고성능 도료 균질기
초음파 믹서는 액상 도료 및 안료 배합물을 균질화, 분산 및 유화하는 데 신뢰할 수 있는 도구입니다. 초음파 균질기는 안정성이 매우 높고 균일한 도료 에멀젼과 분산액을 생성할 뿐만 아니라, 안료, 나노소재 및 일차 입자를 분쇄하고 미분쇄하는 데에도 사용됩니다. 탁월한 분산 및 분쇄 결과 덕분에 도료 산업에서는 초음파 균질기를 현재 이용 가능한 가장 정교한 도료 및 안료 페이스트 혼합 기술 중 하나로 도입하고 있습니다.
도료의 균질화, 분산 및 에멀젼
균질화는 고체 입자나 액적의 크기를 줄여 안정적인 고품질 에멀젼과 분산액의 생산을 용이하게 하는 데 적용됩니다. 도료, 코팅제 및 바니시를 배합할 때 균일한 입자 크기는 도료 또는 코팅제 배합물의 발색, 도포 특성 및 기능성에서 균일한 결과를 얻는 데 매우 중요합니다.
분산액 및 에멀젼 배합용 초음파 도료 균질기
초음파 고전단 믹서는 입자 또는 액적의 크기와 균일한 분포가 도료의 성능 및 품질에 매우 중요한 균질화, 유화 및 가용화 응용 분야에 이상적입니다.
고출력 초음파의 강력한 음향 캐비테이션은 분자를 확실하게 분해하여 마이크로미터 및 나노미터 범위에서 균일한 입자 분포를 형성할 수 있으므로, 초음파 처리는 선호되는 균질화 기술입니다. 초음파 균질화는 나노미터 및 마이크로미터 크기의 입자를 생산하는 가장 정교한 기술입니다. 적절한 초음파 강도를 적용하면 입자(예: 안료, 오일, 왁스, 첨가제 등)의 크기를 개별적으로 조절할 수 있습니다.
또한 초음파 분산은 안료의 표면 개질을 유도하여 분산 안정성을 크게 높일 수 있습니다.
산업용 초음파 프로세서 UIP16000 (16kW) 도료 및 나노필러 생산용
- 수성 도료
- 용제형 도료
- 에멀젼 도료
- 분산형 도료
- 라텍스 분산액
- 왁스 에멀젼
- 고함량 안료 배합물
- 유광 에멀젼 도료
- 서스포에멀젼(현탁액과 에멀젼의 혼합물)
- 고성능 코팅제
- 바니시
- 고분자 배합물
- 에나멜
- 나노입자 첨가제
- 연마 입자
- 미니에멀젼 중합
- 도료 및 코팅제의 미생물학적 안정화
나노필러의 초음파 분산
나노 크기의 필러는 고분자나 수지와 같은 코팅제에 첨가됩니다. 이러한 나노필러는 특정 소재의 기계적 특성, 예를 들어 자외선 저항성, 내긁힘성, 강성 및 인성 / 인장 강도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 기존의 마이크로미터 크기 필러와 나노 크기 필러의 주요 차이는 높은 비표면적과 그로 인해 완전히 달라지는 나노필러의 특성입니다. 나노소재(예: 나노 크기 필러)는 전체 표면적이 주변 매트릭스와 상호작용할 수 있도록 도료 또는 코팅제 배합물에 균일하게 분산되어야 합니다. 나노필러는 개별 나노입자로 분산된 경우에만 탁월한 소재 특성을 발휘할 수 있습니다. 초음파 균질기와 분산기는 나노필러와 같은 나노입자의 얽힘과 응집을 풀고 매트릭스(예: 고분자, 에폭시 또는 수지)에 균일하게 분산시키는 데 우수한 혼합 기술입니다. 초음파 전단력이 입자 간 결합을 끊으므로 모든 입자가 매트릭스에 개별적으로 분산되어 고유한 특성을 온전히 발휘합니다. 따라서 초음파 분산 및 균질화는 고성능 코팅제를 생산하는 가장 신뢰할 수 있는 방법입니다.
초음파 분산 기술은 삼롤 밀, 볼 밀 또는 미디어 밀과 같은 기존 분쇄 기술에 비해 많은 장점이 있습니다.
라텍스 에멀젼의 초음파 분산
라텍스 도료는 제조하기에 가장 복잡한 도료 배합은 아니지만, 여전히 신중하게 제조해야 하며 라텍스 배합의 모든 성분을 정해진 순서에 따라 첨가해야 합니다. 첫 번째 제조 단계에서는 기본 도료 현탁액을 만듭니다. 이를 위해 습윤제, 소포제 및 특정 배합 처방에 필요한 기타 첨가제와 함께 안료를 물에 분산시킵니다. 일반적으로 이산화티타늄(TiO2) 안료를 먼저 분산시킨 다음 체질 안료를 첨가합니다. 대부분의 배합에서 이러한 화합물의 첨가 순서와 첨가량은 품질에 영향을 미치는 필수적인 요소입니다. 입자를 습윤하고 분산시키는 데는 주로 라텍스 유화의 가장 일반적인 방식인 고속 블레이드 / 회전식 믹서를 사용합니다. 블레이드 또는 회전식 믹서로 균일한 기본 배합물을 혼합하려면 많은 시간이 소요됩니다. 그다음 라텍스 에멀션을 혼합물에 첨가하고 훨씬 낮은 수준의 혼합 에너지로 혼합합니다. 라텍스 에멀션은 합일되거나 깨지기 쉬우므로 온화한 균질화 조건이 필요합니다. 그런 다음 미리 분산시킨 증점제를 첨가하여 최종 라텍스 도료 에멀션의 점도를 원하는 수준으로 조절합니다.
초음파 분산기는 라텍스 에멀션 제조를 쉽고 신뢰성 있게 수행할 수 있습니다. 각 제조 단계의 유화 및 균질화에 맞춰 초음파 처리 에너지와 그에 따른 분산 강도를 조절할 수 있으므로 성분의 분해나 라텍스 에멀션의 파괴를 확실하게 방지할 수 있습니다. 초음파 분산은 분말을 완전히 습윤시키는 검증된 기술입니다. 재료의 첨가 순서 등은 배합 요구 사항에 맞춰 변경할 수 있습니다. 초음파 에너지 투입량을 이상적으로 조절하면 안료의 색상이 충분히 발현되어 고품질 라텍스 에멀션 도료를 얻을 수 있습니다.
플로우 셀이 장착된 초음파 분산기는 밀폐형 시스템이므로 원치 않는 공기 유입이나 기포 발생이 없습니다. 초음파 처리기는 견고하고 신뢰성이 높으며, 쉽고 안전하게 작동할 수 있고, 배치 주기가 짧고 배합 절차가 간단하다는 장점이 있습니다. 유통식 구성의 탁상형 초음파 처리기로도 상당한 생산량을 효과적이고 비용 효율적으로 처리할 수 있습니다.
초음파 처리 전후: 녹색 곡선은 초음파 처리 전의 입자 크기를 나타내며, 빨간색 곡선은 초음파로 분산시킨 실리카의 입자 크기 분포를 나타냅니다.
왁스 에멀션의 초음파 분산
왁스 에멀션과 분산액은 미세하고 안정화된 왁스 입자를 물에 균일하게 분포시켜 만든 배합 첨가제입니다. 왁스를 액적 분포가 매우 균일한 나노 액적 형태로 분산시키면 안정적인 왁스 에멀션을 얻을 수 있습니다. 초음파 균질기는 강력한 전단력을 발생시키며, 안정적인 왁스 나노 에멀션을 제조하는 신뢰성 높고 견고한 분산 시스템입니다.
초음파 왁스 유화에 대해 자세히 알아보세요!
적색 도료의 균질화 과정을 보여 주는 유리 플로우 셀이 장착된 초음파 분산기
UV 흑색 안료: 초음파 처리 전후
도료 배합용 초음파 고전단 균질기
Hielscher Ultrasonics의 균질기, 분산기, 유화기 및 분쇄기는 고성능 도료와 코팅제의 산업 생산에 사용됩니다. 초음파 균질기는 강력한 초음파 주파수 에너지로 매우 높은 전단력, 난류 및 파괴력을 생성합니다. 이처럼 매우 강력한 초음파 힘은 고체–액체 슬러리에 필요한 충격을 전달하여 입자를 원하는 크기와 기능성을 갖도록 분산시키고 분쇄합니다.
고고형분 함량의 초음파 분쇄
초음파 인라인 시스템은 매우 높은 고형분 농도도 쉽게 처리할 수 있습니다. 슬러리의 입자 함량이 펌프로 이송할 수 있는 범위에 있고 초음파 플로우 셀을 통과시킬 수 있다면, Hielscher의 산업용 초음파 균질기는 모든 종류의 고점도 페이스트형 슬러리를 안정적으로 처리할 수 있습니다. 초음파 습식 분쇄는 마이크로미터 및 나노미터 크기 안료의 마스터배치를 제조하는 데 일반적으로 사용됩니다. 연마성 입자조차 이처럼 높은 고형분 함량으로 처리할 수 있는 능력 덕분에 초음파 고전단 균질기는 안료와 나노입자를 분쇄하는 데 가장 효과적이고 효율적인 기술입니다.
초음파 탱크 교반기 및 유통식 반응기
도료 배합물은 하나 이상의 초음파 프로브를 삽입한 개방형 탱크에서 또는 배치 방식으로 혼합할 수 있습니다. Hielscher SonoStation(왼쪽 사진 참조)과 같은 장치 구성을 사용하는 개방 용기 혼합은 중간 규모 부피의 저점도 및 중점도 배합물을 분산하는 데 이상적인 구성입니다. 대용량 처리, 일차 입자를 강력하게 분쇄하고 파쇄하는 용도, 그리고 고점도 슬러리와 페이스트의 처리에는 가압 가능한 초음파 반응기가 최적의 구성입니다.
탱크와 같은 개방 용기는 가압할 수 없으며, 대용량 및/또는 고점도 물질을 균일하게 처리하는 데에도 이상적이지 않습니다. 초음파 유통식 반응기는 최대 수 barg까지 가압할 수 있습니다. 초음파 처리 중 압력을 가하면 음향 캐비테이션이 강화되며, 이에 따라 초음파의 전단력과 분산 / 분쇄 / 균질화 효과도 강화됩니다. 동시에 모든 도료 또는 안료가 반응기에 균일하게 공급됩니다. 체류 시간이 같고 정확히 동일한 초음파 조건에서 처리되므로 매우 균일한 분산 / 분쇄 결과를 얻을 수 있습니다. 강력한 초음파 힘으로 매우 균일하게 처리하면 우수한 도료 제품을 얻을 수 있습니다.
Hielscher Ultrasonics는 탱크 및 반응기 구성을 갖춘 고성능 초음파 처리 장치의 전체 제품군을 제공하여 도료 생산에 이상적인 초음파 분산 장비를 공급합니다.
모든 생산 용량에 적합한 초음파 분산기
Hielscher Ultrasonics의 제품군은 소형 실험실용 초음파 장치부터 벤치탑 및 파일럿 시스템, 시간당 트럭 여러 대 분량을 처리할 수 있는 본격적인 산업용 초음파 처리 장치까지 초음파 처리 장치의 전 범위를 포괄합니다. 이러한 전체 제품군을 통해 고객의 도료 배합물, 공정 처리 용량 및 생산 목표에 가장 적합한 초음파 분산기를 제공할 수 있습니다.
초음파 벤치탑 시스템은 타당성 시험과 공정 최적화에 이상적입니다. 확립된 공정 매개변수를 기반으로 하는 선형 스케일업을 통해 소규모 로트에서 본격적인 상업 생산까지 처리 용량을 매우 쉽게 늘릴 수 있습니다. 더 강력한 초음파 분산 장치를 설치하거나 여러 초음파 장치를 병렬로 구성하여 규모를 확장할 수 있습니다. Hielscher는 UIP16000을 통해 세계에서 가장 강력한 초음파 분산기를 제공합니다.
최적의 결과를 위해 정밀하게 제어할 수 있는 진폭
모든 Hielscher 초음파 장치는 정밀하게 제어할 수 있어 생산 현장에서 믿음직한 주력 장비로 활용됩니다. 진폭은 안료 페이스트, 도료 및 폴리머의 초음파 분산과 습식 분쇄의 효율 및 효과에 영향을 미치는 핵심 공정 매개변수 중 하나입니다.
Hielscher Ultrasonics의 모든 프로세서는 진폭을 정밀하게 설정할 수 있습니다. 소노트로드와 부스터 혼은 진폭을 더욱 넓은 범위에서 조정할 수 있게 해 주는 액세서리입니다. Hielscher의 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공하며, 까다로운 응용 분야에 필요한 초음파 강도를 전달할 수 있습니다. 최대 200µm의 진폭으로도 24/7 연속 운전을 손쉽게 수행할 수 있습니다. 나노 분산액, 나노입자 합성, 일차 입자 분쇄 및 미니에멀젼과 같은 고출력 초음파 응용 분야에서는 높은 진폭이 필수적입니다.
정밀한 진폭 설정과 스마트 소프트웨어를 통한 초음파 공정 매개변수의 상시 모니터링으로 안료와 분말 슬러리를 가장 효과적인 초음파 조건에서 처리할 수 있습니다. 최상의 분산 결과를 위한 최적의 초음파 처리!
간편하고 위험 부담 없는 시험
초음파 공정은 완전히 선형적으로 규모를 확대할 수 있습니다. 즉, 실험실용 또는 탁상형 초음파 장치로 얻은 모든 결과를 정확히 동일한 공정 매개변수를 사용하여 규모를 확대했을 때도 정확히 동일하게 얻을 수 있습니다. 따라서 초음파 처리는 위험 부담 없는 타당성 시험, 공정 최적화 및 이후 상업적 제조 공정 도입에 이상적입니다. 초음파 처리로 도료와 안료 생산을 어떻게 개선할 수 있는지 알아보려면 당사에 문의하십시오.
최고 품질 – 독일에서 설계 및 제조
가족이 소유하고 운영하는 기업인 Hielscher는 초음파 프로세서에 대해 최고 수준의 품질 기준을 최우선으로 합니다. 모든 초음파 장치는 독일 베를린 인근 텔토에 있는 당사 본사에서 설계, 제조되고 철저한 시험을 거칩니다. Hielscher 초음파 장비는 견고성과 신뢰성을 바탕으로 생산 현장에서 든든한 주력 장비 역할을 합니다. 전부하 상태와 까다로운 환경에서의 24/7 운전은 Hielscher 고성능 분산기의 기본적인 특성입니다. 따라서 Hielscher 초음파 장비는 도료 가공 요구 사항을 충족하는 신뢰할 수 있는 작업 도구입니다.
| 배치 부피 | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 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 |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | 더 높은 유량 | 클러스터 구성: UIP16000 |
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문헌 / 참고 자료
- N.P. Badgujar , Y.E. Bhoge , T.D. Deshpande , B.A. Bhanvase , P.R. Gogate , S.H. Sonawane , R.D. Kulkarni (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment & Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
- Siti Hajar Othman, Suraya Abdul Rashid, Tinia Idaty Mohd Ghazi, Norhafizah Abdullah (2012): Dispersion and Stabilization of Photocatalytic TiO2 Nanoparticles in Aqueous Suspension for Coatings Applications. Journal of Nanomaterials, Volume 2012.
- Kimitoshi Sato; Ji‐Guang Li; Hidehiro Kamiya; Takamasa Ishigaki (2008): Ultrasonic Dispersion of TiO2 Nanoparticles in Aqueous Suspension. Jouranl of American Cermaic Society Vol. 91, Issue 8, 2008.
- Karl A. Kusters; Sotiris E. Pratsinis; Steven G. Thoma; Douglas M. Smith (1994): Energy–Size Reduction Laws for Ultrasonic Fragmentation. September 1994, Powder Technology 80 (3), 1994. 253–263.
- Stoffer J.O.; Fahim M. (1991): Ultrasonic dispersion of pigment in water based paints. Journal of Coatings Technology, 63, (797), 61.
알아두면 유용한 정보
분산액과 에멀젼의 차이점
분산계의 정의:
분산계는 한 물질의 입자들이 다른 물질의 연속상에 분산되어 있는 계입니다. 두 상은 물질의 상태가 같을 수도 있고 다를 수도 있습니다.
분산계는 여러 유형으로 구분됩니다. 구분 기준에는 예를 들어 연속상 입자에 대한 분산 입자의 크기 비율, 침전 발생 여부, 브라운 운동의 존재 여부 등이 있습니다. 일반적으로 침강할 만큼 충분히 큰 입자가 분산된 계를 현탁액이라고 하며, 더 작은 입자가 분산된 계를 콜로이드와 용액이라고 합니다. 에멀젼은 서로 섞이지 않는 두 액체(물질의 상태가 같은 두 상)가 서로 분산되어 있는 분산계의 특정 하위 유형입니다.
에멀젼의 정의:
에멀젼은 서로 섞이지 않는 최소 두 가지 액체로 이루어진 액체 시스템으로, 한 액체가 다른 액체 안에 작은 액적으로 분산되어 있다. 작은 액적이 분포된 상을 분산상 또는 내부상이라고 하며, 다른 상을 연속상 또는 외부상이라고 한다. 에멀션은 수중유형(O/W)과 유중수형(W/O)의 두 가지 주요 유형으로 구분된다. 수중유형(O/W) 에멀션에서 내부상은 오일 또는 오일과 섞이는 액체이며, 외부상은 물 또는 물과 섞이는 액체이다. 유중수형(W/O) 에멀션에서 내부상은 물과 유사한 액체이며, 외부상은 오일과 유사한 액체이다.
대부분의 에멀션에는 안정제 또는 계면활성제로 알려진 유화제가 필요하다. 액적 크기 역시 에멀션의 안정성에 중요한 역할을 한다. 액적 크기가 작을수록 에멀션의 안정성이 높아진다.
고성능 초음파 기술! Hielscher의 제품군은 소형 실험실용 초음파 처리기부터 탁상형 장치를 거쳐 본격적인 산업용 초음파 시스템까지 전 범위를 포괄한다.