KR100353398B1 - 마이크로 웨이브를 이용한 코팅액 건조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로웨이브를 이용한 각종 코팅액의 건조에 사용되는 건조장치에 관한 것이다.

본 발명의 코팅액 건조장치는, 상자 형상의 하우징과, 하우징의 양 외측부에 부착되고 내부는 동일 공간을 형성하고 있으나 외부는 상기 하우징과 함께 2단의 형태를 구성하는 하우징 인입부 및 인출부와, 하우징 상단면의 중심부에 하나 이상 부착되어 있는 마그네트론과, 하우징 상단면에 부착된 배기팬이 장착된 배기관과, 하부 하우징의 입·출측 내부 상하면에 상·하향으로 부착된 다중의 마이크로웨이브 차단 커튼으로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명 장치를 이용한 유전 가열에 의한 건조는 건조 시간이 단축되고 에너지 효율이 높으며, 건조 후 코팅층의 품질이 균일할 뿐 아니라 코팅층에의 이물질 혼입이 적은 이점이 있다.

Description

마이크로 웨이브를 이용한 코팅액 건조장치{Apparatus for drying coated fluid using microwave}

본 발명은 종이나 필림 등이 롤 형태로 감겨진 피코팅물을 입측에서 풀어주면서 수행되는 코팅 작업과 도포된 코팅액의 건조를 연속적으로 실시하여 박리지나 박리 필름을 제조한 후, 출측에서 코팅 표면 처리가 완료된 피코팅물을 되감는 작업을 수행하는 연속 코팅 라인에서, 피코팅물의 한 면에 도포되는 코팅액 - 점착제나 접착제 또는 수성 접착제 등 - 을 건조시키는 건조장치에 관한 것으로서, 더 자세하게는 건조장치의 가열원으로 마그네트론을 채용하고, 마그네트론에서 발생하는 마이크로 웨이브를 피코팅물에 조사(照射)하여 액상 코팅액 분자의 운동과 충돌을 가속시킴으로써 발생되는 코팅액 자체의 발열에 의하여 코팅액을 건조시키는 마이크로 웨이브를 이용한 유전가열 방식의 코팅액 건조장치에 관한 것이다.

일반적으로 액상의 코팅제인 실리콘이나 점착제 또는 수성 접착제 등을 롤 형태의 종이나 필름의 표면에 코팅한 후, 액상의 코팅층을 자연 건조가 아닌 강제 건조시킬 경우에는 미리 가열된 공기를 물체의 표면에 불어주는 대류와 전도가열에 의하여 건조시키거나 직접적인 열원 - 전기 저항열, 화염 등 - 을 건조 대상물에가까이 하는 복사전도에 의하여 건조 작업을 실시한다.

직접적인 열원을 이용하는 방법은 복사열이 건조의 주요 인자가 되어 열원과 건조 대상 사이의 공간 조건에 따라 복사열량의 변화가 많고, 위치별 온도 차이가 많아 건조에 적절한 열원의 온도 제어가 어려운 바, 열원의 완전한 영향하에 있는 국부적인 부분만을 빠른 시간 내에 건조할 필요가 있는 경우 외에는 거의 사용되지 않는다.

일반적으로 박리지(또는 필름)와 점착 또는 접착지(또는 필름)사이의 코팅층은 접착지와 맞닿는 박리지의 한 면에 실리콘 등의 코팅액을 피복시킨 후, 가열 및 건조하여 형성시킨 것으로서, 이 때 주로 사용되는 건조 방법으로는 가스나 기름 등을 연소시키고, 그때 발생하는 열로서 공기를 가열한 후, 가열된 공기 즉, 열풍을 건조 대상물에 불어주므로써 건조가 이루어지도록 하는 간접 가열 방식이 주로 적용된다.

일 예로서, 개략적인 무용제 실리콘 고분자의 롤 코팅 라인 레이 아웃(lay-out)을 도1에 도시하였다.

도시한 바와 같이 롤 형태로 감겨진 바탕지나 필름 등의 피코팅물(1)이 공급릴(1A)에서부터 풀려나와 코팅롤(2)을 통과하면서 피코팅물의 한 면에 액상 실리콘이 피복된다.

피복 방법은, 코팅액(3A)으로서 액상 실리콘이 들어있는 코팅액조(3B)에 침적롤(3)이 일부분 침적되고, 이 침적롤과 코팅롤(2)이 접촉한 상태로 회전하므로써 침적롤 표면의 액상 실리콘이 코팅롤에 일정한 양으로 피복되며, 코팅롤 표면에 피복된 실리콘이 피코팅물의 한 면에 코팅된다.

상기의 코팅 방법으로 침적롤에 의한 직접 코팅이 아닌 코팅롤에 의한 간접 코팅 방법을 적용하는 것은 피코팅물 표면에 코팅되는 실리콘의 양을 일정하게 하기 위한 것으로서, 침적롤에 의한 직접 코팅시에는 침적롤의 침적 깊이나 코팅액(3A) 농도 그리고 침적롤의 회전 속도에 따라 침적롤에 도포되는 코팅액(3A)의 양이 변하고, 그와 같이 일정한 양이 아닌 침적롤의 실리콘이 아무런 제약 없이 피코팅물에 그대로 코팅되게 된다.

그러나, 상기와 같은 간접식은 침적롤에 도포된 실리콘 양이 침적롤과 코팅롤 사이의 접촉 압력 조정에 의하여 일정하게 제어 될 수 있기 때문에, 피코팅물 표면에 도포되는 코팅액(3A)의 양도 일정하게 유지할 수 있게 된다.

코팅액의 도포가 완료된 피코팅물은 열풍 건조장치(7)를 통과하게 되는데, 열풍 공급관(6)은 건조장치(7)의 출측에 가깝게 설치되고 배기관(5)은 입측에 가깝도록 설치되므로써 건조 효율을 가능한 한 높일 수 있도록 한 구조이다.

건조장치를 통과하면 피코팅물을 잡아당기는 인출 캡스탄(capstan)(8)과, 건조되는 과정에서 발생하는 코팅액의 수축작용으로 피코팅물에 발생한 다소의 변형을 수정하여 피코팅물의 평탄도를 회복시켜 주는 에스롤(9)(S-roll)을 거쳐 권취릴(10)에 감김으로써 연속 코팅 공정이 완료된다.

그리고, 권취릴(10) 부근에 다른 하나의 릴(11)을 설치하고 박리지인 피코팅물에 붙일 점착지나 접착지를 장착하면, 상기의 코팅과 건조가 완료된 후 피코팅물이 권취릴에 감기기전 피코팅물과 접착 또는 점착시키므로써 완제품을 한 라인 상에서 제조할 수도 있다.

상기의 코팅 라인에 있어서 설비의 규모와 생산성에 가장 큰 영향을 미치는 것은 건조장치(7)이다.

열풍 건조장치는 공기의 대류를 이용하므로써 직접 가열 방식보다 건조 대상물 전체에 대한 균일한 건조 효과를 얻을 수는 있으나, 건조 시간이 길어져 건조장치의 길이가 길어짐으로써 전체 설비의 규모가 커지게 되고, 상기의 예와 같은 경우에는 건조장치의 길이가 15m 정도나 되며, 건조장치의 길이를 짧게 하면 건조를 위하여 코팅 속도를 줄여야 함으로써 생산성이 떨어지게 된다.

그리고, 상기 문제점을 해결하기 위하여 열풍의 온도를 상승시키는 방법도 있으나 피코팅물 즉 박리지인 종이나 필름 등의 변형을 초래할 수가 있으며, 고온에 의한 급속한 건조는 코팅층의 품질을 떨어뜨릴 뿐 아니라 에너지의 낭비도 많게 된다.

열풍을 이용한 건조장치는 그 운영이 어렵지 않고 보편적인 방법이긴 하지만, 그 특성상 건조장치 내의 위치에 따른 온도 편차가 불가피하여 건조된 코팅층의 경화 정도가 불균일 하고, 특히 건조장치를 동절기에 가동할 때는 예열 시간이 많이 소요되는 단점이 있다.

또한, 열풍 건조장치는 열풍 속에 분진 등의 이물질이 불가피하게 혼입될 수 밖에 없어 코팅층의 광택도와 표면 균일성이 저하하여 점착지나 접착지로부터 박리시 잘 떨어지지 않거나 찢어지는 문제를 야기시킬 수 있는 바, 공급되는 공기에 대한 필터링 문제와 코팅면에 대한 이물질 부착에 대하여 세심한 주의를 기울여야 하며, 그렇게 하여도 코팅층에의 이물질 혼입을 방지하기는 극히 어려울 뿐만 아니라, 열풍의 송풍시 발생하는 작업 소음을 줄이는 대책도 필요하다.

그리고, 또다른 건조 방식으로는 상기의 열풍 건조 방식이 아닌 스팀 보일러 또는 원적외선에 의한 가열·건조 방식도 있으나 전체적인 효율 측면에서 볼 때 열풍 건조 방식보다는 떨어진다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 열풍에 의한 건조는 에너지 효율이 떨어질 뿐 아니라, 코팅층의 건조 및 경화 정도가 균일하지 못하고 부위별로 차이가 발생하게 되며, 피복되는 코팅액과 피코팅물의 재질에 따른 최적의 건조 조건을 맞추기 위한 열풍의 온도와 코팅 속도의 정확한 제어가 극히 어렵다.

따라서, 건조 온도와 건조 속도를 최적의 상태로 손쉽게 제어할 수 있고, 에너지의 낭비를 최소화 할 수 있으며, 가스나 기름의 연소시 발생하는 지구 온난화 가스인 이산화탄소의 배출이 없는 새로운 에너지원을 채택한 건조장치의 제공을 본 발명의 목적으로 한다.

도 1은 열풍 건조장치를 채용한 연속 코팅 설비의 레이 아웃.

도 2는 본 발명 마이크로웨이브를 이용한 건조장치로서,

(가)는 사시도 이고,

(나)는 단면도 이다.

도 3은 열풍 및 전기 히터를 설치한 본 발명 마이크로웨이브를 이용한 건조장치로서,

(가)는 사시도 이고,

(나)는 단면도 이다.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

1A. 공급릴 2. 코팅롤

3. 침적롤 3A. 코팅액

7. 열풍건조기 8. 인출캡스탄

9. 에스롤 10. 권취릴

1,25. 마그네트론 11,28. 마이크로웨이브 차단막

22. 전기 히터

본 발명의 상기 목적은 극초단파라고도 불리는 마이크로웨이브에 의한 유전가열 방식과 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론(magnetron)을 부착한 건조장치에 의하여 달성된다.

마그네트론은 일종의 2극 진공관으로 중심부에 음극이 있고, 그 주위에 양극이 배열되어 있으며, 두 극 사이에 4000볼트 수준의 초고압 직류 전압을 인가하면 음극에서 양극으로 전자가 이동하게 되며, 이때 마그네트론에 부착되어 있는 강력한 영구자석의 자계에 의하여 전자의 운동이 편향되어 양극에 도착하면서 회전력이 발생하게된다.

상기와 같은 전자의 운동을 통하여 주파수가 2450MHz정도 되는 극초단파가 발생하게 되며, 이를 마이크로웨이브라고 한다.

이와 같이 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론을 정상적으로 구동시키기 위한 중요 부속 부품으로는 가열 온도 제어를 위한 써모스텟(thermostat)과, 전원 전압의 변동에 대하여 일정한 출력 특성을 갖도록 하기 위한 안정화 전원으로서 철 공진회로를 채택한 고압 트랜스와, 교류 전원을 직류로 정류하기 위한 고압 다이오드와, 전하를 저장하기 위한 고압 콘텐서가 있다.

상기 부품들의 결합을 통하여 마그네트론으로부터 발생하게 되는 마이크로웨이브를 분자의 구속력이 상대적으로 약한 액상의 물질에 방사하면 액상 분자의 쌍극자가 마이크로웨이브의 진동수에 따라 극성이 바뀌면서 매우 빠른 속도로 회전 또는 진동을 하게 되기 때문에 분자 상호간에 마찰열이 발생하고, 이것이 액상의 물질을 가열하고 건조시키는 근원이 된다.

이러한 가열방식은 종래의 전도가열이나 복사가열 등과 같이 외부로부터 열을 공급하는 것이 아니고, 마이크로웨이브의 피방사 물체 내부와 외부가 동시에 가열되는 특성을 갖게 되는데, 이러한 가열 방법을 유전가열 방식이라고 한다.

본 발명의 건조장치는 유성 또는 수성 및 무용제 실리콘 코팅과, 아크릴이나 고무와 같은 점착제 코팅과, 피이브이에이(PVA)나 이브이에이(EVA) 또는 아크릴 바인더와 같은 수성 접착제 코팅 라인에서 합성수지 필름이나 종이류 등의 각종 피코팅물 표면에 도포된 코팅액을 건조시키기 위한 것으로, 건조 대상물에 따라 하나 이상의 마그네트론이 장작되어 있으며, 건조에 필요한 가열 용량에 따라 두 세트 이상의 마그네트론을 설치할 수도 있다.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 고안의 바람직한 두 가지 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.

우선 본 발명 마그네트론을 채택한 건조장치의 구성을 살펴보면, 도 2의 (가)는 마그네트론만을 가열원으로 채택한 본 발명의 일실시예 건조장치의 사시도이고 (나)는 단면도이며, 도 3의 (가)는 마그네트론과 함께 보조 가열원으로서 열풍 공급기와 전기 히타의 세 종류 가열원을 채택한 본 발명의 다른 실시예인 건조장치의 사시도이고, (나)는 단면도이다.

먼저, 도2의 일실시예를 살펴보면, 본 발명의 건조장치는 상자 형상의 하우징(3)과, 하우징(3)의 양 외측부에 부착되고 내부는 동일 공간을 형성하고 있으나 외부는 상기 하우징(3)과 함께 2단의 형태를 구성하는 - 하우징의 길이 방향으로 서로 대향하고 있는 입측면(8)과 출측면(9)에 장입구(6)와 인출구(7)가 형성되어 있는 - 하우징 인입부(17) 및 인출부(18)와, 하우징 상단면(10)의 폭방향 중심에서 하나의 마그네트론은 길이 방향 중심에서부터 건조장치의 입측(4)으로 다소 편향되어 있고 다른 하나의 마그네트론은 출측(5)으로 다소 편향되어 있는 두 세트의 마그네트론(1)과, 하우징 상단면(10)의 중심부에 부착되어 있으며 하부에 배기팬(12)이 장착된 배기관(2)과, 하우징 상단면(10) 상에 설치된 전원 공급부(14)와, 하우징 인입부(17)에 설치된 제어부(15)와, 하우징의 인입부(17)와 인출부(18) 내부에 부착된 다중의 마이크로웨이브 차단막(11)으로 구성된다.

그리고, 도3의 다른 실시예를 살펴보면, 실시예 1과 기본적인 구조는 동일하나 하우징(20)의 상단면(24)에는 배기팬(30)이 구비된 배기관(23)외에 열풍 공급관(21)이, 하우징 저면 중앙부에는 전기 히타(22)가 추가로 설치되어 있다.

상기 추가 설치된 열풍 공급관(21)과 전기 히타(22)는 마그네트론(25)에 이상이 있거나 마그네트론(25)의 가열 능력을 초과하는 열이 필요한 경우를 대비한 것이다.

본 발명 코팅액 건조장치로 종래의 열풍 가열로를 대체한 코팅 라인의 작업 공정 순서는 피코팅물의 장착 →코팅 →건조 →(합지) →권취의 단계로 이루어진 종래의 방법과 동일하나, 건조에 있어서 마이크로웨이브를 이용한 유전가열 방식과 이를 위한 마그네트론이 장착된 건조장치를 채택한 점에 특징이 있다.

본 발명의 건조장치에서 이루어지는 건조 과정을 살펴보면 다음과 같다.

건조장치의 장입구(6)(26)를 통하여 건조장치 내부로 장입된 피코팅물(13)(29)은 인출구(7)(27)을 통하여 건조장치의 외부로 나가기 전까지 하우징(3)(20) 상단면(10)(24)에 설치된 마그네트론(1)(25)에서 발생되는 마이크로웨이브의 조사 범위에 있게되므로 피코팅물 표면에 도포된 액상의 코팅액(13A)이 유전가열에 의하여 코팅액층 내·외부가 균일하게 자체 가열되고 건조가 신속히 완료된다.

상기 건조 과정에서, 코팅액의 건조에 따라 발생하는 수증기나 휘발성 용제는 배기팬(12)(30)과 배기관(2)(23)에 의하여 건조로 외부로 배출된다.

그리고, 건조장치의 입측(4)(31)과 출측(5)(32)부의 하우징 인입부(17)(36) 및 인출부(18)(37) 내부에는 다중 마이크로웨이브 차단막(11)(28)이 부착되어 마그네트론에서 조사되는 마이크로웨이브가 건조로 외부로 누출되는 것을 방지하며, 이 차단막(11)(28)은 외부 공기가 건조기의 내부로 인입되거나 건조기 내부의 공기가 외부로 유출되는 것을 최소화 하는 역할도 수행함으로써 열손실을 감소시켜 주며, 제어부(15)(34)의 위치는 필요에 따라 최적의 위치에 설치한다.

상기에서 살펴본 바와 같이 마이크로웨이브에 의한 유전가열 방식의 건조장치에서의 코팅액 건조는, 코팅액 내·외부에서 동시에 균일하게 건조 과정이 진행되므로써 건조 시간이 빠를 뿐 아니라, 위치에 상관 없이 마이크로웨이브가 균일하게 코팅액에 조사되기 때문에 코팅액의 도포 위치에 관계 없이 건조 온도 편차가 적어 건조된 코팅층의 품질이 일정하며, 코팅액 종류와 양 및 피코팅물의 종류에 따라 최적의 건조 조건을 운전 판넬 상에서 손쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 열풍 가열식과 달리 외부로부터 전달되는 이물질이 없는 바, 코팅층 표면의 점착력이나 접착력이 일정하고 표면 광택이 향상되는 이점이 있으며, 건조장치의 가동에 따른 소음이 거의 없고, 동절기에도 장시간의 예열 없이 사용할 수 있을 뿐만 아니라 건조장치의 크기를 소형화 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 피코팅물의 표면에 코팅액 피막을 연속적으로 형성시키는 연속 코팅 설비의, 코팅액이 도포된 피코팅물의 이동 경로상에 설치되는 건조장치에 있어서,

   건조장치의 형태를 구성하는 사각함체 형상의 하우징(3)과;

   상기 하우징(3) 상부에 설치되어 하우징 내부로 마이크로웨이브를 조사하는 적어도 하나의 마그네트론(1)과;

   상기 하우징(3) 외부에 설치되어 마그네트론(1)을 구동시키고 제어하는 전원 공급부(14) 및 제어부(15)와;

   상기 하우징(3) 입출측의 양 외측부에 설치되고 그 내부에는 다중 마이크로웨이브 차단막(11)이 설치된 하우징 인입부(17) 및 인출부(18)와;

   코팅액 건조시 코팅액으로부터 발생되는 수증기 및 휘발성 용제 등을 외부로 배출하기 위한 배기팬(12)과 배기관(2)을 포함하여 구성된 것임을 특징으로하는 마이크로웨이브를 이용한 코팅액 건조장치.
2. 피코팅물의 표면에 코팅액 피막을 연속적으로 형성시키는 연속 코팅 설비의, 코팅액이 도포된 피코팅물의 이동 경로상에 설치되는 건조장치에 있어서,

   건조장치의 형태를 구성하는 사각함체 형상의 하우징(3)과;

   상기 하우징(3) 상부에 설치되어 하우징 내부로 마이크로웨이브를 조사하는 적어도 하나의 마그네트론(1)과;

   상기 하우징(3) 상부에 설치된 열풍 공급관(21) 및 하우징 내부 저면에 설치된 전기 히터(22)와;

   상기 하우징(3) 외부에 설치되어 마그네트론(1)을 구동시키고 제어하는 전원 공급부(14) 및 제어부(15)와;

   상기 하우징(3) 입출측의 양 외측부에 설치되고 그 내부에는 다중 마이크로웨이브 차단막(11)이 설치된 하우징 인입부(17) 및 인출부(18)와;

   코팅액 건조시 코팅액으로부터 발생되는 수증기 및 휘발성 용제 등을 외부로 배출하기 위한 배기팬(30)과 배기관(24)을 포함하여 구성된 것임을 특징으로하는 마이크로웨이브를 이용한 코팅액 건조장치.
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