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Titanium Dioxide (TiO2) 는 화학적으로 불활성의 특성을 가지고 있으며 무색,
무취하며 또한 인체에 부작용이 없어 제약, 식품, 화장품, 도료 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
제약회사에서 정제 (錠劑, tablet, 알약) 를 제조할 때 Titanium Dioxide 를 tablet 의
코팅제로 많이 사용하는데 이때 Titanium Dioxide 는 대개 60% slurry 로 처리하여 사용한다.
Titanium Dioxide slurry 내의 TiO2 는 agglomeration 되는 특성이 있는데
이들을 잘 분산 (de-agglomeration) 시키지 않으면 hiding power 가 떨어지고,
코팅한 표면의 광택이 떨어지고, 또한 색채가 변하는 단점이 나타나게 된다.
그러므로 코팅에 사용되는 TiO2 는 1㎛ 이하 크기가 90% 이상 구성될 수 있도록 dispersion 시켜 주는 것이 매우 중요하다.
SILVERSON High Shear Mixer 가 TiO2 Slurry 를 분산시키는 능력이 어느 정도 되는지 확인하기 위해
Malvern Instruments 와 함께 공동으로 분석을 하였다. SILVERSON 장비는 450LS In-line High Shear Mixer 를
사용하였으며 (Fig.1.) 입도분석은 Malvern Instrument 의 Mastersizer 2000 모델을 사용하였다.
In-line High Shear Mixer 는 rotor/stator 가 한 쌍으로 구성되는 single-stage inline-mixer 와 두 쌍으로
구성되는 multi-stage 로 구분할 수 있다.
SILVERSON 450LS In-line High Shear Mixer 의 테스트에 사용된 stator 는 다음과 같다.
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GPDH (General Purpose Disintegrating Head)
가장 일반적인 목적으로 사용되는 stator 로서 강한 flow rate 를 생성시켜 material 을 거칠게 분산시키는 기능을 한다.
Solid 의 disintegration, gel 과 thickener 의 제조 등의 목적으로 널리 사용되는 stator 임. |
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SQSH (Square Hole High Shear Screen)
용해성 비용해성 granular solid 를 매우 미세하게 particle size reduction 시키는 특성을 가진 stator 로서
가장 강력한 shear rate 를 가지고 있어 dispersion, emulsion, disintegration,
solubilization, fine colloid suspension 등에 효과적으로 사용. |
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SLDH (Slotted Disintegrating Head)
동물조직 또는 식물조직과 같이 fibrous 특성을 가진 물질을 disintegration 하는 목적으로 많이 사용되는 stator 로서
특히 탄성이 강한 rubber 와 polymer 같은 물질의 disintegration 과 solubilization 에 많이 사용됨. |
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Multi-SLDH (Multi Slotted Disintegrating Head)
SLDH 가 두 개 있는 구조인 multi-stage stator 로서 single stator 에 비해 물질의 chamber 내 체류 시간이 증가하므로
disintegration 과 solubilization 의 효율성이 큰 stator. |
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Agglomeration 된 TiO2 slurry 내 입도는 크게는 300㎛ 크기에서부터 작게는 0.04 ~ 2㎛ 사이에 분포한다.
테스트에 사용된 TiO2 의 입도는 Figure 3 에 나타난 바와 같으며 6㎛ ~ 40㎛ 사이에 분포하는 agglomerated TiO2 입자를
어떤 구조의 High Shear Mixer 가 어느 정도로 효율적으로 de-agglomeration
시키는 지 확인하는 것이 이번 테스트의 목적이다.
먼저 GPDH (General Purpose Disintegrating Head) 를 이용하여 6분간 TiO2 를 처리한 입도 결과는 Figure 4 와 같다.
GPDH stator 를 이용하여 TiO2 를 처리한 graph (light blue) 는 Control TiO2 의 graph (dark blue) 와 비교하여 큰 변화는 없는 것으로 나타난다.
즉 6㎛ ~ 40㎛ 입도의 TiO2 가 여전히 나타나고 있음을 알 수 있다.
Figure 5 는 SQSH (Square Hole High Shear Screen) stator 를 이용하여 3분간 TiO2 를 처리한 결과로서
6㎛ ~ 40㎛ 입도를 가진 TiO2 가 사라진 것을 알 수 있으며 더 짧은 시간에 대부분의 TiO2 입자가 1um 이하 크기로 Disintegration 되었다는 것을 알 수 있다.
Figure 6 은 Multi-SLDH (Multi-stage Slotted Disintegrating Head) 를 이용하여 3분간 TiO2 를 처리한 결과로서 (Light Blue)
같은 시간 동안 single-SQSH 로 처리한 결과와 (Dark Blue) 큰 차이는 없으나 1㎛ 보다 작은 입자들이 더 많이 생겼다는 것을 알 수 있다.
이상의 테스트 결과로서 우리는 Multi-stage SLDH 를 장착한 SILVERSON In-line High Shear Mixer 가
TiO2 를 분산 (dispersion & de-agglomeration) 시키는 데 가장 최선의 configuration 이라는 것을 알 수 있다. 일반적으로 rotor/stator 를 이용하는 Homo Mixer (or Homogenizer) 는 입자를 나노크기까지
분산시키는 것이 불가능한 것으로 알려져 있다. 그러나 SILVERSON High Shear Mixer 를 이용하면 TiO2 를 1㎛ 크기까지 충분히 분산시킬 수 있다는 것을 이 테스트를 통해 확인할 수 있었다.
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