높은 수준을 위한 혼합 전략

Aug 30, 2023

2019년 1월 24일

고체가 액체에 분산되거나 용해될 때 각 상의 상대적인 양은 반드시 믹서 선택의 핵심 요소입니다. 실제로 점도는 훨씬 더 중요한 매개변수입니다. 이 기사에서 논의할 목적으로 고형물 백분율을 제제에 존재하는 고형물 질량의 비율로 정의하겠습니다. "고형물"은 혼합물의 비휘발성 물질 또는 무기 성분과 관련됩니다.

"고고형분"이라는 용어는 접착제, 실런트, 페인트, 코팅 등 다양한 시장에서 일반적으로 사용되지만 일반적으로 고형분 제제의 최소 또는 평균 고형분 함량을 정의하는 표준은 없습니다.

고형분 함량 대 점도 원료의 화학적 성질에 따라 고형분 함량이 높은 구성은 다양한 점도를 나타냅니다. 예를 들어, 용해력이 좋은 용제와 저분자량 폴리머는 분무 가능한 고형분 코팅에서 낮은 점도와 허용 가능한 흐름을 얻기 위해 사용됩니다. 일부 100% 고형분 핫멜트 접착제라도 적절한 온도에서 처리하는 동안 점도가 거의 물과 비슷합니다. 반대로, 고형분이 5%만 포함된 겔 제제는 부을 수 없고 반고체처럼 작용할 수 있습니다.

따라서 믹서 선택은 일반적으로 고형분 백분율보다는 점도에 따라 결정됩니다. 용매 또는 액체 베이스의 시작 점도, 처리 중 혼합물이 도달한 최대 점도 및 최종 제품의 최종 점도(최대 점도와 다른 경우)는 모두 믹서 제조업체와 공유해야 하는 중요한 고려 사항입니다.

단일 샤프트 믹서 프로펠러 및 터빈과 같은 기존의 단일 샤프트 혼합기는 낮은 점도 범위에서 고형분 제제를 제조할 수 있습니다. 이 기계는 부드러운 교반이나 저어주기만으로 쉽게 액체에 혼합되는 고체에 적합한 경제적인 기계입니다. 그러나 젖음에 저항하는 고체(예: 물에 첨가된 소수성 분말)의 경우 저속 교반기는 매우 비효율적입니다. 이러한 고체의 분산 또는 용해를 가속화하기 위해 톱니형 분산기 및 회전자/고정자 혼합기와 같은 고에너지 장치를 사용하면 리드 타임을 단축할 수 있습니다.

약 5000피트/분의 팁 속도로 작동하는 적절하게 설계된 톱니형 디스크 스타일 분산기는 혼합 용기 내에 활발한 흐름을 생성합니다. 이는 배치에 빠르게 통합하기 위해 고체를 추가할 수 있는 소용돌이를 생성합니다. 분산기는 일반적으로 점도가 최대 약 50,000cP인 응용 분야에 사용됩니다.

이에 비해 로터/고정자 믹서는 일반적으로 공차가 가까운 고정 고정자 내에서 3000~4000ft/min 범위의 팁 속도로 작동하는 4개의 블레이드 로터를 갖추고 있습니다. 이러한 유형의 장치는 제품을 로터 안으로 지속적으로 끌어들이고 고정자의 구멍을 통해 방사형으로 배출함으로써 기계적 및 유압식 전단을 생성합니다. 고정자가 제공하는 제한으로 인해 이 혼합기는 오픈 디스크 톱니형 분산기 블레이드보다 더 높은 전단력을 제공하지만 펌핑 용량은 더 낮습니다. 같은 이유로 점도 한계는 약 10,000~20,000cP로 낮습니다. 로터/고정자 믹서는 배치 및 인라인 설계로 모두 제공됩니다.분말 유도 시스템대량의 분말을 대량으로 첨가해야 하는 경우 또는 분산이 어려운 고형물을 고속 블레이드로도 완전히 적시는 데 시간이 너무 오래 걸리는 경우 분말 주입 기능이 내장된 믹서를 고려해 볼 가치가 있습니다.

초기 분말 주입 시스템에서는 펌프가 액체 흐름을 추출기로 추진하여 진공을 생성했습니다. 오버헤드 튜브를 통해 공급된 분말은 이 진공에 의해 액체 흐름에 합류하는 추출기로 끌어당겨집니다. 생성된 '예비 혼합'은 회전자/고정자 혼합기로 이동한 다음 전단 및 혼합 작용을 적용하여 응집체를 분해하고 혼합물을 하류로 운반합니다. 당시 이 시스템은 분말 유도에 유용한 도구를 제공했습니다. 인라인 시스템은 배치 시스템의 부유 고형물 문제를 제거했으며 혼합 공정을 보다 정밀하게 제어할 수 있었습니다. 그러나 이 설정에는 몇 가지 심각한 제한 사항도 있었습니다. 세 개의 개별 장치를 직렬로 연결하면 노동력, 필요한 전문 지식, 예비 부품 측면에서 유지 관리가 집중적으로 이루어졌습니다. 펌프, 에듀케이터, 믹서의 성능 균형을 맞추는 것이 어려운 경우가 많았으며 많은 응용 분야에서 가동 중지 시간이 상당히 길었습니다.