KR100714406B1 - 용해성 가공분산안료의 제조시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용해성 가공분산안료의 제조시스템에 관한 것으로, 조성물을 혼합하여 겔화하는 혼합기; 이 혼합기의 일측에 설치되어 겔화된 조성물을 전단력을 이용하여 1차 입자 상태로 분산하는 분산기; 이 분산기로부터 분산된 조성물을 냉각하는 냉각기; 이 냉각기에서 냉각된 조성물을 수지나 용제에 쉽게 녹아 혼합될 수 있는 미세 분말로 분쇄하는 분쇄기; 이 분쇄기의 일측에 설치되어 분쇄된 조성물에 진동을 가하여 적정 크기로 선별하는 선별기를 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 안료를 결합제에 미리 분산하여 분말 형태의 가공분산안료를 손쉽게 제조함으로써 소비자가 원하는 어떠한 종류의 유기 및 무기안료로도 가공이 가능하므로 제품개발을 신속하게 할 수 있다.

용해성 가공분산안료, 분산기, 분쇄기, 정량공급기

Description

용해성 가공분산안료의 제조시스템{Manufacturing system of dispersion-process pigments}

도 1은 본 발명에 의한 용해성 가공분산안료의 제조시스템의 전체 구조를 보인 개략도.

도 2는 도 1에 적용된 분산기 중 스크류형 분산기를 보인 단면도.

도 3a는 도 1에 적용된 분산기 중 롤형 분산기를 보인 종단면도.

도 3b는 도 1에 적용된 분산기 중 롤형 분산기를 보인 평면도.

도 4는 도 1에 적용된 미세 분쇄기를 보인 단면도.

도 5는 도 1에 적용된 정량공급기를 보인 단면도.

도 6은 본 발명에 의한 용해성 가공분산안료의 제조공정을 보인 블록도.

도 7은 본 발명의 제조시스템에 의해 제조된 용해성 가공분산안료를 확대하여 보인 그림.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 ; 계량기 200 ; 혼합기

300 ; 분산기 310 ; 롤형 분산기

320 ; 스크류형 분산기 400 ; 냉각기

500 ; 분쇄기 600 ; 미세 분쇄기

700 ; 정량공급기 800 ; 사이클론

900 ; 선별기

본 발명은 용해성 가공분산안료의 제조시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파우더 형태의 안료를 수지 조성물과 혼합 분산하여 용해 가능한 분말 형태의 가공분산안료로 제조되도록 함으로써 이후에 잉크나 페인트 등의 제조가 용이하도록 한 것이다.

일반적으로 잉크나 페인트 제품들은 안료, 유기용제, 첨가제 및 수지조성물을 혼합한 후 습윤 및 분산공정을 통하여 제조되고 있다.

즉, 안료, 수지, 용제, 첨가제를 배합한 후 안료의 표면과 기공을 습윤하고 공기나 수분을 액상 매체로 치환한 후 분산함으로써 잉크나 페인트가 제조된다.

그런데, 이러한 기술은 안료를 습윤하는 사전 혼합공정을 거친 후 고속교반하여도 수지용액에 안료가 고르게 분산되지 않는다. 따라서 추후 분산기를 통하여 분산하고 안정화해야 하는 단점이 있다.

또한, 배합공정에서 안료가 비산하여 인체에 유해하고, 각각의 공정마다 로스가 발생되어 작업 효율을 떨어뜨리는 단점이 있다.

이에 따라, 최근에는 백색안료를 미리 분산하여 기재 페인트를 만든 후에 농축된 착색제(페이스트)를 첨가하여 제조하는 착색시스템이 개시되었는데, 이러한 방식을 적용하면 하나의 기재 페인트로 다양한 색상의 페인트를 생산할 수 있다.

이 착색시스템은 착색 배합식을 컴퓨터에 기록하여, 선정된 배합식에 따라 기재 페인트에 혼합 비율의 착색제들을 자동으로 분배한 후 혼합기에서 혼합하게 된다.

농축된 착색제 페이스트는 안료에 수지, 습윤제 및 첨가제를 넣어 분산기로 분산한 것으로 안료의 함량이 15∼25%의 제품이다.

그러나, 이러한 방식은 착색제의 장기간 보관시 동일한 착색력을 유지하기 위해 그리고 안료의 응집 또는 침강을 방지하기 위해 과도한 분산이 필요하며, 다량의 첨가제를 투입해야 하므로 공정 시간 및 비용이 증가하는 단점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 미리 분산된 용해성 가공분산안료를 제조하여 이후 소비자가 원하는 어떠한 종류의 유기 및 무기안료로도 가공이 가능하도록 한 용해성 가공분산안료의 제조시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 본 발명의 목적은, 조성물을 혼합하여 겔화하는 혼합기; 이 혼합기의 일측에 설치되어 겔화된 조성물을 전단력을 이용하여 1차 입자 상태로 분산하는 분산기; 이 분산기로부터 분산된 조성물을 냉각하는 냉각기; 이 냉각기에서 냉각된 조성물을 수지나 용제에 쉽게 녹아 혼합될 수 있는 미세 분말로 분쇄하는 분쇄기; 이 분쇄기의 일측에 설치되어 분쇄된 조성물에 진동을 가하여 적정 크기로 선별하는 선별기를 포함하는 용해성 가공분산안료의 제조시스템에 의해 달성된다.

이하, 본 발명에 의한 용해성 가공분산안료의 제조시스템을 첨부된 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 가공분산안료의 제조시스템은 계량기(100), 혼합기(200), 분산기(300), 냉각기(400), 분쇄기(500) 및 선별기(900)를 포함한다.

상기 계량기(100)는 가공분산안료의 제조를 위한 준비단계를 진행하는 것으로, 결합제, 안료, 첨가제 및 습윤제의 혼합을 위한 적정량을 계량한다.

상기 혼합기(200)는 계량된 분말 형태의 안료, 첨가제, 습윤제 등을 균일하게 혼합하는 것으로, 도 2와 같이 원통형의 교반실(210)과, 이 교반실(210)에 설치되어 비교적 고속(500∼2000rpm)으로 회전하는 회전날개(220)와, 상기 교반실(210)의 일측에 설치되어 회전날개(220)에 구동력을 제공하는 회전모터(230)로 구성되 며, 이러한 혼합기는 혼합물 간의 충돌이나 회전날개(220)와 조성물 간의 마찰에 의해 혼합되도록 구성된다.

상기 분산기(300)는 기계적 전단력으로 결합제와 섞여 있는 겔 형태로 응집된 안료(이하, '안료 혼합물'이라 함)를 분산하여 1차 입자 크기로 안정화하는 것으로, 이러한 분산기(300)는 안료 혼합물의 종류에 따라 택일하여 적용될 수 있도록 함이 바람직하며, 따라서 본 발명에서는 롤형 분산기(310)와 스크류형 분산기(320)가 구비된다.

상기 롤형 분산기(310)는 도 3a 및 도 3b와 같이 전체적인 외관을 형성하는 몸체(311)의 상측에 적어도 2개 이상의 압연롤러(312)가 상호 접동하여 회전 가능하게 설치되고, 이 압연롤러(312)의 일측에는 압연롤러(312)에 회전력을 제공하는 회전모터(313)가 구동체인(314)으로 연결 설치된다.

이때, 상기 각 압연롤러(312)의 일측에는 상호 간의 간격을 조절하도록 간격조절장치(도시 생략)가 설치됨이 바람직하다.

상기 스크류형 분산기(320)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상측에 투입구(도시 생략)가 형성되고 하측에는 배출구(도시 생략)가 형성된 몸체(321)를 구비하며, 이 몸체(321)의 내부에는 분산스크류(322)가 수평으로 설치되고, 이 분산스크류(322)의 일측에는 구동모터(323) 및 감속기(324)가 구동체인(325)으로 연결된다.

그리고 상기 몸체(321)의 상측에는 안료 혼합물을 소정 압력으로 가압하는 프레스(326) 및 이 프레스(326)에 가압력을 제공하는 프레스실린더(327)가 설치될 수도 있다.

즉, 상기 롤형 분산기(310)는 서로 반대방향으로 회전하는 2개 이상의 압연롤러(312) 사이에 안료 혼합물을 압연시켜 분산하는 것으로, 고무와 같이 탄성이 있고 롤러에 점착되는 특성이 있으며 또한 물리적인 힘에 의해 압연되는 소성의 특성을 지닌 수지에 사용되고, 상기 스크류형 분산기(320)는 열에 의해 점도가 저하되거나 롤러에 점착되는 특성이 없는 수지를 사용하여 가공분산안료를 제조할 경우 사용된다. 이러한 스크류형 분산기(320)는 압출기의 형태를 갖는 분산기로서 단축 또는 다축의 회전운동을 하는 분산스크류(322) 사이로 혼합물을 통과시키면서 전단력에 의해 분산하는 것이다.

상기 냉각기(400)는 분산기의 일측에 설치되어 분산된 안료 혼합물을 냉각하여 고형화시키는 것으로, 이때 냉각하기 위한 안료 혼합물은 표면적을 증가하여 냉각 효과를 극대화하기 위해 시트화되는 것이 바람직하다.

상기 분쇄기(500)는 고형화된 안료 혼합물을 소정의 크기로 분쇄하는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이 내부에 분쇄하기 위한 안료 혼합물을 충분히 수용할 수 있는 체적을 가진 분쇄기 몸체(510)와, 이 몸체(510)의 상측 중앙에 회전 가능하게 결합되는 스크류(520), 상기 몸체(510)의 하측에 설치되어 상기 스크류(520)에 구동체인(540)으로 연결되어 구동력을 제공하는 구동모터(530)로 구성된다.

그리고 상기 분쇄기(500)의 일측에는 안료 혼합물을 20∼500㎛의 크기로 미분화하는 미세 분쇄기(600)가 더 구비됨이 바람직하며, 이러한 미세 분쇄기(600)는 원통형으로 이루어진 분쇄실(610)을 구비하며, 이 분쇄실(610)의 일측에는 구동모터(620)가 구동체인(630)으로 연결된다. 그리고 상기 분쇄실(610)의 상측에는 안료 혼합물을 투입하는 투입구(611) 및 분쇄된 안료 혼합물을 배출하는 배출구(612)가 각각 형성된다.

이때, 상기 미세 분쇄기(600)의 일측에는 미세 분쇄기(600)로 투입되는 안료 혼합물의 양을 일정하게 공급할 수 있도록 정량공급기(700)가 설치되는데, 이 정량공급기(700)는 도 5와 같이 분말 형태의 안료 혼합물이 투입되는 호퍼(710)와, 이 호퍼(710)의 하측에 수평으로 설치되는 안료이송관(720)과, 이 안료이송관(720)의 내부에 설치되어 일측에 설치되어 분말 형태의 안료 혼합물을 일정하게 이송하는데 직접적인 역할을 하는 이송스크류(730)와, 이 이송스크류(730)의 일측에 연결되어 이송스크류(730)에 회전력을 부여하는 회전모터(740)로 구성된다.

상기 안료이송관(720)의 끝단에는 미세 분쇄기(600) 측으로 분말로 된 안료 혼합물을 토출하는 토출구(721)가 형성된다.

한편, 상기 분쇄기(500)와 미세 분쇄기(500) 사이에는 분산 진행시 분쇄기(500)와 미세 분쇄기(600)가 적정 온도를 유지할 수 있도록 열교환기(640)가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 미세 분쇄기(600)의 일측에는 사이클론(800)이 더 설치되며, 공기와 가공분산안료가 상기 사이클론(800)을 통과하면 가공분산안료가 중력에 의해 가라앉음으로써 자연스럽게 분리된다.

이 사이클론(800)은 분쇄시 분쇄기의 온도가 상승하여 원료가 탄화되는 것을 방지한다. 미설명 부호 (810)은 집진기이다.

상기 선별기(800)는 진동모터(도시생략)를 구비하며, 이 진동모터에서 발생 된 진동을 이용하여 분쇄된 혼합물을 적정 크기로 선별한다.

이와 같이 구성된 제조시스템을 이용하여 가공분산안료의 제조 과정을 도 6을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 계량기(100)에서 안료 및 이에 혼합되는 결합제, 습윤제, 첨가제 등을 적정량 계량한 후 혼합기(200)에서 혼합하여 겔 상태로 형성한다.

그 후, 결합제의 종류에 따라서 롤형 분산기(310)와 스크류형 분산기(320) 중 택일한 후, 겔화가 이루어진 분산물을 전단력을 이용하여 혼련하면서 안료를 결합제에 1차 입자 상태로 분산하여 안정화시킨다.

즉, 겔화가 완료되어 분산기(300)의 전단력을 이용하여 적정 온도로 분산을 하면, 스토리지 모듈러스 최대 영역을 지나면서 비닐 중합체 입자 내에 존재하는 사슬이 풀어져 나오는 용융이 시작되어 안료를 결합제가 감싸게 된다. 이때, 분산온도가 너무 높으면 탄화가 이루어지고, 낮으면 결합제의 사슬이 충분히 풀어지지 않아서 안료를 충분히 감싸지 못한다. 결합제가 안료를 충분히 감싸지 못하면 1차 입자 상태로의 분산이 완전하게 이루어지지 못하여 응집된 2차 입자 상태로 안료가 남게 되고 잉크 제조시에 재응집의 원인이 되므로, 분산기(300)의 온도를 적정하게 유지하는 것이 중요하다.

한편, 분산시 전단력에 의해 안료가 분산될 때 금속 가공 설비 표면과 혼합물의 표면 사이의 마찰에 의해 온도가 급격하게 올라 문제가 발생할 경우가 있는데, 이때에는 첨가제를 추가 투입한다.

즉, 분산 초기에 첨가제가 안료와 결합제 사이의 계면에 존재하다가 온도가 올라가면서 녹기 시작하고 활발하게 움직이면서 분산 설비의 표면과의 마찰을 적당하게 감소시키며, 내부의 응집된 안료가 1차 입자화되는 것을 도와주는 역할을 한다.

이와 같이 분산이 완료되면 수지와 혼합된 안료를 냉각기(400)에서 충분한 온도로 냉각한 후 분쇄기(500) 및 미세 분쇄기(600)를 통과시키면서 정량 공급이 가능한 크기로 분쇄함으로써 가공분산안료의 제조가 완료되어 도 7과 같은 상태로 되며, 분쇄된 가공분산안료는 선별기(900)에 의해 그 입자의 크기 등을 기준으로 선별한 후 포장된다.

다음으로는, 제조된 용해성 가공분산안료를 이용하여 잉크나 페인트를 제조하는 과정을 설명한다.

우선, 용제, 첨가제 및 가공분산안료를 계량한다.

그리고 교반용기에 솔벤트를 투입하여 저속(500rpm 이상)으로 교반하면서 가공분산안료를 적정량 투입하여 점차 교반 속도를 증가시켜 완전 용해시까지 고속(1500rpm 이상)으로 교반한다.

그 후, 잉크나 페인트의 특성과 용도에 알맞은 액화된 수지, 용제 및 첨가제를 가공분산안료에 첨가한다.

투입된 첨가제가 고르게 섞이도록 1000rpm 이상의 속도로 충분히 교반하고, 휘발된 솔벤트의 양을 계량하여 그 휘발된 양만큼 보충 투입한 후 교반함으로써 잉 크나 페인트와 같은 완제품이 생산된다.

이와 같이 미리 분산된 가공분산안료를 이용함으로써 잉크나 페인트 등의 도료를 간단하게 제조할 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기 완제품은 250메쉬 이상의 여과막에 통과시켜 이물질을 제거함이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 용해성 가공분산안료의 제조시스템에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 안료를 수지에 미리 분산하여 분말 형태의 가공분산안료를 손쉽게 제조함으로써, 기존의 잉크나 페인트의 제조 공정시 분산기를 이용한 안료의 분산공정 없이 간단한 용해 과정만으로 잉크나 페인트를 신속하게 제조할 수 있다.

둘째, 안료의 표면에 수지를 감싸도록 함으로써 안료가 재응집되지 않고 안정할 뿐만 아니라 유기용제 또는 수지용액에 쉽게 혼합될 수 있도록 한다.

Claims (6)

1. 안료, 수지 및 첨가제를 혼합하여 겔화하는 혼합기;

   이 혼합기의 일측에 설치되어 겔화된 혼합물을 전단력을 이용하여 1차 입자 상태로 분산하는 분산기;

   이 분산기로부터 분산된 혼합물을 냉각하는 냉각기;

   이 냉각기에서 냉각된 혼합물을 수지나 용제에 쉽게 녹아 혼합될 수 있는 미세 분말로 분쇄하는 분쇄기;

   이 분쇄기의 일측에 설치되어 분쇄된 혼합물에 진동을 가하여 적정 크기로 선별하는 선별기를 포함하는 것을 특징으로 하는 용해성 가공분산안료의 제조시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 분산기는 몸체와, 이 몸체에 접동 회전 가능하도록 설치되는 2개 이상의 압연롤러와, 이 압연롤러의 일측에 결합되어 구동력을 제공하는 회전모터로 구성된 롤형 분산기인 것을 특징으로 하는 용해성 가공분산안료의 제조시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 분산기는 상측에 투입구가 형성되고 하측에는 배출구가 형성된 몸체와, 이 몸체의 내부에 수평으로 설치된 스크류와, 이 스크류의 일측에 연결되어 구동력을 제공하는 구동모터 및 감속기로 구성된 스크류형 분산기인 것을 특징으로 하는 용해성 가공분산안료의 제조시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 분쇄기의 일측에는 분쇄기의 온도를 유지시켜 주는 열교환기가 설치되는 것을 특징으로 하는 용해성 가공분산안료의 제조시스템.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 분쇄기의 일측에는 분쇄기에 투입되는 안료 혼합물을 일정하게 공급하는 정량공급기가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 용해성 가공분산안료의 제조시스템.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 분쇄기의 일측에는 사이클론이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 용해성 가공분산안료의 제조시스템.

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