hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
볼 베어링 일반적인 디자인
축방향 또는 스러스트 볼 베어링은 나란히 놓인 레이스를 사용한다. 축방향 하중은 베어링을 통해 직접 전달되는 반면, 반경 방향 하중은 잘 지지되지 않고 레이스를 분리시키는 경향이 있어 더 큰 반경 방향 하중은 베어링을 손상시킬 가능성이 높다.
딥 그루브 레이디얼 베어링에서 레이스 치수는 그 안에 들어 있는 볼의 치수와 가깝다. 딥 그루브 베어링은 얕은 그루브보다 더 높은 하중을 지지한다. 앵귤러 콘택트 베어링과 마찬가지로 딥 그루브 베어링은 반경 방향 및 축 방향 하중을 모두 지지하지만, 이러한 하중 용량의 상대적 비율을 선택할 수 있는 접촉각을 선택할 수는 없다.
위의 기본적인 베어링 유형은 일반적으로 프리로드된 쌍 방식으로 적용되는데, 두 개의 개별 베어링이 회전하는 샤프트에 서로 마주보도록 단단히 고정된다. 이는 베어링 볼과 레이스 사이의 필요한 약간의 간격을 흡수(프리로드)하여 축 방향 런아웃을 개선한다. 쌍으로 배치하면 하중을 고르게 분산시키는 이점도 있어, 단일 베어링에 비해 총 하중 용량이 거의 두 배가 된다. 앵귤러 콘택트 베어링은 거의 항상 반대 방향으로 배치된 쌍으로 사용된다. 각 베어링의 비대칭 설계는 한 방향으로만 축 방향 하중을 지지하므로, 응용 분야에서 양방향 지지가 필요한 경우 반대 방향으로 배치된 쌍이 필요하다. 프리로드 힘은 조심스럽게 설계하고 조립해야 하는데, 이는 베어링의 축 방향 힘 용량을 감소시키고 과도하게 적용될 경우 베어링을 손상시킬 수 있기 때문이다. 페어링 메커니즘은 단순히 베어링을 직접 마주보게 하거나, 심, 부싱 또는 샤프트 특징으로 분리할 수 있다.
볼 베어링 건설 유형
콘래드
콘래드 스타일 볼 베어링은 1903년 영국 특허 12,206호와 1906년 미국 특허 822,723호를 받은 발명가 로버트 콘래드의 이름을 따서 명명되었다. 이 베어링은 내륜을 외륜에 대해 편심 위치에 배치하고, 두 링이 한 점에서 접촉하게 하여 접촉점 반대편에 큰 틈을 만든 다음 볼을 틈을 통해 삽입하고 베어링 어셈블리 주위에 균등하게 분배하여 링이 동심원이 되도록 조립한다. 조립은 볼의 상대적 위치를 유지하기 위해 볼에 케이지를 장착함으로써 완료된다. 케이지가 없으면 볼은 작동 중에 결국 제자리를 벗어나 베어링이 고장 날 수 있다. 케이지는 하중을 받지 않으며 볼의 위치를 ​​유지하는 역할만 한다. 콘래드 베어링은 반경 방향 및 축 방향 하중을 모두 견딜 수 있다는 장점이 있지만, 베어링 어셈블리에 로드할 수 있는 볼의 수가 제한되어 하중 용량이 낮다는 단점이 있다. 아마도 가장 잘 알려진 산업용 볼 베어링은 딥 그루브 콘래드 스타일일 것이다. 이 베어링은 대부분의 기계 산업에서 사용된다.
슬롯 필
볼 베어링 건설 유형
슬롯 필 레이디얼 베어링에서는 내륜과 외륜에 한 면에 노치가 있어 노치가 정렬되면 볼이 생성된 슬롯에 미끄러져 들어가 베어링을 조립할 수 있다. 슬롯 필 베어링은 더 많은 볼을 조립할 수 있다는 장점이 있어(완전 보완 설계까지 허용), 동일한 치수 및 재료 유형의 콘래드 베어링보다 높은 반경 방향 하중 용량을 제공한다. 그러나 슬롯 필 베어링은 상당한 축 방향 하중을 지탱할 수 없으며, 슬롯은 레이스에 불연속성을 유발하여 강도에 작지만 불리한 영향을 미칠 수 있다.
완화 레이스
완화 레이스 볼 베어링은 이름이 시사하듯이 한쪽 내륜의 외경이 줄어들거나, 한쪽 외륜의 내경이 늘어나서 '완화'된다. 이를 통해 더 많은 수의 볼을 내륜 또는 외륜 중 하나에 조립한 다음, 완화된 부분 위로 압입할 수 있다. 때로는 조립을 용이하게 하기 위해 외륜을 가열하기도 한다. 슬롯 필 구조와 마찬가지로 완화 레이스 구조는 콘래드 구조보다 더 많은 볼을 허용하며, 완전 보완까지 가능하고, 추가 볼 개수는 추가 하중 용량을 제공한다. 그러나 완화 레이스 베어링은 한 방향으로만('완화 레이스에서 멀어지는 방향') 상당한 축 방향 하중을 지지할 수 있다.
볼 베어링 건설 유형
파손 레이스
레이디얼 볼 베어링에 더 많은 볼을 장착하는 또 다른 방법은 링 중 하나를 방사형으로 '파손'(슬라이스)하여 볼을 넣고, 파손된 부분을 재조립한 다음, 한 쌍의 강철 밴드를 사용하여 파손된 링 섹션을 함께 정렬 상태로 유지하는 것이다. 이 역시 완전 볼 보완을 포함하여 더 많은 볼을 허용하지만, 슬롯 필 또는 완화 레이스 구조와 달리 양방향으로 상당한 축 방향 하중을 지지할 수 있다.
와이어 레이스
4개의 와이어 링이 정사각형으로 배열되어 볼 베어링의 4개 지점에 접촉한다. 와이어 링은 베어링 강으로 만들어지며 베어링 볼과 접촉하는 부분이 매끄럽게 연마된다. 와이어는 베어링 하중을 직접 지지할 수 없으므로 하우징에 배치된다. 하우징은 베어링에 적합하지 않지만 다른 유용한 특성을 가진 재료일 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 하우징의 와이어는 전체가 강철로 만들어진 비슷한 크기의 베어링보다 가벼울 수 있다. 3선, 선형 및 기타 와이어 레이스 베어링도 있다.
열
볼 베어링 건설 유형
단열 베어링과 복열 베어링의 두 가지 열 설계가 있다. 대부분의 볼 베어링은 단열 설계로, 베어링 볼이 한 줄로 되어 있음을 의미한다. 이 설계는 반경 방향 및 스러스트 하중에 작용한다. 복열 설계는 베어링 볼이 두 줄로 되어 있다. 단열 베어링에 비해 복열 베어링의 장점은 양방향으로 반경 방향 및 축 방향 하중을 지지할 수 있다는 것이다. 복열 앵귤러 콘택트 볼 베어링은 기울기 효과도 지지할 수 있는 가파른 장착을 특징으로 한다. 복열 베어링의 다른 장점은 강성과 소형성이다. 단점은 단열 베어링보다 더 나은 정렬이 필요하다는 것이다.
플랜지형
외륜에 플랜지가 있는 베어링은 축 방향 위치 지정을 단순화한다. 이러한 베어링용 하우징은 균일한 직경의 관통 구멍으로 구성될 수 있지만, 하우징의 입구 면(외면 또는 내면)은 구멍 축에 대해 실제로 수직으로 가공되어야 한다. 그러나 이러한 플랜지는 제조 비용이 매우 많이 든다. 유사한 이점을 가진 베어링 외륜의 보다 비용 효율적인 배열은 외경의 양쪽 끝 또는 한쪽 끝에 스냅 링 홈을 만드는 것이다. 스냅 링은 플랜지 기능을 담당한다.
볼 베어링 건설 유형
케이지형
케이지는 일반적으로 콘래드 스타일 볼 베어링에서 볼을 고정하는 데 사용된다. 다른 구조 유형에서는 특정 케이지 모양에 따라 볼의 수가 줄어들어 하중 지지력이 감소할 수 있다. 케이지가 없으면 접선 위치는 두 개의 볼록한 표면이 서로 미끄러지면서 안정화된다. 케이지가 있으면 접선 위치는 볼록한 표면이 일치하는 오목한 표면에서 미끄러지면서 안정화되는데, 이는 볼에 흠집이 생기는 것을 방지하고 마찰이 적다. 케이지형 롤러 베어링은 존 해리슨이 18세기 중반 크로노그래프 작업의 일환으로 발명했다.
세라믹 볼을 사용한 하이브리드 볼 베어링
볼 베어링 건설 유형
세라믹 베어링 볼은 크기와 재료에 따라 강철 볼보다 최대 40% 가볍다. 이는 원심 하중과 미끄러짐을 줄여주므로 하이브리드 세라믹 베어링은 기존 베어링보다 20%에서 40% 더 빠르게 작동할 수 있다. 이는 베어링이 회전할 때 외륜 홈이 볼에 가하는 안쪽 방향 힘이 줄어든다는 것을 의미한다. 이러한 힘의 감소는 마찰과 마찰력#구름 마찰력을 줄인다. 가벼운 볼은 베어링을 더 빠르게 회전시키고, 속도를 유지하는 데 더 적은 전력을 사용한다. 세라믹 볼은 일반적으로 레이스보다 단단하다. 마모로 인해 시간이 지남에 따라 레이스에 홈이 생길 것이다. 이는 성능에 심각한 해를 끼칠 수 있는 평평한 지점을 남길 수 있는 볼의 마모보다 선호된다. 세라믹 하이브리드 베어링은 강철 볼 대신 세라믹 볼을 사용하지만, 강철 내륜과 외륜으로 구성된다. 따라서 하이브리드라는 명칭이 붙는다. 세라믹 재료 자체는 강철보다 강하지만, 더 단단하여 링에 가해지는 응력이 증가하고, 결과적으로 하중 용량이 감소한다. 세라믹 볼은 전기 절연성이 있어 전류가 베어링을 통과할 경우 '아크' 고장을 방지할 수 있다. 세라믹 볼은 윤활이 불가능한 환경(예: 우주 응용 분야)에서도 효과적일 수 있다. 일부 환경에서는 금속 볼 베어링 위에 얇은 세라믹 코팅만 사용된다.
볼 베어링 건설 유형
완전 세라믹 베어링
이 베어링은 세라믹 볼과 레이스를 모두 사용한다. 이 베어링은 부식에 강하고 윤활이 거의 필요하지 않다. 볼과 레이스의 강성과 경도 때문에 이 베어링은 고속에서 소음이 발생한다. 세라믹의 강성 때문에 이 베어링은 취약하며 하중이나 충격으로 인해 균열이 발생하기 쉽다. 볼과 레이스 모두 비슷한 경도를 가지기 때문에 마모는 고속에서 볼과 레이스 모두에 파편을 유발할 수 있으며, 이는 스파크를 유발할 수 있다.
자동 조심 베어링
그림에 표시된 빙크비스트 베어링과 같은 자동 조심 볼 베어링은 구형 레이스웨이를 가진 외륜 내에 내륜과 볼 어셈블리가 포함되도록 구성된다. 이 구조는 샤프트 또는 하우징 변형 또는 부적절한 장착으로 인한 작은 각도 오정렬을 베어링이 허용할 수 있게 한다. 이 베어링은 주로 섬유 공장의 변속기 샤프트와 같이 매우 긴 샤프트를 가진 베어링 배열에 사용되었다. 자동 조심 볼 베어링의 한 가지 단점은 제한된 하중 등급인데, 외륜 레이스웨이가 매우 낮은 오스큘레이션(반경이 볼 반경보다 훨씬 크다)을 가지기 때문이다. 이는 유사한 디자인을 가졌지만 볼 대신 롤러를 사용하는 구면 롤러 베어링의 발명으로 이어졌다. 구면 스러스트 롤러 베어링은 빙크비스트의 발견에서 파생된 또 다른 발명이다.
볼 베어링 작동 조건
베어링의 계산된 수명은 베어링이 지지하는 하중과 작동 속도에 따라 달라진다. 업계 표준 가용 베어링 수명은 베어링 하중의 세제곱에 반비례한다. 베어링의 공칭 최대 하중은 100만 회전의 수명에 대한 것이며, 50 Hz(즉, 3000 RPM)에서는 5.5 작동 시간의 수명에 해당한다. 해당 유형 베어링의 90%는 최소한 그 수명을 가지며, 50%의 베어링은 최소 5배 더 긴 수명을 가진다.
업계 표준 수명 계산은 1947년에 룬드베르크(Lundberg)와 팔름그렌(Palmgren)이 수행한 작업을 기반으로 한다. 이 공식은 수명이 금속 피로에 의해 제한되며, 수명 분포는 베이불 분포로 설명될 수 있다고 가정한다. 재료 특성, 윤활 및 하중에 대한 요소를 포함하는 다양한 변형 공식이 존재한다. 하중에 대한 요소는 현대 재료가 룬드베르크와 팔름그렌이 결정한 것과는 다른 하중과 수명 간의 관계를 보여준다는 암묵적인 인정으로 볼 수 있다.
볼 베어링 작동 조건
베어링이 회전하지 않으면 최대 하중은 요소 또는 레이스웨이의 소성 변형을 유발하는 힘에 의해 결정된다. 요소에 의해 발생하는 함몰은 응력을 집중시키고 구성 요소에 균열을 발생시킬 수 있다. 회전하지 않거나 매우 느리게 회전하는 베어링의 최대 하중을 "정적" 최대 하중이라고 한다.
또한 베어링이 회전하지 않는 경우, 베어링에 가해지는 진동력은 베어링 레이스 또는 구름 요소에 충격 손상을 일으킬 수 있으며, 이를 브리넬링이라고 한다. 베어링이 짧은 호를 따라 회전하고 윤활유를 구름 요소에서 멀리 밀어낼 때 발생하는 두 번째로 작은 형태는 가짜 브리넬링이라고 한다.
회전하는 베어링의 경우 동적 하중 용량은 베어링이 1,000,000 사이클을 견디는 하중을 나타낸다.
베어링이 회전하지만 한 바퀴보다 짧게 지속되는 심한 하중을 받는 경우, 베어링이 최대 하중 동안 회전하지 않으므로 계산에 정적 최대 하중을 사용해야 한다.
볼 베어링 작동 조건
딥 그루브 레이디얼 베어링에 측면 토크가 가해지면 타원형의 고르지 않은 힘이 구름 요소에 의해 외륜에 가해지며, 외륜의 반대편 두 영역에 집중된다. 외륜이 충분히 강하지 않거나 지지 구조에 의해 충분히 지지되지 않으면 외륜은 측면 토크 응력으로 인해 타원형으로 변형되어 구름 요소가 빠져나갈 수 있을 만큼 간격이 커질 때까지 변형된다. 그러면 내륜이 튀어나와 베어링이 구조적으로 붕괴된다.
레이디얼 베어링에 가해지는 측면 토크는 구름 요소가 가장 높은 측면 토크 위치에서 모두 함께 미끄러지려는 시도 때문에 구름 요소를 같은 간격으로 유지하는 케이지에도 압력을 가한다. 케이지가 붕괴되거나 파손되면 구름 요소가 함께 모여 내륜이 지지력을 잃고 중심에서 튀어나올 수 있다.
일반적으로 볼 베어링의 최대 하중은 베어링의 외경에 베어링의 폭(폭은 축 방향으로 측정됨)을 곱한 값에 비례한다.
베어링에는 정적 하중 정격이 있다. 이는 레이스웨이에서 특정 양의 소성 변형을 초과하지 않는 것을 기준으로 한다. 이 정격은 특정 응용 분야에서 크게 초과될 수 있다.
볼 베어링 작동 조건
베어링이 제대로 작동하려면 윤활이 필요하다. 대부분의 경우 윤활제는 엘라스토하이드로다이내믹 효과(오일 또는 그리스에 의한)를 기반으로 하지만 극한 온도에서 작동하는 건식 윤활 베어링도 사용할 수 있다.
베어링이 공칭 최대 하중에서 공칭 수명을 가지려면 해당 베어링에 권장되는 최소 동적 점도(일반적으로 그리스 문자 로 표시) 이상의 윤활제(오일 또는 그리스)로 윤활해야 한다.
권장 동적 점도는 베어링 직경에 반비례한다.
권장 동적 점도는 회전 빈도에 따라 감소한다. 대략적인 지표로: 3000 RPM 미만에서는 속도 10배 감소 시 권장 점도가 6배 증가하고, 3000 RPM 이상에서는 속도 10배 증가 시 권장 점도가 3배 감소한다.
베어링 외경과 차축 구멍 직경의 평균이 50 mm이고 3000 RPM으로 회전하는 베어링의 권장 동적 점도는 12 mm2/s이다.
오일의 동적 점도는 온도에 따라 크게 달라진다는 점에 유의해야 한다. 50–70 °C의 온도 상승은 점도를 10배 감소시킨다.
볼 베어링 작동 조건
윤활유의 점도가 권장보다 높으면 베어링의 수명이 증가하며, 대략 점도의 제곱근에 비례한다. 윤활유의 점도가 권장보다 낮으면 베어링의 수명은 감소하며, 얼마나 감소하는지는 사용되는 오일의 종류에 따라 달라진다. EP('극한 압력') 첨가제가 포함된 오일의 경우 수명은 동적 점도의 제곱근에 비례하며, 이는 점도가 너무 높은 경우와 마찬가지이다. 반면 일반 오일의 경우 권장보다 낮은 점도를 사용하면 수명은 점도의 제곱에 비례한다.
윤활은 그리스로 할 수 있는데, 그리스는 일반적으로 베어링 내에 보관되어 볼에 의해 압축될 때 윤활유를 방출하는 장점이 있다. 이는 베어링 금속에 환경으로부터 보호 장벽을 제공하지만, 이 그리스를 주기적으로 교체해야 하고 베어링의 최대 하중이 감소한다는 단점이 있다(베어링이 너무 뜨거워지면 그리스가 녹아 베어링 밖으로 흘러나오기 때문). 그리스 교체 주기는 베어링의 직경에 따라 매우 강하게 감소한다. 40 mm 베어링의 경우 그리스는 5000 작동 시간마다 교체해야 하는 반면, 100 mm 베어링의 경우 500 작동 시간마다 교체해야 한다.
볼 베어링 작동 조건
윤활은 또한 오일로 할 수 있는데, 이는 최대 하중이 더 높다는 장점이 있지만, 오일이 일반적으로 베어링 밖으로 흐르는 경향이 있기 때문에 베어링 안에 오일을 유지할 방법이 필요하다. 오일 윤활의 경우 오일이 50 °C보다 뜨거워지지 않는 응용 분야에서는 오일을 1년에 한 번 교체하고, 오일이 100 °C보다 뜨거워지지 않는 응용 분야에서는 오일을 1년에 4번 교체하는 것이 좋다. 자동차 엔진의 경우 오일 온도가 100 °C에 도달하지만, 엔진에는 오일 품질을 유지하기 위한 오일 필터가 있어 베어링의 오일보다 교체 주기가 짧은 편이다.
베어링이 진동 상태에서 사용되는 경우 오일 윤활이 선호되어야 한다. 그리스 윤활이 필요한 경우, 발생하는 매개변수에 맞춰 구성해야 한다. 가능하면 높은 블리딩률과 낮은 기본 오일 점도를 가진 그리스가 선호되어야 한다.
대부분의 베어링은 축에 수직인 하중("레이디얼 하중")을 지지하기 위한 것이다. 축 하중도 지탱할 수 있는지, 그리고 지탱할 수 있다면 얼마나 되는지는 베어링의 종류에 따라 달라진다. 스러스트 베어링(일반적으로 회전식 선반에서 볼 수 있음)은 특히 축 하중을 위해 설계되었다.
볼 베어링 작동 조건
단열 딥 그루브 볼 베어링의 경우 SKF 문서에서는 최대 축 하중이 최대 반경 방향 하중의 약 50%라고 명시하고 있지만, "가벼운" 및 "작은" 베어링은 최대 반경 방향 하중의 25%에 해당하는 축 하중을 견딜 수 있다고도 명시하고 있다.
단열 에지 접촉 볼 베어링의 경우 축 하중은 최대 반경 하중의 약 2배까지 가능하며,
원뿔형 베어링의 경우 최대 축 하중은 최대 반경 하중의 1배에서 2배 사이다.
종종 콘래드 스타일 볼 베어링은 축 방향 하중에서 접촉 타원 절단 현상을 보인다. 이는 외륜의 내경이 충분히 크거나 내륜의 외경이 충분히 작아서 볼과 레이스웨이 사이의 접촉 면적을 줄인다는 것을 의미한다. 이 경우 베어링의 응력이 크게 증가하여 방사형 및 축 방향 하중 용량 간의 관계에 대한 경험 법칙이 종종 무효화될 수 있다. 콘래드 이외의 구조 유형의 경우, 외륜 내경을 더 줄이고 내륜 외경을 늘려 이를 방지할 수 있다.
볼 베어링 작동 조건
축 방향 및 반경 방향 하중이 모두 존재하면 벡터적으로 합산하여 베어링에 가해지는 총 하중을 구할 수 있으며, 이는 공칭 최대 하중과 함께 수명을 예측하는 데 사용될 수 있다. 그러나 볼 베어링의 정격 수명을 정확하게 예측하려면 계산 소프트웨어의 도움을 받아 ISO/TS 16281을 사용해야 한다.
베어링의 회전하는 부분(차축 구멍 또는 바깥쪽 원주)은 고정되어야 하는 반면, 회전하지 않는 부분은 그럴 필요가 없다(따라서 미끄러지도록 허용될 수 있다). 베어링에 축 방향 하중이 가해지면 양쪽 측면이 고정되어야 한다.
차축에 두 개의 베어링이 있고 온도가 변동하면 차축이 수축하거나 팽창하므로, 두 베어링이 양쪽 측면에서 모두 고정되는 것은 허용되지 않는다. 이는 차축의 팽창이 이 베어링들을 파괴할 축 방향 힘을 가할 것이기 때문이다. 따라서 베어링 중 적어도 하나는 미끄러질 수 있어야 한다.
'자유롭게 미끄러지는 끼워맞춤'은 최소 4 μm의 간격이 있는 끼워맞춤을 의미하며, 이는 선반으로 만들어진 표면의 표면 거칠기가 일반적으로 1.6~3.2 μm이기 때문으로 추정된다.
베어링은 결합 부품의 크기가 적절해야만 최대 하중을 견딜 수 있다. 베어링 제조업체는 이를 달성하기 위해 샤프트 및 하우징의 끼워맞춤에 대한 공차를 제공한다. 재료 및 굳기도 지정될 수 있다.
미끄러지지 않도록 하는 끼워맞춤은 미끄러짐을 방지하는 직경으로 만들어지며, 결과적으로 결합 표면은 힘 없이는 제자리에 놓을 수 없다. 작은 베어링의 경우 망치로 두드리면 베어링과 샤프트 모두 손상되므로 프레스로 하는 것이 가장 좋으며, 큰 베어링의 경우 필요한 힘이 너무 커서 끼워맞춤 전에 한 부품을 가열하여 열팽창으로 인해 일시적인 미끄러짐 끼워맞춤이 가능하도록 하는 것 외에는 대안이 없다.
샤프트가 두 개의 베어링에 의해 지지되고 이 베어링의 회전 중심선이 동일하지 않으면 베어링에 큰 힘이 가해져 베어링이 파손될 수 있다. 아주 적은 양의 정렬 불량은 허용되며, 그 양은 베어링의 유형에 따라 달라진다. 특히 '자동 조심'으로 제작된 베어링의 경우 허용되는 정렬 불량은 1.5도에서 3도 사이다. 자동 조심형으로 설계되지 않은 베어링은 2-10분(0.033-0.166도)의 정렬 불량만 허용할 수 있다.
볼 베어링 응용 분야
일반적으로 볼 베어링은 움직이는 부품이 포함된 대부분의 응용 분야에 사용된다. 이러한 응용 분야 중 일부는 특정 기능과 요구 사항을 가지고 있다.
볼 베어링 지정
볼 크기는 주어진 내경 또는 외경(둘 다 아님)에 대해 시리즈가 증가함에 따라 증가한다. 볼이 클수록 하중 지지력이 커진다. 시리즈 200과 300이 가장 일반적이다.
다공성 매질
재료과학에서 다공성 매질(porous medium) 또는 다공성 재료(porous material)는 공극 (빈 공간)을 포함하는 재료이다. 재료의 골격 부분은 종종 "매트릭스" 또는 "프레임"이라고 불린다. 공극은 일반적으로 유체 (액체 또는 기체)로 채워져 있다. 골격 재료는 일반적으로 고체이지만, 거품과 같은 구조도 종종 다공성 매질의 개념을 사용하여 유용하게 분석된다.
다공성 매질은 대부분 공극률에 의해 특성화된다. 매질의 다른 특성 (예: 투수율, 인장 강도, 도전율, 비틀림)은 구성 요소 (고체 매트릭스 및 유체)의 각 특성과 매질의 공극률 및 공극 구조로부터 때때로 유도될 수 있지만, 이러한 유도는 일반적으로 복잡하다. 공극률의 개념조차도 다공성 탄성 매질에 대해서만 간단하다.
종종 고체 매트릭스와 공극망 (공극 공간이라고도 함) 둘 다 연속적이며, 해면동물과 같이 두 개의 서로 관통하는 연속체를 형성한다. 그러나 폐쇄형 공극률과 유효 공극률, 즉 흐름에 접근 가능한 공극 공간의 개념도 있다.
다공성 매질
암석, 흙 (예: 대수층, 석유층), 제올라이트, 생물학적 조직 (예: 뼈, 나무, 코르크), 그리고 시멘트 및 세라믹과 같은 인공 재료와 같은 많은 천연 물질은 다공성 매질로 간주될 수 있다. 이러한 물질의 중요한 특성 중 상당수는 다공성 매질로 간주해야만 합리화될 수 있다.
다공성 매질의 개념은 여과, 역학 (물리학) (음향학, 지구역학, 토질역학, 암반역학), 공학 (석유공학, 생물적 환경정화, 건설공학), 지구과학 (수문지질학, 석유지질학, 지구물리학), 생물학 및 생물리학, 재료과학 등 응용 과학 및 공학의 많은 분야에서 사용된다. 다공성 재료의 현재 두 가지 중요한 응용 분야는 에너지 변환 및 에너지 저장이며, 여기서 다공성 재료는 슈퍼캐패시터, (광)촉매 반응, 연료 전지, 및 전지에 필수적이다.
다공성 매질 규모
미시적 및 거시적 수준에서 다공성 매질을 분류할 수 있다.
미시적 규모에서 구조는 공극 크기 분포, 공극 상호 연결 및 방향 정도, 죽은 공극의 비율 등으로 통계적으로 표현된다.
거시적 기술은 공극 크기보다 훨씬 큰 규모에서 평균화된 벌크 특성을 활용한다.
목표에 따라 이 두 가지 기술은 상호 보완적이므로 자주 사용된다. 고분자 용액의 고분자 흡착 및 공극 막힘과 같은 표면 현상을 이해하려면 미시적 설명이 필요하지만, 유체 흐름, 열, 물질 이동이 가장 중요한 공정 설계에서는 거시적 접근 방식이 종종 충분하며 분자 크기가 다공성 시스템의 공극 크기보다 상당히 작다는 점은 분명하다.
다공성 매질 유체 흐름
다공성 매질을 통한 유체 흐름은 공통 관심사이며 별도의 연구 분야로 발전했다. 고체 프레임의 변형을 포함하는 다공성 매질의 보다 일반적인 거동에 대한 연구를 다공성 역학이라고 한다.
다공성 흐름 이론은 잉크젯 프린팅 및 핵 폐기물 처리 기술 등에 응용된다.
다공성 매질의 유체 흐름에는 수많은 요인이 영향을 미치며, 그 기본 기능은 에너지를 소모하고 시추공을 통해 유체를 생성하는 것이다. 다공성 매질을 통한 흐름 역학에서 에너지와 유량 간의 연결이 가장 중요한 문제가 된다. 이러한 연결을 특성화하는 가장 기본적인 법칙은 다르시의 법칙이다. 특히 미세 다공성 매질에 적용할 수 있다. 반면, 포르하이머의 법칙은 거친 다공성 매질의 맥락에서 유용하게 사용된다.
다공성 매질 모델
다공성 재료 내에 존재하는 빈 공간을 일련의 공극 또는 공극망을 사용하여 표현한다. 이는 운송 매개변수 예측을 위한 구조적 기반 역할을 하며 공극 구조 특성화 맥락에서 사용된다.
공극 구조에 대한 많은 이상적인 모델이 있다. 이들은 크게 세 가지 범주로 나눌 수 있다.
다공성 재료는 종종 프랙탈과 같은 구조를 가지며, 점진적으로 해상도를 높여 볼 때 무한히 성장하는 것처럼 보이는 공극 표면적을 가진다. 수학적으로, 이는 공극 표면에 2보다 큰 하우스도르프 차원을 할당함으로써 설명된다. 공극 구조 조사를 위한 실험 방법에는 공초점 현미경 및 엑스선 단층 촬영이 포함된다.
다공성 재료는 자동차 분야를 포함한 많은 공학 분야에서 일부 응용을 발견했다.
다공성 매질 법칙
다공성 재료에 대한 법칙 중 하나는 일반화된 머레이의 법칙이다. 일반화된 머레이의 법칙은 주어진 부피 내에서 운송 저항을 최소화하여 물질 전달을 최적화하는 것에 기반하며, 흐름 공정, 분자 또는 이온 확산과 관련된 질량 변화 및 화학 반응을 포함하는 물질 전달을 최적화하는 데 적용될 수 있다.
반지름이 r0인 부모 파이프를 반지름이 ri인 여러 자식 파이프에 연결하는 일반화된 머레이의 법칙 공식은 다음과 같다: , 여기서 X는 부모 공극 내 물질 전달 중 질량 변화 비율이고, 지수 α는 전달 유형에 따라 달라진다. 층류의 경우 α =3; 난류의 경우 α =7/3; 분자 또는 이온 확산의 경우 α =2; 등이다.
영구 마커
영구 마커(permanent marker) 또는 지울 수 없는 마커(indelible marker)는 물체에 영구적 또는 반영구적인 글씨를 쓰는 데 사용되는 마커펜의 일종이다.
영구 마커 설명
일반적으로 영구 마커 잉크는 주 용매인 캐리어, 글리세라이드, 피롤리돈, 나뭇진, 색소로 구성되어 방수제가 된다. 종이부터 금속, 돌에 이르기까지 다양한 표면에 글씨를 쓸 수 있다. 다양한 팁 크기(초극세부터 넓은 것까지), 모양(끌 모양, 총알 팁, 넓은 브러시), 색상(금속성 또는 자외선 반응성)으로 제공된다.
대부분의 마커는 알코올 기반 용매를 사용한다. 페인트 마커라고 불리는 다른 종류는 잉크를 건조시키기 위해 증발하는 휘발성 유기 화합물을 포함하며, 스프레이 페인트와 유사하다. 영구 마커에 톨루엔과 자일렌과 같은 용매가 종종 포함되어 있어, 레크리에이션 약물로 남용될 가능성이 있다.
영구 마커는 1952년 시드니 로젠탈이 발명했다.
영구 마커 용도
영구 마커는 금속, 플라스틱, 세라믹, 목재, 돌, 판지 등에 글씨를 쓰는 데 사용된다. 그러나 일부 표면에서는 마커 자국이 반영구적이다. 대부분의 영구 마커 잉크는 일부 플라스틱 표면(폴리프로필렌 및 테플론과 같은)에서 약간의 문지름 압력으로 지울 수 있다.
일반 종이에 사용할 수 있지만, 잉크가 번져 뒷면에 보일 수 있다.
현미경 슬라이드에 라벨을 붙이는 데 사용되는 것 외에도, 영구 마커는 박테리아 샘플의 음성 염색을 하는 데 사용될 수 있다. 이는 배경이 마커로 염색되지만 박테리아는 염색되지 않음을 의미한다. 박테리아는 염색되지 않아(더 밝게) 보이는 반면 배경은 염색되어(더 어둡게) 보인다.
영구 마커 제거
영구 마커는 일반적으로 단단하고 비다공성 표면에 사용되는데, 이는 얼룩을 남기기보다 표면에 층을 형성하기 때문이다. 이 층은 이름과 달리 고압 세척, 시너 또는 아세톤, 자일렌, 톨루엔과 같은 유기 용매로 제거할 수 있다. 실내에서 사용할 때는 아이소프로필 알코올, 에탄올, 아세트산 에틸이 더 선호되는 세척제인데, 그 이유는 이들의 증기가 시너의 주요 성분인 톨루엔과 자일렌, 또는 미네랄 스피릿에서 발견되는 더 긴 사슬 탄화수소보다 훨씬 덜 유해하기 때문이다. 다른 일반적인 비극성 용매로는 벤젠, 테레빈유 및 기타 테르펜 (강한 향을 지닌 많은 식물의 에센셜 오일을 구성함), 대부분의 에터, 클로로포름 및 다이클로로메테인, 탄화수소 연료, 그리고 다이아세톤 알코올 등이 있다. 이들 용매 중 다수는 독성, 발암성 또는 가연성이므로 적절한 환기 하에서만 사용해야 한다.
영구 마커 제거
이러한 방법들은 비다공성 표면에 잘 작용하지만, 천이나 카펫과 같은 다공성 물질에서 영구 마커를 제거하려면 다른 접근 방식이 필요하다.
대부분의 "OLFA" 마커 브랜드는 아세트산 에틸을 함유한 상대적으로 독성이 적은 유기 용매인 아세톤 없는 매니큐어 리무버로 쉽게 지울 수 있다.
영구 마커는 또한 비다공성 표면인 화이트보드에 드라이 이레이즈 마커로 덧그려 지울 수도 있다. 드라이 이레이즈 마커 또한 비극성 용매를 포함하기 때문이다. 대부분의 드라이 이레이즈 보드 클리너 용액은 색소를 제거하기 위해 2-부톡시에탄올과 같은 효과적인 유기 용매를 포함한다.
영구 마커 법규
반달리즘에 사용될 가능성 때문에 플로리다주, 캘리포니아주, 뉴욕, 버윈 (일리노이주)와 같은 일부 지역에서는 공공장소에서 영구 마커 소지를 금지하고 18세 미만에게 판매를 금지하는 법률을 시행하고 있다.
유네스코 세계유산 기념물 방문객은 영구 또는 페인트 마커를 소지하는 것이 엄격히 금지된다.
몰식자 잉크
몰식자 잉크(鐵墨, iron gall ink)는 철염과 식물에서 추출한 타닌산으로 만든 자줏빛 검은색 또는 갈색 검은색 잉크이다. 5세기에서 19세기까지 1400년 동안 유럽에서 사용된 표준 잉크였으며, 20세기까지 널리 사용되었고, 오늘날에도 여전히 판매되고 있다.
몰식자 잉크 제조 및 사용
잉크는 전통적으로 황산 철(II) (FeSO4)을 타닌산 용액에 첨가하여 제조했지만, 다른 철 이온 공여체도 사용할 수 있다. 갈로타닌산은 보통 참나무 벌레집이나 다른 나무의 충영에서 추출되었으므로 이름이 붙었다. 추출물의 발효 또는 가수분해는 포도당과 갈산을 방출하며, 이는 갈산 철의 형성을 통해 더 어두운 자줏빛 검은색 잉크를 생성한다.
발효된 추출물은 황산 철(II)과 혼합되었다. 여과 후, 얻어진 옅은 회색 용액에 결합제(가장 일반적으로 아라비아검)를 첨가하여 종이나 양피지에 글씨를 쓰는 데 사용했다. 잘 제조된 잉크는 점차 강렬한 보랏빛 검은색으로 어두워졌다. 결과적인 표시는 양피지나 독피지에 단단히 붙었으며, 카본 블랙 잉크나 다른 제형과는 달리 문지르거나 씻어서 지울 수 없었다. 표시는 필기 표면에서 얇은 층을 긁어내서만 지울 수 있었다.
몰식자 잉크 화학
탄닌을 황산 철과 혼합하면 수용성 철(II) 탄산염 복합체가 형성된다. 용해성 때문에 잉크가 종이 표면으로 침투할 수 있어 지우기 어렵다. 공기에 노출되면 더 어두운 안료인 철(III) 탄산염으로 변한다. 이 생성물은 수용성이 아니므로 필기 잉크로서의 영구성에 기여한다.
잉크의 변색 과정은 대기 중의 산소에 의해 철 이온이 철(II)(Fe2+)에서 철(III)(Fe3+) 상태로 산화되기 때문이다. 이 때문에 액체 잉크는 잘 막힌 병에 보관해야 하며, 시간이 지나면 종종 사용할 수 없게 된다. 철(III) 이온은 타닌산 또는 일부 유도 화합물(아마도 갈산 또는 피로갈롤)과 반응하여 중합체 금속-유기 화합물을 형성한다.
매우 효과적인 잉크였지만, 이 제형은 이상적이지 않았다. 몰식자 잉크는 산성이다. 사용되는 필기 표면에 따라 몰식자 잉크는 필기 표면의 반대쪽 면(대부분 양피지나 종이)에 보기 흉한 "고스트 라이팅"을 남길 수 있다. 궁극적으로는 표면에 구멍을 뚫을 수도 있다. 이는 고온다습한 환경에서 가속화된다. 그러나 코덱스 시나이티쿠스와 같이 몰식자 잉크로 쓰여진 일부 원고는 수백 년 동안 사용된 종이를 손상시키지 않고 보존되어 왔다.
몰식자 잉크 역사
참나무 벌레집 잉크에 대한 가장 초기의 조리법은 가이우스 플리니우스 세쿤두스로부터 왔으며, 기껏해야 모호하다. 가장 오래되고 가장 완전한 성경으로 현재 알려져 있으며 4세기 중반에 쓰여진 것으로 추정되는 코덱스 시나이티쿠스를 포함하여 많은 유명하고 중요한 필사본들이 철 함유 참나무 벌레집 잉크를 사용하여 작성되었다. 몰식자 잉크의 제작 용이성과 영구성 및 방수성으로 인해 이 잉크는 유럽 회랑과 지중해 주변의 서기관들이 선호하는 잉크가 되었다. 중세와 르네상스 시대의 현존하는 필사본들은 대부분 몰식자 잉크로 쓰여졌으며, 나머지는 램프 블랙 또는 카본 블랙 잉크로 쓰여졌다는 것을 증명한다. 레오나르도 다 빈치의 많은 그림들이 몰식자 잉크로 제작되었다. 이 기간 동안 모든 왕실 및 법률 기록의 영구성을 보장하기 위해 몰식자 잉크의 내용을 명시하는 법률이 영국과 프랑스에서 제정되었다.
몰식자 잉크의 인기는 식민지 시대를 거쳐 전 세계로 퍼져나갔다. 미국 우정청은 모든 우체국 지점에서 고객의 사용을 위해 자체 공식 레시피를 가지고 있었다. 몰식자 잉크가 일반적인 사용에서 벗어난 것은 20세기 후반에 화학적으로 생산된 잉크와 필기액이 발명된 이후였다.
몰식자 잉크 쇠퇴
철과 충영 제형의 영구성과 방수성은 1,400년 이상 유럽에서, 그리고 유럽 식민지화 이후 미국에서 표준 필기 잉크가 되게 했다. 그 사용과 생산은 20세기에 들어서야 감소하기 시작했는데, 이는 종이에 쓰기에 더 적합한 다른 방수 제형들이 출시되면서였다. 오늘날 몰식자 잉크는 소수의 회사에서 제조되며 만년필 애호가와 예술가들이 사용하지만, 행정적인 용도는 줄어들었다.
전 세계적으로 그 사용이 줄어들고 있지만, 유대교 할라카에서는 크라프와 함께 게트 (이혼 문서), 케투바, 메이즈자, 토라 두루마리와 같은 다양한 종교 문서에 여전히 요구된다.
몰식자 잉크 만년필
딥펜용으로 고안된 전통적인 몰식자 잉크는 모세관 현상 원리로 작동하는 만년필에는 적합하지 않다. 피드 시스템에 철-갈산염 침전물이 축적되면 만년필 피드의 작은 잉크 통로를 막을 수 있다. 더욱이, 딥펜용으로 고안된 매우 산성인 전통적인 몰식자 잉크는 금속 펜 부품을 부식시킬 수 있다 (산화·환원 반응/급속 부식으로 알려진 현상). 이러한 현상은 만년필의 기능을 손상시킬 수 있다.
대신, 현대의 대체 몰식자 제형이 만년필용으로 제공된다. 예를 들어 라미 (기업) (2012년 단종), 몽블랑 (2012년 단종), 체스터필드 아카이벌 볼트 (2016년 단종), 디아마인 레지스트라즈 잉크, 교회사무용품 기록관 잉크, 히어로 232, 유기 스튜디오 아리스토텔레스 몰식자 등이 있다.
다른 제조업체들은 청흑색 외에 다른 색상의 몰식자 잉크를 제공한다. 예를 들어 구텐베르크 Urkundentinte G10 Schwarz(증명서 잉크 G10 검정), KWZ 몰식자 잉크, 플래티넘 클래식 잉크, 로러 앤 클링너 "Salix"(청흑색) 및 "Scabiosa"(보라빛 회색) 잉크, 그리고 만년필용 스티풀라 페로갈리코 잉크가 있다.
몰식자 잉크 만년필
이러한 현대 몰식자 잉크는 소량의 철-갈산염 화합물을 포함하며, 화학량론적으로 최적화된 제형을 가질 가능성이 높다. 역사적 잉크는 종종 철-갈산염 화합물의 산화에 사용되지 않은 과도한 산을 포함했다. 현대 제형은 염산을 사용하는 경향이 있지만, 많은 역사적 잉크는 황산을 사용했다. 염산은 용액 상태에서 기체이며 증발한다. 결과적으로 현대 만년필 몰식자 잉크는 역사적 잉크보다 종이를 손상시킬 가능성이 적고 만년필 내부에도 더 부드럽지만, 오랫동안 펜에 남아 있으면 여전히 문제를 일으킬 수 있다. 만년필용 현대 몰식자 잉크 제조업체 또는 소매업체는 섬세한 펜 부품의 막힘이나 부식을 피하기 위해 평소보다 더 철저한 세척 루틴(잉크를 정기적으로 물로 헹구어 내야 함)을 권장하기도 한다. 만년필에서 몰식자 잉크를 더 철저히 세척하기 위해서는 물, 희석된 식초 또는 구연산(잔류 철-갈산염 화합물을 씻어내기 위해), 물, 희석된 암모니아(필요한 경우 잔류 염료 얼룩을 씻어내기 위해), 마지막으로 물로 순차적으로 펜을 헹구는 것이 종종 권장된다.
몰식자 잉크 만년필
이러한 현대 몰식자 제형의 염료는 잉크가 완전히 건조될 때까지 잉크를 선명하게 보이게 하는 임시 착색제 역할을 한다. 철-갈산염 화합물은 점진적인 산화 과정을 통해 회색/검은색으로 관찰 가능한 점진적인 색상 변화를 일으키고 글씨를 방수 처리한다. 잉크의 색상 변화 특성은 사용된 종이의 특성에도 따라 달라진다. 일반적으로 표백제 잔류물이 상대적으로 높은 종이에서 변색 과정이 더 빠르고 눈에 띄게 진행된다.
염료 기반 만년필 잉크와 달리 21세기 주류로 사용되지는 않지만, 현대 몰식자 잉크는 영구성이 요구되는 만년필에 여전히 사용된다. 영국에서는 철-갈산염 화합물을 포함하는 특수 청흑색 기록용 품질의 기록관 잉크가 출생증명서, 결혼증명서, 사망진단서와 같은 공식 문서와 성직자 명부 및 선박 로그북에 등록 사무소에서 사용이 요구된다. 독일에서는 공증인 법률 문서에 특별한 파란색 또는 검은색 urkunden- oder dokumentenechte Tinte 또는 문서용 영구 잉크의 사용이 요구된다.
몰식자 잉크 만년필
파퓰러 사이언스 몰식자 필기 잉크 기사에서는 메틸 바이올렛 염료를 사용하여 바이올렛 몰식자 잉크를 만들 수 있다고 언급했지만, 양은 밝히지 않았으며, 즉각적인 검은색 몰식자 잉크를 위해서는 수용성 니그로신 염료를 사용할 수 있다고 했다. 미국 정부 "표준 잉크" 공식에 사용된 독성 카르복실산 살생제를 피하기 위해, 2g의 살리실산 C6H4(OH)COOH을 더 안전한 살생제 대체물로 사용하여 잉크 병에 곰팡이가 생기는 것을 방지할 수 있다. 두 보존제 모두 pH 값을 낮춤으로써(염산을 첨가하여 잉크를 산성화함으로써) 효과가 향상된다.
인도에서는 2010년에 재확인된 IS 220 (1988): 만년필 잉크 – 페로-갈로 탄산염 (철 함량 0.1%) 제3차 개정 표준이 사용되고 있다. 이 인도 표준은 1988년 11월 21일 인도 표준국에서 채택되었는데, 이는 잉크 및 관련 제품 분과위원회가 확정한 초안이 화학 부문 협의회에서 승인된 후였다. IS 220은 철 함량이 0.1% 이상인 페로-갈로 탄산염 만년필 잉크의 요구 사항과 샘플링 및 테스트 방법을 규정한다.
별첨 M은 IS 220 참조 잉크가 다음 공식에 따라 준비되어야 한다고 명시한다.
IS 220 참조 잉크는 제조일로부터 1개월 이상 사용해서는 안 되며, 호박색 시약 병(IS 1388 : 1959 참조)에 보관해야 한다.
칼람 (필기구)
칼람(Qalam, 아랍어: قلم)은 리드펜의 한 종류이다. 잘라 말린 갈대로 만들어지며 이슬람 서예에 사용된다. 이 펜은 이슬람교에서 지혜의 중요한 상징으로 여겨지며, 이슬람 전통 내에서 지식과 교육에 대한 강조를 나타낸다.
칼람 (필기구) 어원
칼람이라는 단어는 못 펜 또는 밀을 의미하는 Q-L-M 어근에서 파생된 아랍어 단어이다. 이는 궁극적으로 — 뇌르데케(Nöldeke)가 생각했던 것처럼, 아마도 게즈어를 통해 — 갈대 또는 갈대 펜을 의미하는 그리스어 κάλαμος에서 차용한 것이다.
칼람 (필기구) 제조
속이 빈 갈대의 줄기는 의도된 서체에 따라 특정 각도로 잘린다. 그래야 서예에 사용할 수 있다. 사용되는 갈대의 종류는 특정 서예가의 선호도에 따라 달라진다. 예를 들어, 명필 자파르 타브리지는 각각 동부 이라크와 옥수스 강의 와세티(wāṣeṭi) 및 아무이(āmuyi) 갈대를 선호했다. 칼람은 대략 12~16인치 길이여야 하며, 특정 균형의 견고함과 유연성이 필요했기 때문에 너무 건조해서는 안 되었다.
칼람 (필기구) 이슬람 전통 속 칼람
지식과 글쓰기 개념은 이슬람교에서 매우 중요하며, 따라서 칼람은 쿠란에서 지혜와 교육의 상징으로 숭배된다. 수라 68은 알-칼람이라고 불린다. 심지어 이슬람 이전 사회에서도 글쓰기는 상업적 목적과 때때로 입법적 목적으로 널리 사용되었다. 서예 전통에 대한 무례함은 사람을 무지하고 어리석게 드러낸다는 것이 무슬림 인구 사이에서 흔히 받아들여지는 믿음이다. 이슬람교에서 쿠란의 글자가 물리적으로 존재한다는 것은 비잔틴 제국의 아이콘처럼 축복과 보호의 기능을 했다. 이 때문에 이슬람 서예가들은 사회에서 높은 지위를 가졌던 반면, 비잔티움과 같은 지역의 서예가들은 가족과 후원자에게만 알려졌을 뿐이었다.
칼람 (필기구) 이슬람 전통 속 칼람
서예는 이슬람 예술 전통에서 중심적인 위치를 차지하며, 이 때문에 펜통, 잉크병, 갈대를 자르는 칼과 같이 칼람과 사용자들을 위한 다양한 액세서리가 존재한다. 이 도구들은 종종 매우 화려하게 장식되고 소중히 여겨지는 물건이었으며 다른 예술가와 장인들의 수많은 시간을 반영했다. 고대에 사용된 잉크는 가장 자주 검은색 또는 짙은 갈색이었으며, 아라비아검, 그을음, 오배자, 또는 명반으로 만들어졌다. 그러나 일부 쿠란은 전적으로 금으로 쓰여졌으며, 더 현대적인 서예가들은 더 다양한 색상을 사용할 수 있다. 아바스 칼리파국의 페르시아 관료였던 아부 알리 무함마드 이븐 무클라는 갈대 펜 끝으로 만든 자국과 다른 기하학적 원리를 결합하여 서예 쓰기의 표준화된 시스템을 개발했다. 장식의 다른 측면으로 보면, 색깔 있는 양피지 위의 금속 잉크는 비잔티움에서 무슬림 스페인으로 넘어갔고, 아랍어 서예는 다시 유럽으로 돌아갔다.
응집 유도 발광
응집 유도 발광(Aggregation-induced emission, AIE)은 특정 유기 루미노포어(형광 염료)가 용액 상태에 있을 때보다 응집 또는 고체 상태에서 더 강한 광방출을 나타내는 현상이다. 이러한 직관적이지 않은 행동은 응집 유도 소광과 같은 과정으로 인해 고체 상태에서 광방출이 감소하는 대부분의 유기 화합물과는 대조된다. AIE는 주로 응집 상태(유연성 감소)에서 제한된 분자 운동에 기인하며, 이는 비방사성 에너지 소산을 억제하고 형광 효율을 향상시킨다. 주객 화학 및 점성도 증가로 인한 분자 운동 제한 시에도 형광 방출 강도 증가가 관찰되었는데, 이는 이러한 주객 복합체의 일반적인 행동은 아니다.
응집 유도 발광 응집 유도 발광 향상
유기 루미노포어가 용액 상태보다 응집 상태에서 더 높은 광발광 효율을 보이는 현상을 응집 유도 발광 향상(AIEE)이라고 한다. 다이케토피롤로피롤 기반 및 설폰아마이드 기반 루미노포어와 같은 일부 루미노포어는 결정 상태에 진입할 때만 방출 증가를 나타낸다. 즉, 이러한 루미노포어는 결정화 유도 방출 향상(CIEE)을 나타낸다고 한다. 귀금속 나노클러스터와 같은 루미노포어는 용액에서 균일하게 분산된 상태보다 응집 상태에서 더 높은 광발광 효율을 나타낸다. 이 현상은 응집 유도 발광(AIE)로 알려져 있다.
응집 유도 발광 응집 유도 발광 중합체
형광 방출 중합체는 특정 주파수의 빛을 흡수하여 빛을 방출할 수 있는 중합체이다. 이러한 중합체는 생체 재료 분야에 적용될 수 있다. 높은 생체 용량과 형광성 덕분에 연구자들이 단백질의 위치를 찾고 표시하는 데 도움을 줄 수 있다. 또한 응집 유도 발광 특성을 가진 중합체는 건강한 조직을 약물의 해로부터 보호하는 데 도움을 줄 수 있다.
식품 접촉 물질
식품 접촉 재료 또는 식품 접촉 물질(Food contact materials, food contacting substances, FCS)는 음식과 접촉하도록 의도된 재료이다. 여기에는 유리나 청량 음료 캔과 같은 용기뿐만 아니라 식품 공장의 기계나 커피 머신도 포함된다.
식품 접촉 재료는 플라스틱, 고무, 종이, 도장 (제조), 금속 등 다양한 재료로 구성될 수 있다. 많은 경우, 여러 재료가 조합되어 사용된다. 예를 들어, 주스용 종이 상자는 (안쪽부터 바깥쪽으로) 플라스틱 층, 알루미늄, 종이, 인쇄, 상단 도장으로 구성될 수 있다.
음식과 접촉하는 동안, 예를 들어 블루밍을 통해 분자가 식품 접촉 재료에서 음식으로 이동할 수 있다. 이 때문에 많은 국가에서는 식품 안전을 보장하기 위해 이러한 식품 접촉 화학 물질을 규제한다.
식품 접촉 물질 식품 안전 기호
"식품 안전" 재료의 국제 기호는 와인잔과 포크 기호이다. 이 기호는 제품에 사용된 재료가 식품 접촉에 안전하다고 간주됨을 나타낸다. 여기에는 음식 및 물 용기, 포장 재료, 식기류 등이 포함된다. 이 규정은 금속, 세라믹, 종이 및 판지, 플라스틱 또는 코팅 재료로 만들어졌는지 여부와 관계없이 식품 접촉을 목적으로 하는 모든 제품에 적용된다. 이 기호의 사용은 식품 안전 여부를 명시적으로 식별해야 하는 제품, 즉 용기가 식품을 담는 데 사용될 수 있는지 여부에 대한 불확실성이 있는 모든 곳에서 더욱 중요하다. 이 기호는 북아메리카, 유럽 및 아시아 일부 지역에서 사용된다. 이는 프레임워크 규정 EC 1935/2004 이후 유럽에서 판매되는 제품에 의무적으로 적용된다.
플라스틱 용기에서 규정된 수지 식별 코드(예: , , , ) 외에 식품 안전 보장이 요구되는 이유는 수지 식별 코드가 식품 안전 속성(또는 더 중요하게는 그 결여)을 명시적으로 전달하지 않기 때문이다.
식품 접촉 물질 식품 안전 기호
다양한 국가의 법적 요구 사항은 다를 수 있지만, 식품 안전 기호는 일반적으로 다음을 보장한다.
용기 재료는 사용(퇴화)을 통해 잠재적으로 독성 오염의 원인이 되어서는 안 된다. 이는 재료의 "이동 한계"를 추정하고 규제함으로써 보장된다. EU 규정에서는 전체 이동이 잠재적 접촉 표면의 10mg/dm²로 제한된다. 다양한 재료에 대한 특정 이동은 (식품 및 보관) 온도 수준과 식품의 pH와 같은 변수에 따라 다른 식품 품목에 대해 달라진다. 특정 재료의 독성 고려 사항에는 물질의 발암성이 포함될 수 있다. 이러한 측면을 규정하는 규정은 국가마다 다를 수 있다.
식품 접촉 물질 식품 안전 기호
"식품 안전" 기호는 모든 조건에서 식품 안전을 보장하지는 않는다. 식품과 접촉하는 재료의 구성만으로 발암 물질이 식품으로 이동하는 것이 통제되는 것은 아니다. 식품 안전에 중요한 역할을 할 수 있는 다른 요소들이 있다. 예를 들어, 식품의 온도, 식품의 지방 함량, 표면과의 총 접촉 시간 등이 있다. 발포 식품 용기의 안전성은 현재 논의 중이며, 이 세 가지 요소가 모두 작용하는 좋은 예이다. 폴리스티렌은 뜨겁거나 지방이 많은 식품과 접촉할 때 녹을 수 있으며 안전 위험을 초래할 수 있다. 미국에서는 식품과 접촉하는 재료가 무게 기준으로 1% 이상의 잔류 스타이렌 단량체를 포함할 수 없다(지방이 많은 식품의 경우 0.5%).
비스페놀 A 디글리시딜 에테르 기반 에폭시 코팅은 식품과 접촉하는 캔 내부 코팅에 광범위하게 사용되어 식품 접촉 재료가 된다. 이 재료와 유사 물질 및 복합체에 대해 광범위하게 테스트가 진행되었고 분석 방법이 개발되었다.
식품 접촉 물질 법률
프레임워크 규정 (EC) No. 1935/2004는 모든 식품 접촉 재료에 적용된다. 제3조는 인체 건강을 위협하지 않고, 구성에 허용할 수 없는 변화가 없으며, 감각 특성(organoleptic characteristics)이 저하되지 않아야 한다는 일반적인 안전 요구 사항을 포함한다. 제4조는 활성 및 지능형 물질에 대한 특별 요구 사항을 명시한다. 제5조는 별도의 규정이나 지침에서 자세히 설명될 수 있는 재료 그룹에 대한 조치를 명시한다. 회원국은 국가 규정을 유지하거나 채택할 수 있다(제6조). 제7조부터 제14조 및 제22조부터 제23조는 물질의 승인, 승인 변경, 유럽 식품안전청, 회원국, 유럽 공동체의 역할에 대한 요구 사항 및 적용을 다룬다. 제15조는 아직 식품과 접촉하지 않은 식품 접촉 재료의 라벨링에 관한 것이다. 제16조는 준수 선언 및 준수를 입증하는 적절한 문서를 요구한다. 제17조부터 제21조는 추적성, 안전 조치, 신청서의 공개 접근, 기밀성 및 데이터 공유를 다룬다. 제24조는 검사 및 통제 조치를 명시한다.
식품 접촉 물질 법률
세라믹, 재생 셀룰로스, 플라스틱, 개스킷 및 활성 및 지능형 재료와 같은 재료 및 품목, 그리고 염화 바이닐, 고무 내 N-니트로사민 및 N-니트로안정 물질, 에폭시 유도체와 같은 물질에 대한 특정 조치가 존재한다.
EU No 10/2011은 식품과 접촉하여 사용될 모든 재료에 적용되는 규정이다. 그 부록 1에는 허용된 성분의 긍정적인 목록이 포함되어 있다.
미국 식품의약국 (FDA)은 세 가지 유형의 식품 첨가물을 고려한다.
식품 접촉 재료는 연방 규정집(CFR)에 설명되어 있다. 21 CFR 174 – 21 CFR 190. 중요한 시작점은 다음과 같다.
이러한 재료에 첨가물을 추가할 수 있다. 어떤 첨가물인지는 첨가물과 사용될 재료에 따라 달라진다. 첨가물이 언급된 단락에 대한 참조가 있어야 하며, 제한 사항(예: 폴리올레핀에서만 사용) 및 한도(최종 제품에서 최대 0.5%)가 준수되어야 한다. 첨가물이 설명된 부분은 아래를 참조하시오: 21 CFR 170 식품 첨가물
중합체 또는 첨가물은 면제를 통해 다른 방식으로도 규제될 수 있다. 예를 들어:
식품 접촉 물질 식품 접촉 화학 물질
식품 접촉 화학 물질 (FCC)은 가공, 식품 포장, 보관 또는 소비 중에 식품과 접촉하는 재료 및 품목에 사용되거나 존재하는 화학 물질이다. 식품 접촉 재료에는 유리, 플라스틱, 알루미늄, 강철, 종이, 카드보드, 접착제, 잉크, 도장 (제조)가 포함된다. 이들은 식품 포장재, 유리잔, 머그잔, 병, 커피 머신, 컨베이어 벨트, 식기류 또는 냄비와 같은 다양한 식품 접촉 품목에 사용된다.
식품과 접촉하는 동안 식품 접촉 화학 물질은 이러한 재료에서 식품으로 이동할 수 있다. 화학 물질 이동은 온도, 접촉 시간(가공 또는 보관 중), 재료 표면 대 식품 부피 비율, 식품 접촉 재료 유형, 식품 접촉 화학 물질의 물리화학적 특성, 식품 유형에 따라 달라진다.
식품 접촉 물질 식품 접촉 화학 물질
식품 접촉 화학 물질의 예로는 식품 접촉 재료 제조에 사용되거나 존재하는 단량체, 첨가제, 안료, 금속뿐만 아니라 오염 물질, 분해 산물, 반응 부산물과 같은 비의도적 첨가 물질도 포함된다. 일반적으로 사용되는 단량체는 스타이렌, 테레프탈산, 모노 에틸렌 글라이콜, 에틸렌, 염화 바이닐, 비스페놀 (예: 비스페놀 A, 또는 비스페놀 S)이다. 첨가제에는 오르토-프탈레이트 (예: DEHP, 또는 DINP) 또는 유기인산 에스터 (예: 트라이페닐 포스페이트, 트라이에틸 포스페이트, 2-에틸헥실 다이페닐 포스페이트)와 같은 가소제, 기름 및 물 반발 코팅으로 사용되는 PFAS (예: PFOA, PFOS, 6:5 FTOS), 합성 페놀계 항산화제 (예: 뷰틸화 하이드록시아니솔, 삼차-뷰틸하이드로퀴논, 뷰틸화 하이드록시톨루엔), UV 안정제가 포함된다. 일반적인 비의도적 첨가 물질에는 올리고머, 항산화제 분해 산물, 1차 방향족 아민이 포함된다.