서론
디지털 잉크젯 인쇄는 세라믹 타일의 장식 방식을 혁신적으로 변화시켰으며, 디자인에 높은 유연성을 제공하는 동시에 효율적이고 재현성 높은 생산을 가능하게 했습니다. 동시에 이 기술은 세라믹 잉크에 까다로운 요구 사항을 제시합니다. 입자 크기 및 입자 크기 분포, 유변학, 안정성, 색상 강도는 모두 잉크의 성능과 궁극적으로 인쇄 공정의 품질에 영향을 미칩니다.
따라서 세라믹 안료의 제조는 결정적인 역할을 합니다. 여기서 과제는 단순히 매우 작은 입자를 얻는 것이 아니라, 안료의 기능적 특성을 유지하면서 적절하고 제어된 입자 크기 분포를 만들어내는 데 있습니다.
NETZSCH는 초미세 건식 분쇄와 후속 습식 분쇄를 결합하여 이 과제를 해결합니다. s-Jet® 스팀 제트 밀(Steam Jet Mill)은 후속 습식 공정을 위해 세라믹 안료를 전처리하고, Zeta® 교반 비드 밀(agitator bead mill)은 최종 미세 분쇄 및 분산 작업을 수행합니다. 두 기술을 하나의 통합 공정으로 간주함으로써, 분쇄 효율과 완성된 잉크의 특성을 동시에 최적화할 수 있습니다.
서브마이크론 연삭의 과제
디지털 인쇄용 세라믹 잉크를 생산하려면 서브미크론 범위의 안료가 필요합니다. 작은 분쇄 매체를 사용한 습식 분쇄를 통해 필요한 입도까지 분쇄할 수 있지만, 입자가 미세해질수록 분쇄 시간이 점점 더 길어집니다.
또한 집중적인 습식 분쇄는 제품 내 극미립자의 비율을 증가시킬 수 있습니다. 과도한 초미립자 비율은 유변학, 안료 반응성 및 색상 특성과 같은 중요한 특성에 영향을 미칠 수 있습니다.
따라서 목표는 좁고 제어된 입자 크기 분포를 유지하면서 필요한 최종 입자 크기를 효율적으로 달성하는 것입니다.
를 이용한 초미세 건식 분쇄 s-Jet®
s-Jet® 증기 제트 밀은 기존 유동층 제트 분쇄의 작동 범위를 서브미크론 영역까지 확장합니다. 이 시스템은 압축 공기 대신 과열 증기를 분쇄 가스로 사용합니다.
증기의 현저히 높은 제트 속도는 초미세 분쇄에 필요한 에너지를 제공합니다. 통합된 분류 기능과 결합하여, 매우 미세하고 좁은 입자 크기 분포를 가진 세라믹 안료를 생산할 수 있습니다.
세라믹 잉크젯 응용 분야의 경우, 약d50 = 0.45 µm 및d99 < 1.2 µm의 입자 크기를 달성했습니다. 원료 및 작동 조건에 따라d97 < 1.2 µm의 값도 가능합니다.
약 40 bar 및 250~350 °C의 고압 과열 증기를 사용함으로써, 안료는 습식 분쇄 공정에 들어가기 전에 요구되는 최종 입도 수준에 근접하게 만들 수 있습니다.
Zeta® 시스템을 이용한 최종 습식 연마
건식 분쇄 후, 안료는 습식 분쇄 단계에서 분산되어 최종 사양에 맞게 가공됩니다.
Zeta® 교반식 비드 밀은 순환 작동 방식으로 설계되어 높은 에너지 투입과 정밀한 공정 제어를 제공합니다. 이 분쇄 시스템은 높은 생산성을 보장하면서도 좁고 재현성 높은 입자 크기 분포를 구현합니다.
세라믹 잉크젯 생산의 경우, s-Jet® 로 전처리된 안료를 사용할 때 습식 분쇄 단계의 역할이 달라지기 때문에 이는 특히 중요합니다. 습식 분쇄기는 입자 크기 감소 작업의 대부분을 수행하는 대신, 최종적으로 요구되는 입자 크기 분포와 분산 품질을 달성하는 데 집중할 수 있습니다.
Zeta® 기술은 또한 실험실 개발 단계부터 생산 단계에 이르기까지 확장 가능한 접근 방식을 제공합니다. 장비 라인업은 LabStar 실험실용 분쇄기부터 Zeta® 400과 같은 생산 시스템에 이르기까지 다양합니다.
건식 및 습식 연마 공정의 통합 공정
이 공정의 주요 장점은 건식 및 습식 분쇄를 두 개의 독립적인 생산 단계가 아닌 하나의 공정으로 간주한다는 점에 있습니다.
s-Jet® 은 습식 분쇄가 시작되기 전에 입자 크기 분포가 좁은 초미세 안료를 생산합니다. 그 결과, 교반식 비드 밀에서 수행해야 하는 입자 크기 감소 작업이 상당히 줄어듭니다.
공정 경험을 통해 s-Jet® 로 전처리한 안료를 사용할 경우 필요한 습식 분쇄 시간을 최대 50%까지 단축할 수 있음이 입증되었습니다.
이러한 습식 분쇄 시간 단축은 여러 가지 이점을 제공합니다. 습식 분쇄 장비의 유효 용량을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 처리 시간이 단축되어 원치 않는 초미세 입자의 형성을 줄일 수 있습니다.
따라서 결과적으로 얻어진 공정은 목표 입자 크기를 달성하는 것뿐만 아니라 전체 입자 크기 분포를 제어하는 데에도 중점을 둡니다.
입자 크기 분포 및 잉크 특성
입자 크기 분포는 완성된 잉크의 여러 특성에 영향을 미칠 수 있기 때문에 세라믹 잉크젯 응용 분야에서 특히 중요합니다.
분포를 적절히 제어하면 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다:
- 안정적인 유변학적 거동
- 우수한 여과성
- 안료 반응성의 제어
- 일관된 색상 특성
- reliable 후속 가공
초미세 건식 분쇄와 짧은 시간의 습식 분쇄를 병행하면, 장시간의 비드 밀링 과정에서 생성되는 극미세 안료 입자의 양을 줄일 수도 있습니다.
황색 및 적갈색 세라믹 안료에 대한 공정 경험을 통해, 그 결과로 얻어지는 입자 크기 분포가 색상에 긍정적인 영향을 미칠 수 있음이 입증되었습니다.
단일 분쇄 단계의 강도를 극대화하기보다는, 이 복합 공정은 필요한 입자 크기 감소를 두 가지 상호 보완적인 기술에 분산시켜 수행합니다.
세라믹 잉크젯 생산의 효율성 향상
통합 공정 개념은 제품 품질과 생산 효율성 모두에 이점을 제공합니다.
습식 연삭 시간이 최대 50% 단축됩니다
더 높은 습식 분쇄 능력
초미세 입자의 생성 감소
제어된 입자 크기 분포
최적화된 색상 성능
실험실 단계에서 생산 단계로의 확대
안료 제조부터 완제품 잉크까지
세라믹 잉크젯 잉크의 생산 과정에는 단순히 한 대의 분쇄기만 사용되는 것이 아닙니다. 건식 분쇄, 혼합 및 분산, 습식 분쇄, 공정 제어 등이 모두 최종 제품의 특성에 영향을 미칩니다.
NETZSCH는 이러한 공정 단계를 결합함으로써 세라믹 안료부터 완제품 잉크에 이르는 전체 생산 체인을 평가할 수 있습니다. 실험실 테스트를 통해 공정을 생산 규모로 전환하기 전에 적절한 작동 매개변수, 입자 크기 분포 및 분쇄 조건을 결정할 수 있습니다.
이러한 통합적인 접근 방식을 통해 각 기계를 개별적으로 최적화하는 대신, 개별 공정 단계를 서로 조화롭게 맞출 수 있습니다.
결론
효율적인 세라믹 잉크젯 생산은 단순히 가능한 한 작은 입자 크기를 달성하는 문제만은 아닙니다. 결정적인 요소는 필요한 입자 크기 분포를 어떻게 달성하느냐에 있습니다.
s-Jet® 스팀 제트 밀을 이용한 초미세 건식 분쇄와 Zeta® 시스템을 이용한 제어된 습식 분쇄를 결합하면, 생산 공정 전반에 걸쳐 입자 크기 감소를 지능적으로 분배할 수 있습니다.
s-Jet® 은 습식 분쇄가 시작되기 전에 미세하고 분포 폭이 좁은 안료를 준비합니다. 이후 Zeta® 시스템은 요구되는 최종 세도 및 분산 품질을 달성하는 데 집중할 수 있습니다. 그 결과, 필요한 습식 분쇄 시간을 최대 50%까지 단축할 수 있으며, 동시에 원치 않는 초미세 입자의 형성을 제한할 수 있습니다.
그 결과, 높은 생산성, 제어된 입자 크기 분포 및 최적화된 세라믹 잉크젯 잉크 특성을 결합하도록 설계된 통합 공정이 완성됩니다.