잉크 생산 반응기란 무엇인가: 바니시 조리, 분산 및 희석

잉크 생산 반응기란 무엇인가: 바니시 조리, 분산 및 희석

핵심 질문에 답하기: 잉크 생산 반응기란 무엇인가? 잉크 생산 반응기는 인쇄 잉크가 제조되는 용기로, 세 가지의 뚜렷한 역할을 수행합니다. 바니시 조리는 안료를 운반하고 기재에 결합시키는 매개체(vehicle)를 만들기 위해 120-200°C에서 2-8시간 동안 수지(resin)를 용매 또는 오일에 용해시키거나 반응시킵니다. 분산은 고전단 디졸버 또는 로터-스테이터를 15-30m/s의 팁 속도로 작동시켜 20-40%의 안료 함량으로 농축된 밀 베이스에서 안료 응집체를 분쇄하여 5-15마이크로미터 미만의 입자 크기와 6-8의 헤그만 균질도를 목표로 합니다. 희석은 25-45°C에서 부드러운 교반 하에 밀 베이스를 최종 배합으로 희석합니다. 공장은 하나의 다목적 용기에서 세 가지 모두를 실행하거나, 더 높은 생산량의 경우 가열된 바니시 반응기와 별도의 고전단 분산 탱크를 사용합니다. 왜냐하면 두 가지 역할은 상반된 요구 사항을 부과하기 때문입니다.

1. 세 가지 역할과 각 역할에 필요한 것

바니시 조리, 분산 및 희석은 각각 다른 하드웨어를 필요로 하며, 그 이유를 이해하면 전체 공장 레이아웃을 설명할 수 있습니다:

• 바니시 조리: 바니시는 잉크의 필름 형성제이며 광택, 접착력, 건조 및 유변학적 특성을 결정합니다. 로진 변성 페놀, 말레산 또는 탄화수소 수지와 같은 단단한 수지를 건조유 또는 알키드에 120-200°C에서 용해시켜 제조하며, 때로는 에스테르화와 같은 화학 반응을 수행하거나 알루미늄 또는 티타늄 겔화제를 첨가하여 구조를 만듭니다. 반응기는 열유 또는 고압 증기로 가열되는 자켓형 용기이며, 용매를 되돌리는 환류 응축기, 산화 및 변색을 방지하는 질소 블랭킷, 점성이 있고 끈적한 덩어리를 처리할 수 있는 교반기가 장착되어 있습니다. 조리 시간은 2-8시간이며, 종료점은 점도, 유리판에서의 용해도 또는 투명도, 겔화된 바니시의 경우 시간뿐만 아니라 정의된 겔 구조에 의해 결정됩니다.
• 프리믹스 및 안료 습윤: 전단력이 가해지기 전에 안료가 습윤되어야 합니다. 안료 표면의 공기와 흡착된 물이 매개체에 의해 치환되지 않으면 전단 에너지가 낭비되고 분산이 전혀 발달하지 않습니다. 습윤은 저점도 및 우수한 습윤 특성을 가진 매개체를 사용하여, 페이스트 잉크의 경우 종종 유성 또는 버터플라이 믹서와 같은 느리고 흐름이 좋은 믹서에서 수행됩니다. 프리믹스에서의 안료 함량은 의도적으로 20-40%로 높습니다. 왜냐하면 높은 고형분 함량은 점도를 증가시키고 따라서 응집체에 전달되는 전단력을 증가시키기 때문입니다. 프리믹스 단계는 작업자가 가장 자주 시간을 잃는 곳입니다. 왜냐하면 불충분한 습윤은 다운스트림에서 복구할 수 없기 때문입니다. 습윤이 제대로 되지 않은 배치는 균질도에 도달하기까지 몇 시간 동안 밀링되지만, 습윤이 잘 된 배치는 신속하게 사양에 도달합니다.
• 분산 및 밀링: 분산은 습윤된 응집체를 기본 입자로 분해합니다. 액체 잉크의 경우, 15-30m/s의 팁 속도로 회전하는 고전단 디졸버 디스크로 충분한 경우가 많으며, 배치는 30-90분 동안 단일 용기에서 완료됩니다. 페이스트 잉크 및 고성능 안료의 경우, 밀 베이스는 비드 밀, 삼본 밀 또는 수평 미디어 밀을 통과합니다. 여기서 전단력은 로터에 의한 것이 아니라 연삭 매체의 상대적인 움직임에 의해 생성되어 훨씬 더 미세하고 좁은 입자 크기 분포를 제공합니다. 제어 매개변수는 톤당 킬로와트시(kWh/t)의 특정 에너지 입력, 밀에서의 체류 시간 및 미디어 크기이며, 목표는 대부분의 잉크에 대해 5-15마이크로미터 미만의 입자 크기와 6-8의 헤그만 균질도입니다.
• 희석, 조정 및 마무리: 희석은 가장 자주 과소평가되는 단계입니다. 농축된 밀 베이스는 추가 매개체, 용매, 건조제 및 첨가제로 25-45°C에서 부드러운 교반 하에 희석됩니다. 왜냐하면 이 단계에서 계속되는 고전단은 이미 개발된 분산을 재응집시키거나, 티오트로픽 구조를 파괴하거나, 휘발성 용매를 증발시킬 수 있기 때문입니다. 또한 최종 특성을 조정하는 지점이기도 합니다. 점도는 프레스 사양에 맞게, 끈적임, 흐름 및 결정적으로 색상은 분광광도계로 표준과 비교하여 조정되며, 틴팅 페이스트의 소량 첨가로 조정됩니다. 완성된 잉크는 일반적으로 25-100마이크로미터 백 또는 카트리지를 통해 여과되어 과도한 입자 및 겔 조각을 제거합니다. 이러한 입자 및 겔 조각은 프레스에서 줄무늬 또는 판 마모를 유발할 수 있으며, 스키닝 및 용매 손실을 최소화하는 조건에서 충전됩니다.

2. 잉크 유형별 반응기 설계

세 가지 주요 잉크 계열은 반응기에 매우 다른 요구 사항을 부과합니다:

• 페이스트 및 오프셋 잉크: 오프셋 및 리소그래피 잉크는 일반적으로 10-100 Pa·s의 고점도 페이스트이며, 롤러 트레인을 통해 비행이나 미스팅 없이 전달되어야 하므로 뚜렷한 티오트로픽 및 전단 박화 구조를 가집니다. 따라서 반응기는 저속에서 매우 높은 토크를 발생시켜야 합니다. 이것이 페이스트 잉크 공장에서 표준 터빈 교반기 대신 유성 믹서, 시그마 블레이드 또는 이중 암 니더 및 중장비 디졸버를 사용하는 이유입니다. 에너지 입력이 크고 페이스트가 열 전도성이 낮기 때문에 열 제거가 중요하므로 용기는 자켓 처리되고 믹서는 종종 스크레이퍼 또는 근접 간격 설계가 제공됩니다. 많은 수지 및 겔화제가 열에 민감하고, 겔화된 바니시의 과도한 열은 잉크의 유변학적 특성을 부여하는 구조를 영구적으로 파괴하기 때문에 온도는 약 50-60°C 이하로 유지됩니다.
• 액체, 플렉소 및 그라비아 잉크: 플렉소 및 그라비아 잉크는 일반적으로 0.05-2 Pa·s의 저점도 액체이며, 용제 기반 또는 수성입니다. 반응기는 고전단 디졸버가 장착된 표준 자켓 또는 비자켓 스테인리스 스틸 탱크이며, 공정은 단일 용기 작업입니다. 매개체를 충전하고, 고전단 하에 안료를 첨가하고, 필요한 경우 밀링하고, 희석합니다. 용매가 휘발성이 있고 가연성이므로 용기는 밀폐되거나 최소한 덮여 있어야 하며, 접지 및 본딩되어야 하며, 종종 저압 환기용으로 등급이 지정되거나 용매 회수 시스템에 연결되어야 합니다. 수성 버전은 대신 거품 제어 및 소포제 투입 지점이 필요합니다. 수성 액체 잉크는 추가 요구 사항을 추가합니다. 수지를 용해하는 데 사용되는 아민은 건조 중에 증발하므로, 반응기에서 pH 및 아민 함량을 제어하고 실행 중에 모니터링합니다.
• 에너지 경화형 및 UV 잉크: UV 및 전자빔 잉크는 올리고머, 반응성 단량체 및 광개시제로 구성된 100% 고형분 배합으로, UV 광에 노출되면 몇 초 만에 중합됩니다. 반응기 요구 사항은 특이합니다. 용매가 제거되지 않으므로 증류탑이 필요하지 않지만, 올리고머 및 단량체 혼합물이 열적으로 중합될 수 있으므로 온도는 전체적으로 약 60-70°C 이하로 유지되어야 하며, 배치는 경화를 시작할 수 있는 모든 광원으로부터 보호되어야 합니다. 따라서 용기는 냉각을 위해 자켓 처리되고, 황색 또는 불투명한 시창이 장착되며, 모든 개구부에 덮개가 있고, 종종 온도 인터록이 장착됩니다. 이러한 배합은 저점도에서 중점도이므로 교반은 적당하며, 중요한 단계는 첨가 순서와 광개시제의 완전한 용해이며, 이는 30-90분이 걸릴 수 있습니다.
• 재료, 세척 및 색상 변경: 잉크 공장은 수백 가지의 배합과 수십 가지의 색상을 생산하므로, 주요 경제적 고려 사항은 변경입니다. 광택 또는 전기 연마 마감 처리된 316L 스테인리스 스틸이 표준이며, 산성 또는 고안료 시스템에는 유리 라이닝 강철이 사용됩니다. 세척을 위한 설계는 틈새 없는 구조, 플러시 장착 하부 밸브, 내부 데드 레그 없음, 세척 중 청소(CIP)를 위한 스프레이 볼, 그리고 많은 공장에서는 세척에 사용되는 용매가 가장 큰 단일 폐기물 스트림이므로 전용 세척 용매 회수 시스템을 의미합니다. 많은 제조업체는 색상 계열별로 용기를 전용하여 검정, 흰색 및 프로세스 색상을 분리합니다. 왜냐하면 철저한 세척으로도 개스킷 홈에서 모든 흔적을 제거할 수 없으며, 흰색 잉크에 검정색 조각이 있으면 사소한 결함이 아니라 거부된 배치이기 때문입니다.

잉크 생산 단계 비교 매트릭스

자주 묻는 질문(FAQ)

Q: 바니시 반응기와 분산 탱크의 차이점은 무엇인가요?

A: 바니시 반응기는 120-200°C에서 수지를 오일 또는 용매에 조리하는 가열된 자켓형 용기이며, 환류 응축기, 질소 블랭킷 및 중간 속도 교반기가 장착되어 있습니다. 그 역할은 용해이며, 때로는 화학 반응도 수행합니다. 설계 동인은 열 입력, 용매 환류 및 산화 방지입니다. 분산 탱크는 30-60°C에서 작동하는 고전단 용기이며, 디졸버 디스크 또는 로터-스테이터가 15-30m/s의 팁 속도에 도달합니다. 그 역할은 순전히 물리적입니다. 즉, 안료 응집체를 기본 입자로 분해하는 것입니다. 두 가지는 거의 모든 면에서 반대이므로, 고생산량 공장에서는 분리하며, 결합된 용기는 항상 절충안입니다. 단일 다목적 용기 배열은 다양한 단기 생산을 하는 소규모 공장에 적합하며, 전용 용기는 생산량이 정당화되는 즉시 이점을 얻습니다.

Q: 왜 안료 분산이 잉크 제조의 핵심 단계인가요?

A: 잉크의 색상 강도, 광택, 투명도 및 안정성은 모두 안료가 얼마나 완전히 분산되었는지에 따라 결정되기 때문입니다. 안료는 10-100마이크로미터의 응집체로 제조되지만, 그 광학적 특성은 0.05-1마이크로미터의 기본 입자로 분해될 때만 발달합니다. 과소 분산된 잉크는 색상 강도가 낮아 동일한 색조를 얻기 위해 더 많은 안료가 필요하며, 광택이 좋지 않고 인쇄판을 마모시키는 거친 질감을 가지며, 통에 침전되는 경향이 있습니다. 과다 분산도 가능합니다. 분산이 개발된 후 계속되는 전단력은 기본 입자를 파괴하여 색조 변화를 일으키거나 충돌을 통해 재응집시킬 수 있습니다. 이것이 분산이 실행 중에 헤그만 균질도 게이지로 모니터링되고 고정된 시간 동안 밀링되는 대신 사양이 도달하는 즉시 중단되는 이유입니다.

Q: 헤그만 균질도란 무엇이며 잉크는 어떤 값을 달성해야 하나요?

A: 헤그만 균질도는 100마이크로미터에서 0마이크로미터까지 테이퍼진 홈이 있는 경화 강철 블록에 샘플을 내려서 입자나 긁힘이 처음 나타나는 지점을 읽어 얻는 분산에서 가장 큰 입자의 빠른 현장 측정입니다. 척도는 0에서 8까지이며, 숫자가 높을수록 더 미세합니다. 대부분의 인쇄 잉크는 6에서 8을 목표로 하며, 이는 약 15-25마이크로미터 미만의 최대 입자 크기에 해당하며, 미세 그라비아 및 잉크젯 잉크는 범위의 상단에 있고 거친 스크린 잉크는 더 낮습니다. 이 테스트는 약 1분밖에 걸리지 않고 샘플 준비가 필요 없으므로 밀을 정확한 순간에 중단하는 데 사용할 수 있기 때문에 가치가 있습니다. 일반적으로 전체 입자 크기 분포를 위한 레이저 회절 및 출시를 위한 분광광도 색상 측정으로 뒷받침됩니다.

Q: 인쇄 잉크의 배치 간 변동은 무엇으로 인해 발생하나요?

A: 빈도 순서대로 다섯 가지 원인입니다. 안료 변동: 동일한 안료의 다른 생산 로트는 입자 크기, 표면 처리 및 색조가 다를 수 있으므로, 입고 안료는 인증서만으로 수락하는 대신 표준 드로다운에 대해 자격이 부여됩니다. 분산 에너지: 톤당 킬로와트시(kWh/t)의 특정 에너지 입력과 팁 속도 모두 최종 입자 크기에 영향을 미치므로, 마모된 밀 또는 표준과 다른 배치 크기는 레시피가 동일하더라도 결과를 변경합니다. 용매 및 휘발성 손실: 길거나 뜨거운 분산 중 증발은 고형분 함량과 따라서 점도 및 색상 강도를 변경합니다. 계량 및 첨가 순서: 안료 충전의 작은 오류는 눈에 보이는 색상 차이를 생성하며, 수지, 용매 및 첨가제가 결합되는 순서는 습윤 및 안정성에 영향을 미칩니다. 그리고 온도, 이는 점도, 습윤 속도 및 수성 잉크의 경우 아민 균형 및 pH에 영향을 미칩니다.