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영수증은 어떤 종이일까 - 감열지를 이용한 다양한 실험 목록

조회 : 46746 | 2008-02-19



<실험 개요>


여러분은 하루에 몇 줄의 글을 손으로 쓰십니까? 우리는 종이에 손으로 글을 쓰기보다는 자판을 통해 글을 입력하고 프린터로 출력하는 일에 더욱 익숙합니다. 생활속에서 종이에 글씨나 그림이 인쇄되어지는 것을 여기저기에서 많이 보는데요, 모두 같은 방법으로 만들어진 것일까요? 잘 관찰하면 곳곳에 사용되는 종이의 질이 조금씩 다르다는 것을 알 수 있습니다.

팩스, 계산기에서 뽑아지는 종이는 일반 종이와 조금 다릅니다. 팩스 용지, 계산용지로 사용되는 종이를 감열지(感熱紙)라고 합니다. 감열지는 이름 그대로 열을 감지하여 검게 발색하는 종이입니다. 감열지의 발색반응은 어떤 식으로 일어나는 것일까요?




<실험 재료>
감열지(영수증, 감열지 롤), 라이터, 염산(약국에서 구입), 에탄올, 버물리(벌레물린데 바르는 약), 면봉




<실험 과정>
1. 먼저 적당량의 에탄올을 비커에 붓고 감열지를 에탄올에 넣는다.
2. 에탄올을 만난 감열지는 어떻게 되는가?
3. 감열지 영수증을 불이 붙지 않게 주의하면서 불에 가까이 가져간다.
4. 감열지가 금방 검게 변해버리는 것을 볼 수 있다.
5. 면봉에 버믈리를 묻혀 감열지의 검게 변한 부분에 글씨를 쓴다.
6. 글씨가 흰색으로 나타나는 것을 볼 수 있다.
7. 면봉에 염산을 묻혀 흰색으로 변한 부분에 글씨를 써 보자.
8. 글씨는 어떤 색으로 변하는가?






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<실험 정리>

마트나 편의점에서 쉽게 접할 수 있는 감열지 영수증은 열을 감지하여 검게 발색하는 종이로 되어있다. 잉크로 출력하는 방식에 비하여 번질 우려가 없고 더욱 신속하게 영수증을 뽑아낼 수 있게 해 준다. 감열지에 입혀진 염료로 다양한 실험을 해 보고 화학적 원리를 생각해 볼 수 있다.



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<생각해 보기>
1. 감열지의 발색원리

1) 감열지(thermal printing paper)란?
표면을 가열하면 녹아서 서로 섞여 발색하는 무색 염료와 유기산을 바른 기록용지. 감열기록지라고도 한다. 팩시밀리, 워드프로세서 등에서 이용된다. 2가지 성분의 반응에 의한 발색방식을 취하고 있으며, 전자공여성을 지닌 무색의 류코염료*(크리스털바이올렛락톤 등)와 전자수용성 현색제(페놀계 산성물질)를 미립화하여 결합제와 함께 종이에 바른 것이다. 서멀헤드**로부터 2-10ms 동안에 300℃로 가열하면 미립자가 용융되어 크리스털바이올렛락톤에 페놀이 작용하게 되고, 따라서 락톤고리가 열리면서 전자의 이동이 일어나 발색하게 되는 것으로 추찰되고 있다.
2) *류코염료란?
류코화합물(leuco compound) 또는 로이코화합물이라고도 한다. 염료를 환원하여 생긴 것으로, 산화하면 원래의 염료로 되돌아와 발색하는 화합물이다. 그대로는 무색이나 전자 수용체와 접하면 분자 내 변화를 일으켜 발색한다. 아조염료와는 달리 트리페닐메탄염료, 황화염료 등은 환원하면 류코 화합물이 되어 산화에 의해 발색하는 것이다.
3) **서멀헤드란?
감열 기록의 ‘써넣기 펜‘인 서멀헤드(thermal head)는 전력에 의해 200℃-300℃로 되며, 기록층에 열을 준다.

⇒ 즉, 산에 의해 류코염료가 산화되면 발색되어 검은 색 혹은 푸르스름한 검은 색을 나타내고, 염기에 의해 환원되면 다시 무색으로 돌아가는 것이다.





2. 류코염료 및 시약 정보

(크리스털바이올렛락톤에 대한 정보를 찾지 못하여 크리스털바이올렛에 대한 자료를 첨부합니다.)
1) 크리스털바이올렛 (C25H30N3Cl ․9H2O )
◎ 용도 : 염색액(평요판, 사진 볼록판)
◎ 성질 : 트리페닐메탄계의 자색 염기성 염료로, 청동 모양의 금속 광택이 있는 암록색의 결정 또는 짙은 녹색의 결정성 분말이다. 물, 알코올, 클로로포름, 글리세린에 녹으며, 에틸렌에테르에는 족지 않는다. 수용액은 자색을 띤다.
◎ 취급 : 밀폐용기에 저장한다.
2) 버물리 (인터넷 자료)
◎ 염산디펜히드라민 : 염산디펜히드라민은 항히스타민제(Antihistamines)로서 항히스타민제의 특징중의 하나인 혈액뇌관문을 통과해 졸음 유발하는 수면유도제입니다.
◎ 염산디부카인 : 국소마취제
◎ L-멘톨 : 단환성(單還性) 모노테르펜에 속하는 알코올로 박하뇌라고도 한다. 독특한 상쾌감이 있는 무색의 침상결정으로, 박하의 잎이나 줄기를 수증기 증류하여 얻는다. 최근의 정제법의 발달로 천연품 못지않은 합성 L- 멘톨을 얻게 되었으며, 의약품·과자·화장품 등에 첨가제로 쓰이며, 진통제나 가려움증을 멈추는 데에도 사용된다.
◎ 살리실산메칠(C8H8O3) : 무색-엷은 황색의 투명한 액체로서 특이한 향이 있다. 식품에 좋지 않은 냄새를 제거 · 변화시키거나 또는 냄새를 보강하여 식품의 상품적 가치를 높이기 위해 사용한다.
◎ dl-캄파 : 녹나무에서 얻어지는 장뇌라고도 하는 성분이다. 훈향, 향장품, 방충제로도 사용되어집니다. 캄파의 기능은 감각신경말초를 자극흥분시키나 후에는 마취하는 작용이 생겨납니다.
◎ 글리시레틴산 : 항염증작용





3. 감열지 상세 정보

감열지는 기본이 되는 원지부분과 색을 내는 장치가 되는 발색층의 2중 구조로 되어 있습니다. 발색층에는 마이크로캡슐이라 불리는 아주 작은 캡슐 모양으로 된 무색 염료와 색을 내기 위한 현색제가 접착제와 함께 칠해져 있습니다. 이 발색층에 팩스나 계산기의 열이 가해지면 마이크로 캡슐이 녹아 무색 염료와 현색체가 함께 녹아 검게 발색하는 것입니다. 검게 변한 부분이 그림이나 글자가 되는 것이지요. 약 60℃-150℃의 열을 가해야 발색하기 때문에 잘못하여 난로 등의 열원에 가까이 놓아두면 검게 변하므로 주의해야 합니다. 이러한 약점을 보완하기 위하여 발색층 위에 보호막을 입히거나 염료 그 자체를 바꾸어 열에 쪼여 발색시킨 뒤 다시 빛에 의해 정착시키는 방법을 사용하여 햇빛이나 용제에 의해 변하지 않도록 처리한 장기보존용 감열지도 나오고 있습니다.

현재 생산하고 있는 감열지는 대부분 2성분 염료계이다. 이런 형의 감열지는 보통 종이와 같이 바탕색이 희고, 필요에 따라 조절이 가능하다. 계측용, 단말 프린터용, 팩시밀리용, 컬러용 등 다양하다. 일반적으로 발색이 시작되는 온도는 60℃이상으로 하고 있다. 발색개시온도가 낮을수록 감도가 높은 기록지가 되나, 성능의 균형을 조절하기 어렵다. 보통 발색 농도로 성능을 점검하며, 감열지는 대개 90℃-110℃의 온도로 포화발색농도 1.0-1.3을 나타내도록 만들어 진다.




* 화상 정보 기록에 열에너지와 감열재료를 사용하는 기록방식을 서모그래피(thermography)라고 하며 내용상 다양한 기술이 포함됨. 감열기록은 열에너지에 의한 신호기록입력과 동시에 가시상(可視像)을 언는 완전건조방식이 일반적이다. 즉, 열에 의해 물질의 물리적 성질의 변화와 화학적 변화현상을 이용하여 화상을 형성하는 것이다.




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