KR102415276B1 - 초음파를 이용한 셀룰로오스 나노화 혼합장치 - Google Patents

초음파를 이용한 셀룰로오스 나노화 혼합장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세척된 나노 셀룰로오스 원료를 초음파를 이용하여 분해하되 교반 특성에 최적화된 분산조건을 형성하여 균질한 나노 셀룰로오스를 높은 수율로 획득할 수 있고 나노화공정에 소요된 물과 약품을 회수하여 재활용할 수 있는 초음파를 이용한 셀룰로오스 나노화 혼합장치에 관한 것이다.

Description

초음파를 이용한 셀룰로오스 나노화 혼합장치 {CELLULOSE NANO-MIXING DRVICE USING ULTRASONIC WAVE}
본 발명은 셀룰로오스 나노화 혼합장치에 관한 것으로, 자세하게는 세척된 나노 셀룰로오스 원료를 초음파를 이용하여 분해하되 교반 특성에 최적화된 분산조건을 형성하여 균질한 나노 셀룰로오스를 높은 수율로 획득할 수 있고 나노화공정에 소요된 물과 약품을 회수하여 재활용할 수 있는 초음파를 이용한 셀룰로오스 나노화 혼합장치에 관한 것이다.
나노기술(NT: nanotechnology)이란, 나노 크기 입자의 재료가 가진 특유의 특성을 이용하여 원하는 특성을 얻는 기술로, 최근 나노기술의 활발한 연구과 함께 친환경적인 고분자에 대한 관심이 높아지고 있다. 이는 종래의 화석 연료를 바탕으로 하는 고분자의 환경적인 문제점 해결을 위한 대체재인 친환경 고분자로, 이러한 천연 고분자 중에서도 셀룰로오스는 지구상에 있는 유기물 가운데 가장 많은 양을 차지하고 있다.
이러한 셀룰로오스는 천연의 물질로부터 공급이 용이하여 비용을 낮출 수 있는 장점과 더불어 재생산이 가능하며 이용 시 자연에 대한 부하를 비교적 적게 주는 재료로 폐기시에도 자연적으로 분해가 되는 장점이 있다.
셀룰로오스로부터 나노 셀룰로오스를 얻는 단리방법은 크게 화학적 처리와 물리적 처리로 나눌 수 있다. 화학적 처리방법은 강산을 이용하여 셀룰로오스의 비결정영역을 제거하여 나노 크기의 셀룰로오스를 만드는 산 가수분해 방법이 있으며, 물리적인 방법으로는 고강도 초음파 처리, 고압 refiner 처리, grinder 처리, 고압 homogenizer 처리가 있고, 그밖에 효소를 이용하여 나노 셀룰로오스를 단리 할 수 있다.
이중 초음파 처리방식은 나노 셀룰로오스 원료 내에 침지된 혼(HORN)에 초음파를 가함으로 셀룰로오스를 나노화하는 방식으로 균질한 나노 셀룰로오스를 얻을 수 있는 장점이 있으나, 교반과 함께 진행되는 중 원료의 유동특성에 따른 분해효율이 좋지 않았으며 초음파 진동 발산부분의 형상 등에 따른 성능저하 및 에너지 소모가 많아지는 문제가 있었다.
또한, 장시간 초음파 발진에 따른 열이 발생하여 온도가 상승함에 따라 원료가 변질될 수 있음에 따라 사용시간의 제약을 받는 어려움이 있었으며, 물을 비롯하여 셀룰로오스 원료의 나노화에 필요한 약제인 계면활성제나 산화제 촉매의 경우 나노화 공정을 마친 이후 버려질 수밖에 없어 폐수발생으로 인한 환경 문제를 비롯하여 약품비용에 따른 부담이 커짐에 따라 이에 대한 해결방안이 요구되었다.
등록특허공보 제10-1550442호(2015.08.31)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 교반날개의 위치변화 및 이에 따른 유동특성에 최적화된 초음파 혼 배치를 통해 균질한 나노 셀룰로오스를 높은 수율로 획득할 수 있는 초음파를 이용한 셀룰로오스 나노화 혼합장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 셀룰로오스 원료에 물과 약품을 혼합한 나노화공정 이후 나노 셀룰로오스 성분만 배출하고 물과 약품 성분은 회수하여 재활용함으로 환경오염 및 비용을 줄일 수 있는 초음파를 이용한 셀룰로오스 나노화 혼합장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 셀룰로오스 나노화 혼합장치에 있어서, 상부 측면으로 셀룰로오스 원료와 물 및 약품을 공급받는 공급관 및 공급밸브가 결합되어 내부에서 혼합물을 형성하고, 하부 측면으로 혼합물 배출을 위한 연결관이 결합되며, 내벽에 혼합물 교반에 따른 유동을 발생시키는 돌출부가 형성된 원통 형상의 혼화조; 설정된 주파수의 초음파를 생성하여 출력하는 발진부 및 진동자와, 상기 진동자와 결합하여 상기 혼화조 내부 측벽 방향으로 치우쳐 설치되되 상기 주파수에 대응한 초음파 증폭이 이루어지도록 측면이 돌출된 증폭부가 다수 형성된 초음파혼으로 구성되는 분해부; 상기 혼화조 내측에 수직으로 형성된 교반축 및 상기 교반축에 형성된 복수의 교반날개와, 상기 교반축을 회전시키는 교반모터와, 상기 교반날개의 높이를 조절하는 승강부를 구비하는 교반부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 혼화조로부터 연결관을 통해 혼합물을 공급받고, 원심력 및 비중차를 활용하여 나노 셀룰로오스 성분과 물 및 약품 성분을 분리하는 원심분리부; 상기 원심분리부에서 분리된 물 및 약품 성분을 저장하고 상기 혼화조로 공급하는 저장조; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 원심분리부는, 내측에 분리 가능한 버킷이 설치되며 상측 중앙으로 상기 연결관을 통해 혼합물을 공급받는 인입부가 형성된 원통형상의 회전체와, 상기 회전체를 회전시키는 회동부와, 한쪽 끝이 상기 회전체의 상측으로부터 내측으로 연통되어 내부에서 원심분리된 상등액이 유입 및 이송되는 분리관과, 상기 분리관으로부터 이송된 상등액을 취합하며 상기 저장조로 이송하는 배출구로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 교반부는, 상기 혼화조를 관통하는 제1교반축 및 상기 제1교반축 외측에 장착된 제1교반날개와, 상기 제1교반축을 둘러싸 회전하는 제2교반축 및 상기 제2교반축 외측에 장착된 제2교반날개와, 상기 교반모터의 회전력을 상기 제1교반축 및 제2교반축의 회전속도나 회전방향을 다르게 하여 전달하는 기어부를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 교반날개는 교반축 단부에 형성된 판형의 베이스와, 상기 베이스에 수직으로 축결합하여 상하방향으로 돌출하되 하단에 중심추가 형성되어 베이스와 설정각도를 이루되 원심력에 의해 각도가 작아지는 날개부로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명을 통해 초음파혼의 장시간 운용에도 침식 등의 파손이 발생하지 않으면서 최적의 분산효율을 얻을 수 있으며, 원료의 냉각 및 나노화 수준 모니터링을 통해 변질되지 않으면서도 균질한 나노 셀룰로오스를 취득할 수 있다.
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도 1은 본 발명의 개념도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 혼화조의 구조를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원심분리조의 구조를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 교반부의 구조를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 교반부의 구조를 나타낸 부분 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 초음파를 이용한 셀룰로오스 나노화 혼합장치의 구조를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 개념도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도로서, 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노화 혼합장치는 나노 셀룰로오스 원료를 물 및 약품을 혼화시켜 교반과 초음파 분해를 통해 나노화시키되 사용된 물과 약품을 회수 및 재활용하며 나노 셀룰로오스를 제조하며, 이를 위한 주요구성으로 혼화조(1)와, 분해부(2)와, 교반부(3)와, 원심분리부(4)와, 저장조(5)와 제어부(6)를 구비한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 혼화조의 구조를 나타낸 단면도이다.
상기 혼화조(1)는 상부 측면으로 셀룰로오스 원료와 물 및 약품을 공급받는 공급관(11) 및 공급밸브(12)가 결합되어 내부에서 혼합물을 형성하는 원통형의 탱크로, 하부 측면으로 혼합물 배출을 위한 배출밸브(14)를 구비한 연결관(13)이 결합되어 혼합물의 배출이 이루어진다.
상기 혼화조(1)의 내부에서 상기 분해부(2)를 통한 초음파 분산과 교반부(3)를 통한 혼합물의 교반이 이루어지며, 교반 효율을 높이기 위해 내벽에 혼합물 교반에 따른 유동을 발생시키는 돌출부(15)가 형성된다. 즉 상기 혼화조(1)의 중심부분에 형성된 교반축(32)을 통해 회전함에 따라 수용된 혼합물은 중심으로부터 내벽을 따라 회전하게 되며 내벽의 돌출부(15)에 충돌하여 와류가 발생하여 교반이 활발히 이루어지게 된다. 첨부된 도면에서는 동일간격을 갖는 4개의 돌출부(15)가 각각 세로방향으로 형성되되 내벽과 접촉하는 부분이 곡면을 이루어 저항을 줄이면서도 원활한 와류발생을 유도하고 있다.
상기 공급관(11)을 통해 공급되는 나노 셀룰로오스 원료로는 폐지로부터 만들어진 펄프를 사용할 수 있다. 구체적으로 기본적으로 약품 및 물과 혼합하여 분쇄된 폐지로부터 잉크와 고토 및 셀룰로오스를 분리한 후, 이를 건조시켜 획득하는 것으로 이에 관하여는 본 출원인의 등록특허 제10-1929928호, 제10-1863331호, 제10-1925903호 등의 기술을 통해 제조할 수 있으며, 발명의 취지가 흐려지는 것을 방지하기 위해 본 발명에서는 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
또한, 물과 함께 혼합되는 약품은 계면활성제를 주성분으로 하며 촉매나 산화제를 포함할 수 있으며, 셀룰로오스 원료를 초음파 분해를 통한 나노화를 촉진하는 역할을 한다. 일례로 Poly(ethylene glyco)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)(triblock(PEO-PPO-PEO))를 비롯한 다양한 약품을 적절한 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 분해부(2)는 설정된 주파수의 초음파를 생성하여 출력하는 발진부(21) 및 진동자(22)와, 상기 진동자(22)와 결합하여 상기 혼화조(1) 내부 측벽 방향으로 치우쳐 수직으로 설치되는 초음파혼(23)으로 구성된다.
상기 발진부(21)는 20㎑ 내외의 주파수를 갖는 초음파를 생성하여 셀룰로오스 원료를 분해하게 되며, 설정된 범위 내에서 주파수의 가변이 이루어질 수 있다. 상기 발진부(21)를 통해 생성된 초음파는 실질적으로 상기 혼화조(1) 벽에 설치된 상기 진동자(22)를 통해 출력되며 초음파 출력에 따른 진동으로 인해 장시간 운용시 진동자의 온도가 올라감에 따라 이를 냉각할 수 있는 냉각팬의 설치가 함께 이루어지는 것이 바람직하다.
첨부된 도면에서는 혼화조(1)의 상측에 진동자(22)가 설치된 모습을 도시하고 있다. 이는 상기 혼화조(1)에 혼합물이 가득 수용되는 것을 전제로 하며, 혼합물이 가득 수용되지 않을 경우 혼화조(1)의 하측에 진동자가 설치될 수도 있다.
첨부된 도면에서는 상기 혼화조(1) 상측에 진동자(22)가 설치된 것을 기준으로 상기 진동자(22) 하측에는 혼화조(1)의 중심으로부터 측벽 방향으로 치우친 위치에 원기둥 형상의 초음파혼(23)이 결합되어 혼합물 내부로 초음파를 인가하게 된다. 이때 견고한 고정 및 원활한 초음파 전달을 위해 진동자(22)와 초음파혼(23)은 스터드 볼트를 통해 결합되며 바람직하게는 초음파 진동으로 인한 초음파혼(23)의 침식 및 강도 유지를 위해 티타늄 재질로 초음파혼(23)을 구성하게 된다.
첨부된 도면에서는 2개의 초음파혼(23)이 중심을 기준으로 양 측벽에 근접하여 설치된 모습을 나타내고 있으며 혼화조(1)의 크기에 대응하여 3개 이상의 초음파혼(23)을 동일간격으로 설치할 수도 있다. 이와 같은 초음파혼(23)의 설치위치는 교반부(3)에 의해 혼합물의 회전이 이루어질 때 혼합물에 포함된 셀룰로오스 원료 및 약품이 비중차이로 인해 혼화조의 측벽으로 몰리는 것을 고려한 것으로 이를 집중적으로 초음파 분산하여 효율을 높이게 된다.
상기 초음파혼(23)이 일정 길이를 갖는 기둥 형상으로 이루어지고 상측에서 하측으로 초음파를 전달함에 따라 생성 및 전달되는 주파수에 대응한 초음파 증폭이 이루어지도록 측면이 돌출된 형상의 증폭부(24)가 형성된다.
첨부된 도면에서는 길이방향을 따라 총 5개소의 증폭부(24)가 형성되어 초음파 주파수에 따른 증폭이 이루어지면서 원활한 초음파의 인가가 이루어지도록 구성되고 있으며, 해당 증폭부(24)에서 초음파 증폭이 최대화될 수 있도록 상기 발진부(21)를 통한 초음파 주파수의 조절도 이루어질 수 있다.
상기 교반부(3)는 상기 혼화조(1)에 수용된 혼합물을 교반하기 위한 구성으로, 기본적으로 상기 혼화조의 상부나 하부 중앙을 수직으로 관통하는 교반축(32)과, 상기 교반축(32) 하단에 형성되어 회전을 통해 혼화조(1) 내부를 휘젓는 교반날개(31)와, 상기 덮개(14) 상측에서 상기 교반축(32)을 회전시키는 교반모터(33)를 구비한다.
이때 상기 교반날개(31)와 근접한 부분의 혼합물은 유동이 활발하나 교반날개(31)로부터 떨어진 부분의 혼합물의 유동은 비교적 덜 활발한 것을 보완하여 혼합물의 분해효율을 높일 수 있도록 소정의 범위에서 교반날개(31)가 승하강할 수 있도록 구성할 수 있다. 이를 위해 구비되는 승강부(35)는 상기 혼화조 상측에서 전동방식으로 길이 조절되는 실린더를 통해 교반모터(33) 및 기어부(34)의 높이를 승강시키게 되어 이에 연결된 교반축(32) 및 교반날개(31)의 높이도 함께 가변될 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 원심분리부(4)는 상기 혼화조(1)로부터 연결관(13)을 통해 혼합물을 공급받고, 원심력 및 비중차를 활용하여 나노 셀룰로오스 성분과 물 및 약품 성분을 분리하는 구성이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원심분리조의 구조를 나타낸 단면도로서, 다양한 방식의 원심분리기 구조를 적용할 수 있으나 본 발명의 실시예에서는 내측에 분리 가능한 버킷(411)이 설치되며 상측 중앙으로 상기 연결관(13)을 통해 혼합물을 공급받는 인입부(412)가 형성된 원통형상의 회전체(41)와, 상기 회전체(41)를 회전시키는 회동부(42)와, 한쪽 끝이 상기 회전체(41)의 상측으로부터 내측으로 연통되어 내부에서 원심분리된 상등액이 유입 및 이송되는 분리관(43)과, 상기 분리관(43)으로부터 이송된 상등액을 취합하며 상기 저장조(5)로 이송하는 배출구(431)로 구성된다.
즉 상기 인입부(412)를 통해 혼합물을 공급받기 전 상기 회동부(42)가 회전체(41)를 충분한 속도로 고속회전시키며 원심력을 발생시킨다. 이후 배출밸브(14)가 개방되어 나노화된 혼합물이 인입부(412)를 통해 유입되며 비중이 큰 나노 셀룰로오스 성분은 외측으로 상대적으로 작은 비중의 물과 약품, 즉 상등액에 해당하는 액체 성분은 내측에 위치하게 된다. 이때 인입부(412)를 통해 혼합물이 연속적으로 공급됨에 따라 상등액에 해당하는 물과 약품성분은 분리관(43)을 통해 배출이 이루어지며 배출구(431)를 통해 저장부()로 유입된다.
이후 회동부(42) 및 회전체(41)가 정지한 상태에서 나노 셀룰로오스 성분만 버킷(411)에 남아 있게 되므로 이를 분리하여 나노화된 셀룰로오스를 취득하게 되며 이를 건조 및 분말화하여 나노 셀룰로오스 제품형태로 활용하게 된다.
상기 저장조(5)는 상기 원심분리부(4)에서 분리된 물 및 약품 성분을 저장하고 상기 혼화조(1)로 공급하는 임지저장탱크의 구성으로, 실질적으로 셀룰로오스 나노화를 위해 투입된 약품을 회수 및 재활용함으로 약품을 절감할 수 있을 뿐 아니라 폐수발생을 줄여 환경오염을 줄일 수 있도록 한다.
이때 상기 혼화조(1)의 높이가 높을 경우 상기 초음파혼(23)의 길이를 구성하는데 한계가 있으므로 혼화조(1)의 바닥과 초음파혼(23) 사이에 거리가 떨어져 나노화가 원활히 이루어지지 못하는 부분이 존재할 수 있다. 이러한 점을 보완하고자 본 발명에서는 첨부된 도면과 같이 혼화조(1) 상측 및 하측에 각각 교반부(3)를 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 교반부의 구조를 나타낸 단면도로서, 특히 혼화조(1) 상측에 설치된 교반부(3)에 적용 가능한 구조를 도시하고 있으며. 상기 혼화조(1) 내부를 교반함에 있어 더욱 효율적인 교반을 위해 교반날개(31)를 복수로 구비하되 이의 속도나 회전방향을 반대로 할 수 있는 구조를 적용하고 있다.
이를 위해 상기 교반부(3)는, 상기 덮개(14)를 관통하는 제1교반축(321) 및 상기 제1교반축(321) 하단에 장착된 제1교반날개(311)와, 마찬가지로 상기 덮개(14)를 관통하고 상기 제1교반축(321)을 둘러싸 회전하되 제1교반축(321) 보다 상대적으로 짧은 길이의 제2교반축(322) 및 상기 제2교반축(322) 외측에 장착된 제2교반날개(312)로 구성되어 제1교반날개(311) 및 제2교반날개(312)의 회전속도를 다르게 하거나 회전방향을 달리할 수 있는 구조를 마련한다.
이를 위해 상기 교반모터(33)의 회전력을 상기 제1교반축(321) 및 제2교반축(322)으로 각각 전달하되 제1교반축(321) 및 제2교반축(322)의 회전속도나 회전방향이 다르도록 설정된 기어부(34)가 설치된다. 첨부된 도면에서는 상기 교반모터(33)의 회전축과 상기 제1교반축(321) 및 제2교반축(322) 상단에 각각 기어를 설치하여 이를 치합시키되 교반모터(33)의 회전축과 제1교반축(321)은 직접 맞닿아 반대방향으로 회전하고 교반모터(33)의 회전축과 제2교반축(322)은 별도의 기어를 통해 연결되어 동일한 방향으로 회전함으로 제1교반축(321) 및 제2교반축(322)의 회전방향이 달라지며 이때 맞물리는 기어비를 달리함으로 제1교반축(321) 및 제2교반축(322)의 회전속도도 달리할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 교반부의 구조를 나타낸 부분 도면으로, 특히 혼화조(1) 하부에 설치된 교반부(3')에 적용되어 회전속도에 대응한 교반날개(31')의 각도 변화를 통해 혼합물의 유동중 초음파혼(23)과의 충분한 접촉과 분해가 이루어질 수 있는 구조를 적용하고 있다.
이를 위해 하부의 교반날개(31')는 교반축 단부에 형성된 판형의 베이스(313)와, 상기 베이스(313)에 수직으로 축결합하여 상하방향으로 돌출하되 하단에 중심추(315)가 형성되어 베이스(313)와 설정각도를 이루되 원심력에 의해 각도가 작아지는 날개부(314)로 구성된다. 이때 상기 중심추(315)와 베이스 사이에 스프링(361)을 설치하여 중심추(315)의 중량 및 스프링(361)의 작용력이 상측으로 돌출된 날개부(314)의 기울어진 힘과 평형을 이루도록 구성하는 것이 바람직하다.
첨부된 도면과 같이 상기 베이스에 교반축(32')을 중심으로 대칭이 되도록 날개부(314)를 형성하되 축결합을 통해 베이스(313) 하측으로 중심추(315)가 형성된 날개부(314)가 상측으로 외측으로 기울어진 형태를 유지하게 되어 저속에서 비교적 넓은 범위의 교반이 이루어질 수 있도록 한다. 이때 하부의 교반모터(33')의 속도가 상대적으로 저속인 경우 앞서 언급한 바와 같이 중심추 및 스프링의 작용력으로 인해 날개부(314)의 각도가 유지되나 교반모터(33')의 속도가 점차 높아짐에 따라 원심력에 의해 중심추(315)가 스프링(361)의 작용력을 이겨 외측으로 기울어지며 교반날개(31)와 베이스(313) 사이의 각도가 작아지게 된다.
즉 베이스(313)의 저속회전 상태에서는 날개부(314)의 최외측을 통해 형성되는 원의 크기가 커서 교반 범위를 넓히되 베이스의 고속회전시 날개부(314)의 최외측을 통해 형성되는 원의 크기가 줄어들도록 하는 것으로 고속회전에 따른 과도한 와류로 인해 초음파 분산효과가 저하되는 것을 방지하면서도 지속적인 유동을 유지할 수 있게 된다.
상기 제어부(6)는 본 발명에 따른 나노화 혼합장치를 제어하는 MCU에 해당하는 구성으로 앞서 언급한 공급밸브(12) 및 배출밸브(14)와 발진부(21)와, 교반모터(33) 및 승강부(35)와 회동부(42)를 설정된 절차 및 시간에 따라 제어한다.
즉 상기 공급밸브(12)를 개방하여 원료와 물 및 약품을 혼화조(1)에 공급한 후 상기 교반모터(33) 및 승강부(35)를 제어함과 동시에 발진부(21)를 동작시켜 혼합물의 초음파 분해와 교반을 일정시간 수행한다. 이후 상기 회동부(41)를 통해 회전체(41)를 충분한 속도로 회전시킨 뒤 상기 배출밸브(14)를 개방하여 혼합물을 원심분리부(4)로 이송하여 나노화되 셀룰로오스와 물 및 약품을 분리하게 된다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
1: 혼화조 11: 공급관 12: 공급밸브
13: 연결관 14: 배출밸브
15: 돌출부
2: 분해부 21: 발진부 22: 진동자
23: 초음파혼 24: 증폭부
3: 교반부 31: 교반날개 311: 제1교반날개
312: 제2교반날개 313: 베이스
314: 날개부 315: 중심추
316: 스프링 32: 교반축
321: 제1교반축 322: 제2교반축
33: 교반모터 34: 기어부
35: 승강부
4: 원심분리부 41: 회전체 411: 버킷
412: 인입부 42: 회동부
43: 분리관 431: 배출구
5: 저장조
6: 제어부

Claims (5)

  1. 셀룰로오스 나노화 혼합장치에 있어서,
    상부 측면으로 셀룰로오스 원료와 물 및 약품을 공급받는 공급관(11) 및 공급밸브(12)가 결합되어 내부에서 혼합물을 형성하고, 하부 측면으로 혼합물 배출을 위한 연결관(13)이 결합되며, 내벽에 혼합물 교반에 따른 유동을 발생시키는 돌출부(15)가 형성된 원통 형상의 혼화조(1);
    설정된 주파수의 초음파를 생성하여 출력하는 발진부(21) 및 진동자(22)와, 상기 진동자(22)와 결합하여 상기 혼화조(1) 내부 측벽 방향으로 치우쳐 설치되되 상기 주파수에 대응한 초음파 증폭이 이루어지도록 측면이 돌출된 증폭부(24)가 다수 형성된 초음파혼(23)으로 구성되는 분해부(2);
    상기 혼화조(1) 내측에 수직으로 형성된 교반축(32) 및 상기 교반축(32)에 형성된 복수의 교반날개(31)와, 상기 교반축(32)을 회전시키는 교반모터(33)와, 상기 교반날개(31)의 높이를 조절하는 승강부(35)를 구비하는 교반부(3); 로 이루어지되,
    상기 교반날개(31)는, 상기 교반축(32) 단부에 형성된 판형의 베이스(313)와, 상기 베이스(313)에 수직으로 축결합하여 상하방향으로 돌출하되 하단에 중심추(315)가 형성되어 베이스(313)와 설정각도를 이루되 원심력에 의해 각도가 작아지는 날개부(314)로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 셀룰로오스 나노화 혼합장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼화조(1)로부터 연결관을 통해 혼합물을 공급받고, 원심력 및 비중차를 활용하여 나노 셀룰로오스 성분과 물 및 약품 성분을 분리하는 원심분리부(4);
    상기 원심분리부(4)에서 분리된 물 및 약품 성분을 저장하고 상기 혼화조(1)로 공급하는 저장조(5); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 셀룰로오스 나노화 혼합장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 원심분리부(4)는,
    내측에 분리 가능한 버킷(411)이 설치되며 상측 중앙으로 상기 연결관(13)을 통해 혼합물을 공급받는 인입부(412)가 형성된 원통형상의 회전체(41)와, 상기 회전체(41)를 회전시키는 회동부(42)와, 한쪽 끝이 상기 회전체(41)의 상측으로부터 내측으로 연통되어 내부에서 원심분리된 상등액이 유입 및 이송되는 분리관(43)과, 상기 분리관(43)으로부터 이송된 상등액을 취합하며 상기 저장조(5)로 이송하는 배출구로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 셀룰로오스 나노화 혼합장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 교반부(3)는,
    상기 혼화조(1)를 관통하는 제1교반축(321) 및 상기 제1교반축(321) 외측에 장착된 제1교반날개(311)와, 상기 제1교반축(321)을 둘러싸 회전하는 제2교반축(322) 및 상기 제2교반축(322) 외측에 장착된 제2교반날개(312)와, 상기 교반모터(33)의 회전력을 상기 제1교반축(321) 및 제2교반축(322)의 회전속도나 회전방향을 다르게 하여 전달하는 기어부(34)를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 셀룰로오스 나노화 혼합장치.
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