KR101027287B1 - 액체 착색제 혼합 장치, 방법 및 액체 착색제를 사용한플라스틱 착색 방법 - Google Patents

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Abstract

혼합 파이프 (1), 역 혼합 효과가 있는 혼합 유니트 (3) 및 혼합 파이프 벽면을 통해 혼합 유니트 영역 내로 액체 착색제 주입을 위한 유입구 (4, 5)를 가지는 혼합기는 액체 착색제가 간헐적으로 공급되는 경우에도 점도가 다른 액체 착색제를 균일하게 혼합하는 것이 가능하게 한다. 본 발명의 혼합기를 사용한 액체 착색제의 혼합은 사용된 액체 착색제를 혼합된 액체 착색제로서 부피계량 투입하는 경우 플라스틱 성형가공기에 직접 투입하는 것을 가능하게 한다.
액체 착색제, 플라스틱 착색, 액체 착색제 혼합기

Description

액체 착색제 혼합 장치, 방법 및 액체 착색제를 사용한 플라스틱 착색 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR MIXING LIQUID COLOUR AND METHOD FOR COLOURING PLASTICS WITH LIQUID COLOUR}
본 발명은 액체 착색제용 혼합기 및 그 혼합기를 사용하여 실시되는 액체 착색제 혼합을 위한 방법에 관한 것으로, 이와 같은 혼합기는 플라스틱 성형기내에서 액체 착색제를 요구에 따라 즉시 투여하기에 적합하다.
플라스틱 용융물을 통한 플라스틱 성형가공시, 플라스틱은 전형적으로 마스터배치에 의해 착색된다. 마스터배치는 고농도 착색제를 포함하는 플라스틱 입자로, 이는 플라스틱을 착색하기 위해 용융물을 통한 성형가공 과정에서 플라스틱에 첨가된다. 마스터배치의 사용은 개별 마스터배치가 모든 종류의 플라스틱 및 모든 색상에 대하여 제조되어야 하며, 플라스틱 성형가공에 대비하여 저장되어야 한다는 단점이 있다. 새로운 마스터배치가 개별 경우마다 제조되어야 하기 때문에, 새로운 색상으로의 급격한 변화 또는 색조의 변화는 불가능하다.
마스터배치를 대체하여, 액체 착색제가 플라스틱 착색을 위해 또한 사용될 수 있으며, 액체 착색제는 플라스틱을 성형가공하는 기계로 착색되지 않은 플라스틱 입자에 공급되거나 기계 내에 이미 용융된 플라스틱과 혼합된다. 이와 같은 방 법에서는 원하는 색조를 위하여 혼합된 액체 착색제가 사용되므로, 모든 원하는 색상에 대하여 상응하는 액체 착색제가 제조되어 저장되어야 한다. 새로운 액체 착색제가 개별 경우마다 제조되어야 하므로, 새로운 색상으로의 급격한 변화 또는 색조의 변화가 또한 불가능하다.
플라스틱 성형가공 기계에 다양한 액체 착색제를 개별적으로 공급하며, 개별 액체 착색제의 배합비율을 조절하여 투여함으로써 다른 색조를 갖는 플라스틱을 제조하는 것이 국제공개 제2002/087849호에 시사되어 있다. 이 방법은 개별 액체 착색제의 혼합 비율이 크게 다른 배합비율의 경우에 플라스틱 성형기내에서 플라스틱과 액체 착색제의 혼합이 충분히 균일하지 않아서 불균일하게 착색된 생성물들이 얻어진다는 단점이 있다.
따라서, 개별 액체 착색제의 비율을 크게 달리하는 경우에도 배합비율에 따라 개별 액체 착색제로부터 플라스틱 착색을 위해 균일하게 혼합된 액체 착색제가 제조될 수 있으며, 그와 같은 혼합물이 플라스틱 성형가공 기계의 요구에 따라 플라스틱을 성형가공하기 직전에 제조될 수 있는 혼합기 및 혼합 방법에 대한 필요가 있다. 혼합기는 특정 전단하중에서만 유동성이 있는 요변성 액체 착색제도 확실히 혼합할 수 있어야 한다.
국제공개 제1999/34905호는, 개별 액체 착색제 및 1종 이상의 락카 기제 물질이 혼합기의 공용 챔버 내에서 혼합되고, 혼합기에서 배출 되기 전에 하류의 터빈 혼합기에서 혼합되는 페인트 제조용 혼합기를 개시하고 있다. 그러나, 이 혼합기는 플라스틱 착색에 필요한 바와 같은, 점도와 밀도를 달리하는 액체 착색제의 혼합시에는 라커 기제 물질을 대량 첨가하지 않고서는 액체 착색제의 혼합이 불완전하므로 덜 적합하다.
미국 특허 제3,664,638호는 각각 교대하는 회전 방향을 갖는 다수의 나선형 혼합 부재가 파이프 내에 차례로 위치하는 액체 혼합용 정적 혼합기를 개시하고 있다. 이러한 구조의 정적 혼합기는 당업자에게 나선형 부재 혼합기 또는 케닉스(Kenics) 혼합기라는 이름으로 알려져 있으며, 전형적으로는 2-성분 플라스틱 또는 2-성분 접착제의 제조시 반응성 성분의 혼합에 사용된다.
나선형 부재 혼합기에 알려진 혼합 부재가 혼합 파이프 내에서 회전하는 동적 혼합기가 또한 2-성분 플라스틱의 제조에 사용된다. 이들 혼합기에서, 2가지 성분은 정적 혼합기에서와 같이 한쪽 말단의 혼합 파이프에 축방향을 따라 공급된다.
그러나, 성분을 축방향에서 공급하는 알려진 정적 나선형 부재 혼합기 및 회전하는 나선형 혼합 부재를 갖는 혼합기는 혼합 조건을 크게 달리하는 경우에는, 플라스틱 착색에 사용되는 바와 같이 상이한 유동 거동을 보이는 액체 착색제의 혼합에는 적합하지 않다. 혼합될 액체 착색제의 점도가 다른 경우에는 점도가 큰 성분의 혼합이 불균일하게 일어나, 예를 들어, 색조가 다른 혼합물들이 얻어진다. 액체 착색제가 다른 밀도를 가지거나 1종 이상의 액체 착색제가 요변 유동성을 갖는 경우에도 유사한 문제가 발생한다.
JP-A 제3-60727호는 유체를 파이프를 통하여 흐르는 유체와 혼합하기 위해 혼합 파이프의 벽면에 노즐을 위치시킨, 나선형 부재 혼합기의 구조를 가지는 정적 혼합기를 개시하고 있다. 이 혼합기는 혼합 파이프를 통해 흐르는 대량의 유체 흐름 내로 혼합 파이프의 벽면에 있는 노즐을 통해 소량의 유체가 혼합되는 경우에는 높은 혼합 작용을 보이는 것으로 보고되었다.
EP-A 제0 090 257호는 혼합 챔버 내에서 회전하는 피스톤을 갖는 혼합 챔버, 피스톤과 혼합 챔버 사이에 형성되는 전단 갭 (shear gap)이 있는, 다성분 플라스틱용 혼합기를 개시하고 있다. 개개의 성분은 전단 갭 내로 방사상으로 투여되어, 피스톤 반대편의 배출구를 통해 혼합기에서 이탈된다. 혼합기는 전단 갭내에 층류를 일으키며, 배출구 반대편 방향으로 전단 갭의 내용물을 이동시키는 장치는 가지지 않는다.
액체 착색제의 균일한 혼합이라는 목적은, 개개 액체 착색제 비율을 크게 달리하고 액체 착색제의 유동성이 다른 경우에도, 본 발명에 따른 혼합기 및 그 혼합기를 사용하여 실시되는 액체 착색제의 혼합 방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 주제는 혼합 파이프의 말단에 배출구가 있는 혼합 파이프; 혼합 파이프 내에 위치하여 혼합 파이프의 종축 주위로 회전할 수 있으며, 혼합 유니트의 회전 방향이 같은 경우에 일부는 혼합기 내용물을 배출구 방향으로 이동시키고, 일부는 혼합기의 내용물을 그 반대 방향으로 이동시키는 2 이상의 혼합 부재를 갖는 혼합 유니트; 및 혼합 유니트 영역 내 혼합 파이프의 말단 사이에서 혼합 파이프의 벽면에 위치하는 2 이상의 액체 착색제용 유입구를 포함하는 액체 착색제용 혼합기이다.
또한, 본 발명의 주제는 2 이상의 액체 착색제를 본 발명에 따른 혼합기 내에서 혼합하는 방법으로서, 액체 착색제는 액체 착색제용 유입구를 통해 혼합기에 공급되고, 혼합 유니트는 혼합 파이프의 종축 주위에서 운동하며, 혼합된 액체 착색제는 혼합 파이프의 말단에 있는 배출구를 통해 혼합기에서 배출되는 액체 착색제를 혼합하는 방법이다.
추가로, 본 발명의 주제는 2 이상의 액체 착색제를 액체 착색제를 혼합하기 위한 본 발명에 따른 방법에 따라 부피계량 투여에 의해 혼합되고, 혼합된 액체 착색제는 플라스틱 성형기에 직접 공급되는 플라스틱의 착색 방법이다.
본 발명에서 정의되는 액체 착색제란 분산된 형태의 1종 이상의 안료 및/또는 용해된 형태의 1종 이상의 염료를 함유하는 유동성 있는 조성물이다. 액체 착색제는 액체 또는 페이스트 형태일 수 있으며, 항복점보다 큰 전단력이 작용할 때만 유동성을 가지는 요변성 조성물을 포함할 수도 있다. 액체 착색제는 10 중량% 이하, 특히 5 중량% 이하의 안료를 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 혼합기는 혼합 파이프를 가지며, 이 혼합 파이프의 말단에 혼합된 액체 착색제용 배출구가 위치한다. 혼합 파이프는 바람직하게는 배출구 반대편 말단이 혼합 과정시에 폐쇄되어 혼합 파이프 내에서 혼합된 액체 착색제가 오직 배출구를 통해 혼합 파이프로부터 배출될 수 있도록 설계된다. 액체 착색제가 혼합기에 공급되지 않는 한 혼합된 액체 착색제가 배출구를 통해 배출되지 않도록 압력 유지 밸브를 배출구에 위치시킬 수 있다. 혼합 파이프는 바람직하게는 원형의 단면을 가지며, 실린더형 또는 원뿔형일 수 있고, 특히 실린더형이 바람직하다.
혼합 유니트는 혼합 파이프의 종축 주위로 회전할 수 있도록 혼합 파이프 내에 위치한다. 혼합 유니트는 혼합 유니트의 회전 방향이 같을 때 일부는 혼합기의 내용물을 배출구 방향으로 이동시키고, 일부는 혼합기의 내용물을 그 반대 방향으로 이동시키는 2 이상의 혼합 부재를 가진다. 혼합기의 내용물에 대한 혼합 부재의 이와 같이 다른 효과를 통해서, 내용물의 역혼합이 혼합기 내 볼텍스 형성을 통해 일어난다. 혼합 부재의 크기는 바람직하게는, 혼합 유니트 1회전 시에 혼합 부재가 혼합 파이프 단면적의 80 % 이상, 더욱 바람직하게는 90 % 이상을 통하여 이동하도록 하는 크기이다. 이러한 크기에서, 혼합은 혼합 파이프 전체 단면적에 걸쳐 일어난다. 혼합 유니트는 바람직하게는 교체가능하며, 특히 조립된 상태의 혼합 파이프에서 분리될 수도 있도록 설계된다.
혼합 유니트의 혼합 부재는 나선형 부재 혼합기의 혼합 부재로부터 당업자에게 알려진 바와 같이, 바람직하게는 교대로 반대 회전 방향을 가지는 나선형 코일의 형태를 갖는다. 그러나, 반대방향 피치(pitch)의 교반용 칼날이 있는 교반기와 같은 다른 형태의 혼합 부재도 사용될 수 있다. 혼합 유니트는 바람직하게는 5개 이상, 더욱 바람직하게는 9개 이상의 혼합 부재를 가지며, 이들 각각은 혼합기의 내용물에 대해 다른 작용을 한다.
혼합 유니트를 작동 상태로 되게 하는 혼합 유니트의 구동은 임의의 방법으로 실행될 수 있다. 바람직하게는, 혼합 유니트는 모터를 통해서 작동된다. 혼합 유니트는 혼합 파이프의 종축으로 놓인 축을 통해 배출구 반대편의 혼합 파이프 말단으로부터 작동되는 것이 특히 바람직하다. 혼합 유니트는 구동에 의해 진동 또는 회전 운동을 시작할 수 있으며, 회전 운동이 바람직하다. 혼합 파이프의 종방향으로 놓인 축을 통해 작동하는 경우, 다수의 혼합 부재가 혼합 파이프의 벽면 근처까지 이르는 경우, 혼합 파이프 내 혼합 부재의 추가 장착은 필요하지 않다.
본 발명에 따른 혼합기는 추가로 2 이상의 액체 착색제용 유입구를 가지며, 이는 혼합 유니트 영역 내 혼합 파이프의 말단 사이에 놓인 혼합 파이프의 벽면에 위치한다. 따라서, 액체 착색제는 혼합 파이프 말단에서 축방향을 따라서가 아니라, 혼합 파이프 벽면을 통해 방사상으로 혼합 파이프에 공급된다. 액체 착색제용 유입구는 따라서 바람직하게는 혼합 유니트의 길이의 60 % 이상, 더욱 바람직하게는 80 % 초과하는 부분이 혼합 파이프 말단의 배출구 및 유입구 사이에 놓이도록 배치된다. 액체 착색제의 유입구는 바람직하게는 혼합 파이프의 종축을 횡단하는 하나 내지 세 개의 평면, 더욱 바람직하게는 단지 하나의 평면에 놓이게 된다. 혼합된 액체 착색제가 혼합기로부터 유입구로 통하는 라인 내로 역류하는 것을 방지하기 위해, 유입구에는 추가로 차단 밸브 또는 비-역행 밸브를 장치할 수도 있다. 액체 착색제용 유입구 및 혼합 유니트는 혼합 유니트의 운동 시에, 혼합 유니트의 적어도 하나의 혼합 부재가 각 유입구를 지나 작은 거리, 바람직하게는 1 ㎜ 미만의 거리, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎜ 미만의 거리로 소폭 이동할 수 있도록 위치되는 것이 바람직하다. 따라서, 큰 전단력이 액체 착색제용 유입구에 작용되며, 향상된 혼합이 달성된다.
본 발명에 따른 혼합기는 색상을 바꾸는 경우에 혼합기를 비우고 세정하기 위해, 세척액 및/또는 압축 공기를 유입시키기 위한 유입구를 더 가질 수도 있으며, 세척액 및 압축 공기용 유입구를 둘 다 가지는 것이 바람직하다. 또한, 혼합기는 혼합 파이프의 말단에 있는 배출구와 무관하게 혼합기를 비울 수 있는 1 이상의 배출구도 가질 수 있다. 세척액 및/또는 압축 공기용 유입구 및 가능한 추가 배출구는 혼합 파이프의 한쪽 말단 주위에 방사상으로 또는 축을 따라 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 액체 착색제를 혼합하기 위한 방법은 본 발명에 따른 혼합기 내에서 실시된다. 액체 착색제는 액체 착색제용 유입구를 통해 혼합기에 공급되고, 혼합 유니트는 혼합 파이프의 종축 주위로 운동하며, 혼합된 액체 착색제는 혼합 파이프의 말단에 있는 배출구를 통해 혼합기로부터 배출된다. 바람직하게는, 액체 착색제용 유입구 및 혼합 파이프 말단에 있는 배출구 이외의 모든 개구는 혼합공정 중에 폐쇄된 채로 유지되며, 따라서 유입구를 통해 공급된 액체 착색제는 혼합 후 오직 혼합 파이프의 말단에 있는 배출구를 통해서 혼합 파이프로부터 배출되도록 한다. 특히, 배출구 반대편의 혼합 파이프 말단은 혼합 중 폐쇄된 채로 유지된다.
액체 착색제의 공급 중 혼합 유니트의 운동은 진동 또는 회전일 수 있으며, 회전 운동이 바람직하다. 본질적으로 일정한 속도에서의 회전 운동이 더욱 바람직하다. 혼합 유니트의 운동 속도는 혼합될 액체 착색제의 특성에 따라 넓은 범위 내에서 당업자에 의해 선택될 수 있다. 균일한 혼합을 달성하기에 적어도 충분히 높은 운동 속도가 선택된다. 운동 속도는 혼합 부재에서 캐비테이션(cavitation)이 발생하는 경우에 의해서만 상한을 갖는다. 공기와 같은 기체가 혼합기 내에 함유되는 한, 기포 내 혼합을 방지하고 기포가 없는 혼합물을 얻기 위해서 낮은 운동 속도를 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 액체 착색제 혼합 방법은 연속적으로 또는 간헐적으로 실시되는 것이 바람직하다. 연속적으로 실시하는 경우, 액체 착색제를 미리 정해진 용적비로 공급하여 혼합된 액체 착색제가 연속적으로 혼합기로부터 배출되도록 한다. 방법을 간헐적으로 실시하는 경우, 액체 착색제를 각각 최초 1차 시기에 미리 정해진 용적비로 공급하며, 이어지는 2차 시기에서는 액체 착색제를 공급하지 않는다. 간헐적 작동시에, 혼합된 액체 착색제는 1차 시기에만 혼합기로부터 배출되며, 2차 시기에는 그러하지 아니하다.
액체 착색제는 바람직하게는 부피계량 투여에 의해 액체 착색제용 유입구에 공급된다. 이 경우, 액체 착색제는 원하는 색상을 위한 배합비율에 따라 계산된 미리 정해진 용적비로 미리 정해놓은 용적 유량으로 공급된다. 부피 계량 투여는 펌프의 기계적 운동에 의하여 일정 부피가 이동되는 강제-수송 펌프를 통해 바람직하게 실시된다. 적합한 강제-수송 펌프는, 예를 들어, 피스톤 펌프, 회전 피스톤 펌프 및 기어 펌프가 있다. 이중 피스톤 펌프가 액체 착색제의 혼합에 바람직하게 사용되며, 이 때 다른 피스톤이 충전되는 동안 두 피스톤 중 하나의 피스톤에 의해 액체 착색체가 교대로 투입되어 일정한 유량이 투입된다. 강제-수송 펌프를 사용한 부피계량 투입을 통해, 투입 조절이 변화되어 결과적으로 색상 변화가 일어나는 일 없이, 혼합된 액체 착색제의 균일한 조성물이 반복적으로 얻어질 수 있다. 또한, 부피계량 투입을 통해 혼합기로부터 배출되는 혼합된 액체 착색제의 유동량이 정확하게 조정될 수 있으며, 따라서 본 발명에 따른 방법을 사용하여 액체 착색제가 플라스틱 성형기내로 직접 투입될 수 있다. 이 경우, 투입은 연속적으로 작동하는 플라스틱 성형가공 기계, 예를 들어, 압출기 내로 연속하여 수행될 수 있다. 유사하게, 혼합은 또한 사출 성형 기계와 같이 불연속적으로 작동하는 플라스틱 성형기내로 간헐적으로 실시될 수도 있다.
본 발명에 따른 혼합기 내에서의 액체 착색제의 부피계량 투입은 바람직하게는 플라스틱 성형가공 기계에 의해 제어되어, 중간의 생성물 저장기 없이 플라스틱 성형기내로 직접 실시된다. 플라스틱 성형가공 기계에 의해 본 발명에 따른 혼합기 내로 액체 착색제의 투입을 제어하는 것은 사출 성형 기계와 같이 불연속적으로 작동하는 플라스틱 성형가공 기계내로의 투입에 특히 편리하게 사용된다.
본 발명에 따른 방법에 따라 플라스틱 성형기내로 직접 투입하는 것은 색상 변경이나 색조 변경의 목적으로 착색제 혼합물을 미리 준비하거나 플라스틱 성형기상의 착색제 용기의 교체없이 플라스틱 성형가공 중 신속한 색상 변화 또는 색조 변경을 가능하게 한다.
스텝핑 모터 (stepping motor)에 의해 구동되는 강제-수송 펌프가 액체 착색제의 투입에 특히 바람직하다. 이러한 펌프는 가변적 속도의 구동장치를 갖는 연속 구동 펌프에 비해, 정확하고 균일하게 조절될 수 있는 매우 넓은 투입율 범위를 갖는다는 이점이 있다. 가변 속도 구동장치에 의하는 경우, 최저에서 최고에 이르는 투입율 범위가 전형적으로 1:100 이하인 반면, 스텝핑 모터를 가지는 구동장치를 사용하는 경우, 그 범위는 1:1000을 초과할 수 있다. 따라서, 보다 넓은 범위의 혼합율이 펌프를 교체하지 않고 이루어질 수 있으며, 따라서 더욱 다양한 색조가 실현될 수 있다. 스텝핑 모터에 의해 구동되는 모터 장착 피스톤 뷰렛이 액체 착색제 혼합에 특히 적합하다.
본 발명에 따른 방법에서, 액체 착색제용 유입구로의 액체 착색제 공급은 각각의 경우 연속하여 또는 일정한 주기로 실시될 수 있다. 1종 이상의 액체 착색제의 일정 주기적 공급에 의해서도 혼합 파이프에서 일어나는 역 혼합을 통하여, 혼합된 액체 착색제의 평균 보유 시간 대 혼합기 내 일정 주기 지속시간의 비율이 5:1을 초과, 바람직하게는 10:1을 초과하는 경우에 본 발명에 따른 혼합기를 사용하여 시간이 지남에 따라 조성의 변동이 없는 균일한 혼합이 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 일정 주기 지속시간은 혼합기 내로 착색제를 공급하는 개개 단계의 지속 시간 및 그와 같은 두 개의 착색제 공급 단계 사이의 휴지기 지속시간의 합이다. 일정 주기 공급이 가능하기 때문에, 사용되는 액체 착색제의 비율이 크게 다른 혼합물도 본 발명에 따른 방법을 사용하여 색상의 변동없이 반복재현적으로 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 바람직하게는 혼합 공정이 색상 변경을 위해 중단되며, 혼합기는 변경되어 균일한 조성을 가지는 혼합된 액체 착색제를 가능한 한 신속히 얻으면서 색상 변화로부터 발생하는 폐기물의 양을 낮게 유지하기 위해서 세척액을 사용하여 세정된다. 이와 같은 목적을 위해, 먼저 액체 착색제의 공급을 중단하고, 혼합 파이프를 압축 공기의 공급에 의해 비운다. 이어서, 혼합 파이프를 1회 이상 세척액으로 충전하며, 혼합 파이프 및 혼합 유니트에 부착된 액체 착색제를 세척액과 함께 제거하기 위하여 혼합 유니트를 작동시킨다. 혼합 파이프는 압축 공기의 공급으로 다시 한번 비워지고, 이어서 액체 착색제의 공급을 다른 비율로 연속시킨다. 본 발명에 따른 방법에서 액체 착색제가 직접 플라스틱 성형가공 기계내로 투입되는 경우에, 압축 공기를 사용하여 비워진 혼합 파이프의 내용물 및 변경된 비율로 혼합된 액체 착색제의 초기 부분은 플라스틱 성형가공 기계내로 직접적인 혼합이 연속되기 전에, 세정 과정동안 별도의 수집 용기로 이송시키는 것이 편리하다. 원칙적으로, 액체 착색제 성분을 용해 또는 분산시킬 수 있는 임의의 액체가 세척액으로서 적합하다.
세척 공정은 세척 공정의 마지막에 혼합 파이프와 연결된 모든 라인이 액체로 충전되게하는 것이 바람직하다. 공급 라인 내의 기체 쿠션을 방지함으로써, 이어지는 혼합 공정에서 혼합기로부터 혼합된 액체 착색제의 더욱 균일한 흐름이 얻어질 수 있다.
현재 필요한 액체 착색제 혼합물을 제조하기 위해 유입구가 필요하지 않을지라도, 액체 착색제의 공급이 시작된 이후, 그와 같은 유입구로 통하는 액체 착색제용 공급 라인은 혼합 파이프로부터의 혼합된 액체 착색제로 적어도 부분적으로 충전되는 것이 바람직하다. 이는 액체 착색제를 공급하는데 사용되는 펌프를 역수송 방향으로 단시간 가동시킴으로써 바람직하게 실시된다. 공급 라인을 이미 혼합된 액체 착색제로 적어도 부분적으로 충전함으로써, 현재 필요하지 않은 유입구로부터의 원하지 않는 액체 착색제에 의해 현재 혼합된 액체 착색제가 오염되는 것이 방지될 수 있다. 다른 실시태양으로서, 필요하지 않은 유입구로의 공급 라인을 또한 세척 과정 동안 세척액으로 적어도 부분적으로 충전할 수 있다.
액체 착색제의 혼합을 위한 본 발명에 따른 발명에서, 2 이상의 액체 착색제외에 추가의 유동성 성분 또는 조성물이 또한 혼합 파이프의 벽면에 위치한 유입구를 통해 공급될 수 있다. 플라스틱 착색을 위한 액체 착색제 제조 과정에서, 예를 들어, 자외선 안정화제, 항산화제, 난연제, 가소제, 또는 충격강도를 향상시키는 첨가제가 혼합된 액체 착색제와 함께 플라스틱에 첨가하기 위하여 또한 부가혼합될 수 있다.
도 1은 나선형 코일 형태의 혼합 부재, 및 세척액 및 압축공기용 추가 유입구를 가지며, 이중 피스톤 펌프의 부피계량 투입에 의해 액체 착색제를 투입하는 본 발명에 따른 혼합기의 바람직한 실시태양을 나타낸다.
도 2는 유속 F1에서 제1의 액체 착색제를 연속적으로 투여하고, 유속 F2 및 일정 주기 지속시간 t1 에서 제2의 혼합 착색제를 일정 주기로 투여하는 연속 공정의 경우, 시간 t에 대하여 액체 착색제의 흐름을 플롯팅한 것이다.
도 3은 유속 F1에서 제1 액체 착색제의 연속 투입 및 유속 F2에서 제2 혼합 착색제를 일정 주기로 투입하는 혼합기의 간헐적 작동시 시간 t에 대한 액체 착색제의 흐름을 플롯팅한 것이다. 간헐적 작동시, 양 액체 착색제는 1차 시기 t2 동안 각각 혼합되었고, 2차 시기 t3 동안 양 액체 착색제의 혼합은 중단되었다.
도 4는 2개의 혼합 파이프를 가지는 본 발명에 따른 혼합기의 바람직한 실시태양을 나타낸다.
도 1의 실시태양에서, 혼합기는 혼합 파이프 (1)의 하측 말단 배출구 (2)를 가지는 실린더형 혼합 파이프 (1)를 포함한다. 혼합 파이프 (1)에는 축 (8)을 통한 모터에 의해 구동되는 혼합 유니트 (3)가 위치하며, 이는 혼합 파이프 (1)의 종축 주위로 회전할 수 있다. 혼합 유니트 (3)는 교대로 반대되는 회전 방향을 가지는 나선형 코일 형태의 혼합 부재 (3a, 3b)를 총 5개 가지며, 이들은 혼합 유니트 (3)의 회전시 혼합 파이프 (1) 단면적의 80 %를 초과하여 운동한다. 혼합 유니트 (3)가 같은 방향으로 회전하는 경우, 혼합 부재 (3a)의 제1 부분은 배출구 방향으로 혼합기의 내용물을 이동시키며, 혼합 부재 (3b)의 제 2 부분은 반대 방향으로 혼합기의 내용물을 이동시킨다. 혼합기는 액체 착색제 (6, 7)용의 2개의 유입구 (4, 5)를 추가로 가지며, 이는 혼합 파이프 (1)의 종축을 횡단하는 평면에 혼합 유니트의 영역에서 혼합 파이프 (1)의 말단 사이에 놓인 혼합 파이프의 벽면에 위치하여, 혼합 유니트 (3) 길이의 60 %를 초과하는 부분이 유입구 (4, 5)와 혼합 파이프 (1)의 말단에 있는 배출구 (2) 사이에 놓인다. 액체 착색제 (6, 7)용 유입구 (4, 5) 및 혼합 유니트 (3)은 이와 같은 경우에, 혼합 유니트의 작동 중 혼합 부재 (3b)가 유입구 (4, 5)를 지난 0.5 mm 미만의 거리에서 운동하도록 배치된다. 혼합기는 또한 추가로 세척액 (10) 및 압축 공기 (11)용 유입구 (9)를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 더욱 바람직한 실시태양에서, 혼합 유니트 (3)가 혼합 파이프 (1)의 종축 주위로 회전하는 동안, 2개의 액체 착색제 (6, 7)가 이중 피스톤 펌프 (13, 14)에 의해 혼합 파이프 (1) 내로 액체 착색제 (6, 7)용 유입구 (4, 5)를 통해 공급된다. 이 때 배출구 (2)의 반대편 혼합 파이프 (1)의 말단 및 추가 유입구 (9)는 폐쇄된 채로 유지되며, 따라서 유입구 (4, 5)를 통해 공급되는 액체 착색제 (6, 7)의 총량이 혼합된 액체 착색제 (12)로서 배출구 (2) 및 밸브 (15)를 통해 혼합기로부터 배출된다. 이중-피스톤 펌프 (13, 14)는 이 경우 스텝핑 모터를 통해 구동되어, 액체 착색제 (6, 7)가 일정 주기로, 주기 지속시간 대 혼합기내에서의 혼합된 액체 착색제의 평균 보유 시간이 1:10 미만이 되도록 혼합기에 공급될 수 있다. 혼합된 액체 착색제 (12)는 플라스틱 성형가공 기계에 직접 공급될 수 있으며, 액체 착색제 (6, 7)의 부피계량 투입은 플라스틱 성형가공 기계에 의해 실행된다.
색상 변경을 위해, 도 1에 나타난 혼합기는 우선 액체 착색제 (6, 7)의 투입을 중단하고, 혼합된 액체 착색제 (12)를 플라스틱 성형가공 기계에 공급하는 밸브 (15)를 폐쇄하여 세척하는 것이 바람직하다. 이어서, 압축 공기 (11)가 추가 유입구 (9)를 통해 공급되며, 혼합 파이프 (1)의 내용물은 밸브 (15)를 통해 수집 용기에 폐기물 (16)로서 비워진다. 혼합 파이프 (1)는 밸브 (15)가 폐쇄된 상태로, 추가 유입구 (9)를 통해 세척액 (10)으로 완전히 충전되고, 혼합 유니트 (3)가 회전하며, 혼합 파이프 (1)는 혼합 파이프 (1)의 상부 말단에서 배기구(도시되지 않음)를 통해 배기된다. 혼합 유니트 (3)가 계속 회전하고 대략 30 초 후에, 압축 공기 (11)가 추가 유입구 (9)를 통해 공급되며, 혼합 파이프 (1)의 내용물은 밸브 (15)를 통해 수집 용기에 폐기물 (16)로서 비워진다. 이러한 세척 과정은 이어서 2회 반복된다. 그 후, 혼합 유니트 (3)의 속도는 감소되고, 액체 착색제 (6, 7)가 새로운 비율로 혼합되며, 밸브 (15)는 초기에 개방된 상태로 유지되어, 혼합된 액체 착색제가 수집 용기에 폐기물 (16)로서 공급된다. 혼합 파이프 (1)의 용적에 상응하는 다량의 액체 착색제 (6,　7)가 혼합되고 공기가 혼합 파이프 (1) 내에서 빠져나간 후에, 혼합 유니트 (3)의 속도는 최초의 수치로 다시 증가된다. 혼합 파이프 (1)의 용적의 2 내지 3배에 상을하는 다량의 액체 착색제 (6, 7)가 투입된 후, 혼합된 액체 착색제 (12)를 다시 플라스틱 성형가공 기계에 공급하기 위해 밸브 (15)는 열린다.
도 4의 실시태양에서, 혼합기는 각각 배출구 (2), 혼합 유니트 (3) 및 유입구 (4, 5)를 포함하는 2개의 혼합 파이프 (1)를 포함한다. 액체 착색제 (6, 7)는 이중-피스톤 펌프 (13, 14)에 의해 유입구 (4, 5)에 공급되며, 이에 의해 각각의 이중-피스톤 펌프에서 피스톤은 상호 독립적으로 작동될 수 있고, 액체 착색제는 적절하게 조절되는 밸브 (15)를 통해 상호 독립적으로 두 피스톤 중의 하나로부터 2개의 혼합 파이프 중 어느 하나로 혼합될 수 있다. 2개의 혼합 파이프는 포-웨이(four-way) 밸브로 설계된 밸브 (15)에 의해 연결되고, 이에 의해 혼합 파이프의 하나는 라인을 따라 혼합된 액체 착색제 (12)가 투입되는 장치와 연결되며, 다른 혼합 파이프는 폐기물 (16)용 수집 용기로 연결된다. 세척액 (10)용 유입구 (9) 외에, 혼합기는 바람직하게 또한 밸브 (17)을 포함하며, 그에 의해 세척액 (10) 또는 압축 공기 (11)가 배출구 (2) 반대편의 혼합 파이프 (3)의 말단에 있는 폐기물 (19)용 추가 배출구 (18)뿐만 아니라, 배출구 (2)를 통해서 혼합 파이프 (3) 내로 또한 통과될 수 있다. 추가 밸브 (17) 및 배출구 (18)는 혼합 파이프를 양방향으로 세척하는 것을 가능하게 하며, 색상 변경시 더욱 효율적으로 혼합 파이프 세정을 가능하게 한다.
도 4에 따른 혼합기의 바람직한 실시태양은 제1 혼합 파이프로부터 이전 혼합 비율로 계속 투입하면서, 새로 변경된 혼합 비율에 의한 액체 착색제를 색상 변경을 위해 제2 혼합 파이프 내에서 제조되게 한다. 이는 액체 착색제의 투입을 중단하지 않고 혼합 파이프를 세척하는 한편, 색상 변경을 위해 밸브 (15)로 부터 소비 장치에 이르는 혼합 액체 착색제 (12)용 라인만을 세척 또는 교환하면 되므로, 색상 변경시 가동 중지 시간을 단축시킨다. 액체 착색제 (6, 7)가 이전 혼합 비율로 제1 혼합 파이프내로 계속 투입되고 혼합된 액체 착색제가 밸브 (15)를 통해 이전 혼합 비율로 얻어지는 동안, 제2 혼합 파이프는 전술된 바와 같이 세척액 (10) 및 압축 공기 (11)를 사용하여 세척 후 비워진다. 유입구 (9)를 통한 세척액 및 압축 공기의 공급과 밸브 (15)를 통한 비움 외에도, 밸브 (17)를 통한 세척액 및 압축 공기의 공급 및 배출구 (18)를 통한 비움에 의해 반대 방향으로의 추가 세척이 바람직하다. 이어서, 제1 혼합 파이프 내 액체 착색제의 투입은 이전 혼합비율로 계속되는 반면에, 제2 혼합 파이프는 전술한 바와 같이 새로운 혼합 비율의 액체 착색제 (6,　7)로 충전된다. 그와 같은 목적으로, 이중-피스톤 펌프 (13, 14)의 2개의 피스톤은 펌프 피스톤 중 하나로부터 새로운 혼합 비율에 따라 제2 혼합 파이프로 투입되는 동안, 펌프 피스톤의 다른 하나로부터는 이전 혼합 비율에 따라 제1 혼합 파이프로 투입되는 방식으로 작동된다. 제1 혼합 파이프내로 투입되는 펌프 피스톤의 하나가 이 과정 동안 충전되어야 하는 경우, 제2 혼합 파이프의 충전이 중단되고, 계속되는 투입은 여전히 충전되어 있는 제2 펌프 피스톤으로 전환되며, 제1 펌프 피스톤이 충전된 후 제2 혼합 파이프로의 충전이 계속되어, 제1 혼합 파이프 내로의 진행중인 투입은 중단되지 않는다. 바람직하게는, 각각의 이중-피스톤 펌프에 있어서, 제1 혼합 파이프내로의 투입에 실제 필요하지 않은 펌프 피스톤은 제2 혼합 파이프가 충전되기 전에 충전되며, 이어서 모든 펌프가 충전된 피스톤으로부터 제1 혼합 파이프 내로의 투입으로 전환되고, 이후 제1 혼합 파이프 내로의 투입에 현재 필요하지 않은 제2 펌프 피스톤이 같은 방식으로 충전된 다음 제2 혼합 파이프의 충전이 시작된다. 이 과정에 있어서, 이중-피스톤 펌프의 피스톤 간의 전환이 제1 혼합 파이프 내로의 투입에 필요하게 되기 전에, 제2 혼합 파이프의 충전이 정상적으로 완료될 수 있다.
실험은 도 1에 대응하는, 내부 직경 8.3　mm 및 길이 10　cm의 혼합 파이프 (1)를 가지는 혼합기에서 실시되었다. 혼합 파이프는 배출구 (2)에서 8 cm 거리에, 각각 직경 1.5 mm 인 2개의 유입구 (4, 5)를 가지고 있었다. 반대 방향의 나선형 코일의 형태로 된 12 개의 혼합 부재를 가지는, 직경 8 mm 및 길이 93 mm의 나선형 부재 혼합기 MR 08-12 (Mixpac 제조)가 혼합 유니트 (3)로서 사용되었다. 혼합 유니트는 1500 rpm의 모터로 회전 상태에 놓아두었다. 모델명 PSD/8 (Hamilton 제조)의 모터가 장착된 뷰렛이 액체 착색제 혼합을 위한 피스톤 펌프 (13, 14)로서 사용되었다.
<실시예 1>
적색 및 백색의 폴리트렌드 700 (Polytrend 700, Colortrend 제조) 액체 착색제를 10:9의 부피비로 2개의 다른 유입구 (4, 5)를 통해 방사상으로 혼합기에 간헐적으로 공급하여, 총 유량이 1.8　ml/분이 되게 하였다. 액체 착색제 공급에 걸린 시간 및 공급이 중단되는 시간은 각각 10 초였다. 혼합 품질을 평가하기 위해, 배출구 (2)에서 얻은 혼합된 액체 착색제의 개개의 액적을 현미경 슬라이드 위에 얇게 뽑아내어 시각적으로 평가하였다. 색조의 불균일 또는 변화는 혼합된 액체 착색제에서 관찰할 수 없었다.
<실시예 2 (비교예)>
실시예 1을 반복하였으나, 2 가지 액체 착색제를 유입구 (4, 5)를 통하여 방사상으로가 아니라, 배출구 (2) 반대편 혼합 파이프 말단의 유입구를 통하여 축을 따라 공급하였다. 혼합된 액체 착색제는 색조에 있어서 명확하게 인식가능한 변화를 보였다.

Claims (23)

  1. a) 말단에 배출구 (2)가 있고 수직으로 세워져 있는 실린더 형 혼합 파이프 (1),
    b) 혼합 파이프에 위치하여 혼합 파이프의 종축 주위로 회전할 수 있는 유니트로서, 한 방향으로 회전시 일부는 혼합기의 내용물을 배출구 방향으로 이동시키고 일부는 혼합기의 내용물을 반대 방향으로 이동시키는, 2 이상의 나선형 코일 형태의 혼합 부재 (3a, 3b)를 갖는 혼합 유니트 (3), 및
    c) 혼합 유니트 영역 내 혼합 파이프 말단 사이에서 혼합 파이프의 벽면에 위치하는, 2 이상의 액체 착색제 (6, 7)용 유입구 (4, 5)
    를 포함하는 액체 착색제용 혼합기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 혼합 유니트 (3)의 혼합 부재 (3a, 3b)가 혼합 유니트 (3)의 1 회전시, 혼합 파이프 (1)의 단면적의 80 % 이상을 통하여 이동하는 것을 특징으로 하는 혼합기.
  5. 제1항에 있어서, 액체 착색제 (6, 7)용 유입구 (4, 5)가 혼합 유니트 (3) 길이의 60 % 이상이 혼합 파이프 (1)의 말단에 있는 배출구 (2) 및 유입구 사이에 놓이도록 위치하는 것을 특징으로 하는 혼합기.
  6. 제1항에 있어서, 액체 착색제 (6, 7)용 유입구 (4, 5)와 혼합 유니트 (3)가 혼합 유니트의 운동 중, 혼합 유니트의 1 이상의 혼합 부재 (3a, 3b)가 각 유입구를 지나 1 ㎜ 미만의 거리로 이동할 수 있도록 위치하는 것을 특징으로 하는 혼합기.
  7. 제1항에 있어서, 액체 착색제 (6, 7)용 유입구 (4, 5)가 혼합 파이프 (1)의 종축에 횡단하는 한 평면에 놓이는 것을 특징으로 하는 혼합기.
  8. 제1항에 있어서, 혼합 유니트 (3)가 혼합 파이프 (1)의 종축으로 놓인 축 (8)을 통해 배출구 (2) 반대편의 혼합 파이프의 말단으로부터 작동되는 것을 특징으로 하는 혼합기.
  9. 제1항에 있어서, 세척액 (10) 및 압축 공기 (11)용 추가 유입구 (9)를 하나 이상 가지는 것을 특징으로 하는 혼합기.
  10. 제1항에 있어서, 배출구 (2)가 혼합된 액체 착색제 (12)를 위한 공통의 라인에 의해 밸브 (15)를 통해 연결되어 있는 2개의 혼합 파이프 (1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합기.
  11. 제10항에 있어서, 2 이상의 이중-피스톤 펌프 (13, 14)를 포함하며, 액체 착색제가 서로 독립적으로 이중-피스톤 펌프의 양 피스톤으로부터 2개의 혼합 파이프 중 어느 하나로 투입될 수 있는 것을 특징으로 하는 혼합기.
  12. 제1항에 따른 혼합기 내에서 2 이상의 액체 착색제 (6, 7)가 혼합되며, 액체 착색제는 액체 착색제용 유입구 (4, 5)를 통해 혼합기에 공급되고, 혼합 유니트 (3)는 혼합 파이프 (1)의 종축 주위에서 운동하며, 혼합된 액체 착색제 (12)는 혼합 파이프의 말단에 있는 배출구 (2)를 통해 혼합기로부터 배출되는 것을 특징으로 하는, 액체 착색제의 혼합 방법.
  13. 제12항에 있어서, 혼합 유니트 (3)가 혼합 파이프 (1)의 종축 주위로 회전하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 배출구 (2) 반대편의 혼합 파이프 (1) 말단이 혼합 공정시 폐쇄된 채로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 1 이상의 액체 착색제 (6, 7)가 일정 주기로, 혼합기 내 혼합된 액체 착색제의 평균 보유 시간 대 혼합기 내 일정 주기의 지속시간의 비율이 5:1을 초과하는 방식으로 혼합기에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 액체 착색제 (6, 7)중 하나 이상이 스텝핑 모터에 의해 구동되는 펌프를 사용하여 혼합기에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제12항에 있어서, 액체 착색제 (6, 7)가 부피계량 투입되어 혼합기에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 액체 착색제 (6, 7)의 부피계량 투입이 강제 수송에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 삭제
  20. 제12항에 있어서, 색상 변경을 위해,
    a) 액체 착색제 (6, 7)의 공급이 중단되고,
    b) 혼합 파이프 (1)이 압축 공기 (11)의 공급에 의해 비워지고,
    c) 혼합 파이프가 세척액 (10)으로 충전되고, 혼합 유니트 (3)가 작동되며,
    d) 혼합 파이프 (1)이 압축 공기 (11)의 공급으로 비워지고,
    e) 액체 착색제 (6, 7)의 공급이 다른 비율로 연속되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제12항에 있어서, 2개의 혼합 파이프 (1)를 가지는 혼합기가 사용되고, 2 이상의 액체 착색제 (6, 7)가 혼합 파이프 중 하나로 공급되는 한편, 다른 혼합 파이프에서는 색상 변경을 위해,
    a) 혼합 파이프가 압축 공기 (11)의 공급으로 비워지고,
    b) 혼합 파이프가 세척액 (10)으로 충전되고, 혼합 유니트 (3)가 작동되며,
    c) 혼합 파이프가 압축 공기 (11)의 공급으로 비워지는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 2 이상의 액체 착색제 (6, 7)이 제17항의 방법에 따라 혼합되며, 혼합된 액체 착색제 (12)가 플라스틱 성형기에 직접 공급되는 것을 특징으로 하는 플라스틱의 착색 방법.
  23. 제22항에 있어서, 액체 착색제 (6, 7)의 부피계량 투여가 플라스틱 성형기에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
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