고성능 분산기를 이용한 착색제 제조
착색제와 안료 현탁액을 생산하려면 신뢰할 수 있는 분산과 혼합이 필요합니다. 초음파 균질기는 액상 및 페이스트상 마스터배치와 착색제 현탁액 생산에 매우 효율적입니다. 모든 산업 생산 규모에 사용할 수 있는 초음파 분산기는 탁월한 분쇄 및 분산 결과, 에너지 절감, 배합 간 손쉬운 전환을 제공하여 착색제와 안료 생산을 크게 개선합니다.
고출력 초음파를 이용한 착색제 분산
프로브형 초음파 처리는 고강도 저주파 초음파를 이용하여 액체 매질 내 입자를 분쇄하고 습식 분쇄하며 응집을 해체하고 분산시키는 기술입니다. 초음파 혼합, 분쇄 및 분산은 음향 캐비테이션의 작동 원리를 이용합니다. 초음파/음향 캐비테이션은 미세 난류, 매우 높은 전단력, 국소적으로 발생하는 큰 압력차와 온도차가 특징입니다. 초음파 처리기는 배치식 및 연속 통과 유동식 생산 공정에 적용할 수 있으며, 인라인 대규모 생산뿐 아니라 연구 개발과 품질 관리에도 사용됩니다.
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착색제와 안료의 분산 및 분쇄를 위한 산업용 초음파 시스템.
초음파 처리를 이용한 착색제 분산의 장점
안료 기반 착색제의 산업적 제조에서 프로브형 초음파 처리는 여러 이점을 제공하며, 효율 면에서 기존 분쇄기와 분산기를 능가할 수 있습니다:
- 분산 개선: 초음파 처리는 안료 응집체를 효과적으로 해체하고 더 나은 분산을 촉진하여 색상 강도를 개선하고 높은 균일성을 제공할 수 있습니다.
- 입자 크기 감소: 초음파로 발생시킨 캐비테이션 에너지는 안료의 입자 크기를 줄여 더 미세하고 균질한 착색제를 만들 수 있습니다. 고출력 초음파가 발생시키는 극도로 높은 전단력은 액체 제트를 생성하며, 이 제트는 액체 내 입자를 가속합니다. 입자들이 서로 충돌하면 아주 작은 조각으로 부서집니다. 이러한 입자 간 충돌 중에는 입자 표면도 침식되어 매끄러워집니다. 초음파 처리는 나노입자와 나노 크기 콜로이드 현탁액 생산에 매우 효율적인 기술입니다. 입자 크기가 작아지면 색상 채도가 높아지고 안정성이 개선되는 등의 이점을 얻을 수 있습니다.
- 분쇄 매체 사용 방지: 기존 분쇄기에 사용되는 비드 및 구슬 같은 분쇄 매체는 마모로 인해 안료 분산액에 원치 않는 잔해를 남겨 제품을 오염시킬 수 있습니다. 따라서 이러한 비드를 제거하고 세척하는 데 많은 노동력이 드는 작업을 피할 수 있습니다. 초음파 균질화는 분쇄 매체 없이 작동하며, 대신 안료 제품 내 고체 입자를 분쇄 매체로 사용합니다. 캐비테이션에 의한 전단력은 액체 내 입자를 극도로 빠른 속도로 가속합니다. 그 결과 입자들이 서로 충돌하여 부서집니다.
- 시간 및 에너지 효율: 프로브형 초음파 처리는 기존 방법에 비해 훨씬 짧은 시간에 효율적인 분산을 달성할 수 있는 비교적 빠른 공정입니다. 이러한 효율성은 산업적 제조에서 시간과 에너지를 절약하고 생산성을 높일 수 있습니다.
- 공정 제어: 초음파 장비를 사용하면 에너지 투입량, 강도, 온도, 압력, 처리 시간과 같은 중요한 공정 매개변수를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이를 통해 제조업체는 안료에 맞게 공정 조건을 조정하고, 습식 분쇄 및 분산 공정을 최적화하며, 특정 요구 사항에 맞게 착색제의 특성을 조절할 수 있습니다.
진주광택 안료의 초음파 분쇄 및 분산. 빨간색 그래프는 초음파 처리 전의 입도 분포를 나타내고, 녹색 곡선은 초음파 처리 중의 입도 분포를 나타내며, 파란색 곡선은 초음파 분산 후 최종 안료의 입도 분포를 나타냅니다.
초음파 균질기를 이용한 마스터배치 생산
마스터배치는 점성 매트릭스에 착색제 및/또는 첨가제가 농축된 것으로, 최종 적용 시보다 착색제 및/또는 첨가제의 함량이 높습니다. 공급 형태는 과립, 액체 – 페이스트, 분말 등으로 다양합니다. 초음파 균질기는 액상 및 페이스트상 마스터배치에 안료를 균일하게 분산시키는 데 매우 효율적입니다. 고출력 초음파의 강력한 캐비테이션 힘과 교반 작용을 이용하여 안료 입자를 분산 및 분쇄하고, 입자 크기를 서브마이크론 및 나노 크기로 줄일 수 있습니다.
- 마스터배치 및 최종 제품 배합물
- 유기 및 무기 광물 안료
- 수성 및 용제 기반 배합물
- 배치 및 인라인 생산
- 고점도 및 저점도
- 모든 부피 규모
SonoStation: 초음파 분산기, 펌프, 교반기 및 탱크로 구성된 이동식 턴키 분산 시스템
착색제 제조 시 연속 흐름 운전을 위한 2x 1kW 초음파 처리기 분산 시스템
착색제 제조용 고성능 초음파 분산기
Hielscher Ultrasonics의 산업용 초음파 처리기는 최첨단 분산기로, 안료 마스터배치를 위한 완벽한 솔루션을 제공합니다!
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- 신뢰성 및 견고성
- 조절 가능하고 정밀한 공정 제어
- 배치 및 인라인
- 모든 용량에 적용 가능
- 지능형 소프트웨어
- 스마트 기능(예: 프로그래밍 가능, 데이터 기록, 원격 제어)
- 쉽고 안전한 조작
- 적은 유지보수
- CIP(정치 세정)
아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여 줍니다:
| 배치 용량 | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 0.5–1.5mL | n.a. | VialTweeter | 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | 더 높은 유량 | 여러 대를 조합한 UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics는 실험실, 파일럿 및 산업 규모의 혼합, 분산, 유화 및 추출 용도를 위한 고성능 초음파 균질기를 제조합니다.
문헌 / 참고 자료
- Nina Hauptman; Marta Klanjšek Gunde; Matjaž Kunaver; Marija Bešter-Rogač (2011): Influence of dispersing additives on the conductivity of carbon black pigment dispersion. J Coat Technol Res 8, 2011. 553–561.
- I. Fasaki, K. Siamos, M. Arin, P. Lommens, I. Van Driessche, S.C. Hopkins, B.A. Glowacki, I. Arabatzis (2012): Ultrasound assisted preparation of stable water-based nanocrystalline TiO2 suspensions for photocatalytic applications of inkjet-printed films. Applied Catalysis A: General, Volumes 411–412, 2012. 60-69.
- Shaik, S., Sonawane, S.H., Barkade, S.S., Bhanvase, B. (2016): Synthesis of Inorganic, Polymer, and Hybrid Nanoparticles Using Ultrasound. In: Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry. Springer, Singapore.
- Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment & Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
알아두면 좋은 정보
착색제는 광물 기반 착색제와 유기 안료 기반 착색제로 구분됩니다. 두 유형의 착색제는 모두 수많은 용도에 널리 사용되며, 각각 고유한 장점과 고려 사항이 있습니다. 둘 중 어느 것을 선택할지는 원하는 색상 범위, 안정성 요구 사항, 용도별 필요 사항 및 규제 관련 고려 사항 등의 요인에 따라 달라집니다.
유기 안료
유기 안료 기반 착색제는 식물 추출물이나 합성 원료 등에서 얻는 탄소 기반 화합물에서 유래합니다. 다양한 색상과 색조를 제공하며 화장품, 섬유 및 인쇄를 비롯한 여러 산업에서 널리 사용됩니다. 유기 안료는 뛰어난 착색력과 선명도를 제공할 수 있지만, 특히 햇빛이나 기타 환경 요인에 노출되면 시간이 지남에 따라 색이 바래기 더 쉬울 수 있습니다.
광물 기반 색료
인공적으로 합성된 무기 착색 안료도 “광물 색료”라는 총칭으로 묶입니다. 이러한 안료는 납, 아연, 티타늄, 바륨, 크롬, 철, 알루미늄, 수은, 카드뮴, 구리, 망간 및 코발트 금속의 산화물 또는 염입니다. 여기에는 백색 색료인 연백(탄산납)과 아연백(산화아연)이 포함됩니다. 티타늄 화이트(이산화티타늄), 리토폰(황화아연) 및 블랑 픽스(황산바륨)도 포함됩니다.
유색 및 흑색 안료에는 연단(산화납), 네이플스 옐로(안티몬산납), 크롬 옐로(크롬산납), 크롬 오렌지, 크롬 그린(산화크롬), 아연황(크롬산아연), 녹청(아세트산구리), 퍼머넌트 그린, 산화철 적색, 잉글리시 레드 및 스몰트도 포함됩니다.
이러한 안료는 안정성이 매우 높고 퇴색에 강합니다.
