도체를 원료로 제작된 것으로 추정되고 있다.

시온 안료는 기본적으로 Microcapsule 물질로 이루어져 있으며 그 크기는 약 1-10㎛이며 이 켑슐이 파괴되면 그 성질을 잃게 되어 사용시 고압, 고진공, 전자 렌지 등의 고주파 가열 등 에는 사용하지 말아야 한다. 

실제로 이 부분을 모르고 실패한 사례가 많이 있으므로 주의 하여야한다.  

그 켑슐안에는 Electro donor(전자 공여체)와  Electro acceptor(전자 수용체)를 구성 물질로 되어 온도 상승시

이 물질들이 결합하여 색상을 나타내고 온도 하강 시 분리되어 투명하게 된다.

<그림1>

다른 방법으로는 액정 기술과 같이 기준 온도를 기점으로 분자의 배열 달리하여

유색과 투명을 나타낸다

<그림2>

4. 시온안료의 색상표

시온 안료 15 가지 기본 색상표 

5. 시온안료의 응용

응용 분야

가역성 안료를 이용하여 프라이 팬이나 눈썹 고데기등 만져보지 않아도 적정온도를 알 수 있게 해주어 생활에 편리를 주는 일반적인 용도 외에 산업 현장에서는 비 가역성 시온 안료를 이용하여 보안,안전, 전기 전자 부품 유지 보수 등에 폭 넗게 사용한다.

왜 산업용에서는 비 가역성을 선호 할까?

쉽게 이해하기위하여 LCD TV를 예를 들자.

LCD TV가 고장이 나서 수리를 할 때 TV를 뜯어 내부를 보면 전자부품(TR,콘덴서,저항,IC등)의 이상으로 열을 받았을 경우 그 부품에 붙여놓은 스티커 (비가역성 시온 잉크를 칠해 놓은 스티커)가 색이 변하여 있는 부품 이 있으면 그 부품을 우선 교환한다.

만일 원래의 색상으로 되돌아가면 가동 시 열을 받는지 알 수가 없으므로 필히

비가역성 시온 잉크를 사용한다.

변압기나 모터등도 이상 온도를 설정하여 그 온도 스티커, 혹은 페인트를 도포하

여 한번이라도 적정 온도 이상으로 온도가 올라가 색상이 변하였으면 조치를

취한다,

멀리 있는 변압기는 비가역성 시온 페인트를 칠해 CCTV통해서나 멀리서도 이상

유무를 확인할 수 있으며 위험 부위의 온도 측정을 위하여 혹은 냉장냉동 식품이

보관 ,운송과정에서 이상 온도에 노출이 되었는지를 한눈에 알 수 있는 (원래의

색상으로 되돌아가면 알 수 없으므로) 비 가역성 안료를 주로 사용한다.

실제로 한전에서는 보편화되어 있다.

시온 안료의 용도

1.실생활 분야

⒜ 온도계등 온도 계측용 

⒝  맥주병,소주병,와인 음료용

⒞ 머그컵등 팬시용

⒟ 의류

⒠ 프라이팬,드라이기,눈썹고데기등 온도 측정용

2. 기계 설비 분야

    과학측정기, 각종기기장치의 과열 개소의 초기발견 고장의 예지, 절삭 공구류

    의 발열 온도의 측정, 합성수지의 성형, 금형, 주형, 합판프레스  등 적온지시

3. 전기 및 전자 기기의 유지보수

    발/변전소, 빌딩, 공장 등의 전력설비의 전동기, 변압기, 저항기, 개페기, 배전

    반, 도선 터미널 접속부, 전등기구 등의 발열 개소의 점검, 안전 한계의 지시

3-1. 변전설비

   장치의 주 터미널 연결 부위의 불규칙한 온도 확인, 접속 단자 외측, 전류 변압

    기 터미널의 고정 부위.극도의 높은 압력을 받는 지역의 불규칙한 온도 감시.

3-2. 배전설비

     불규칙한 온도 감시, 주상 변압기의 부하 관리, 터미널 부위 혹은 전력 콘덴서

     날 부위, 저항기, 단로기의 불규칙한 온도 감시.

3-3. 제어기기

    전자기 스위치, 전자기 접속기,전자기 계전기, 나이프 스위치, 고압 차단기,

    고압 부하 스위치, 피뢰기, 전력 콘덴서(병렬의 고압 회로 시리즈), 유도 반

    응기와 마그네틱 증폭기의 온도 감시.

3-4. 회전기기

   모터의 온도 관리, 회전 부위의 온도 감시. 고정 권선 절연된 회전자 권선. 정류

   단자가 붙은 전기자선. 저항계자 권선 또는 보상권선, 노출된 단상 계자 권선

3-5. 전자부품

   회로 부품 - 콘덴서, 저항기, 코일 변성기, 집적회로의 온도 감시.

   진동 부품 - 수정진동자, 기계 필터, 납 분리기 등의 온도 감시.

   플러그, 잭 및 스위치의 온도 감시.

   반도체 부분의 온도 감시 - 트렌지스터, 다이오드, 다이리스터 및 집적 회로

                                        온도 감시.

3-6. 송전기기

    점퍼선의 압축 소켓 및 슬리브의 불규칙한 열 발생 감시, 궤전선, 부궤전선, 가

   보조가선. 궤전지선의 직접 접속관,슬리브접속관,  콘덴서궤,지선접속관, 전선

    스위치의 단자 금구의 온도 감시.

4. 제조 공정의 온도 확인

4-1. 탄광

    금속 용광로 온도 감시. 버켓 콘베이어(Bucket conveyor)의 온도 감시.

    문제 발생시 열 발생 여부 판단. 열 처리기의 온도 감시.

4-2. 자동차와 배 건조

     페인트 칠을 할 때 온도 감시. 브레이크 접촉부 접착제의 경화 상태 확인.

     거푸집의 온도 확인. 엔진 내부의 온도 확인. 용접시 예열 온도 확인.

4-3. 전기, 전자 및 통신 장비

     제조 전구를 켜고 있는 동안 온도 감시. 전구의 수명 확인.  전기 모터 내부의

     온도 상승 확인.

4-4. 음식

      양조 탱크용 계량기. 양조하는 동안 발열 처리 온도 확인.  레토르트 음식의

      살균 처리 확인. 우동의 열 처리 확인. 빵 굽는 동안 온도 확인. 운송중 온도

      상승 확인.

5. 가전 제품의 온도 감시

    가스 순간 온수기의 물 온도 탐지 및 화상 방지. 프라이 팬, 기름에 튀기는 팬

    등의 온도 확인. 온열 장치의 온도 확인. 냉장고 내부의 온도 감시와 측정.

    실내온도의 감시 및 측정. 전기 뜸 치료기의 온도 탐지. 체온의 온도 측정.

    머리 고데기와 머리 세팅기의 온도 확인. 전기 진공 청소기의 온도 표시.

6. 기 타

    가열기기 - 열교환기, 반응솥, 

    온도측적용 - 인화점 시험등