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일반 초음파장비는 처리량을 늘리기 위해 probe 크기를 25mm 로 크게하면 초음파 최대에너지
(amplitude) 는 약 45㎛ 로 작아지게 되어 대량생산용으로 사용되는데 한계가 있으나 고출력초음파
장비는 초음파에너지를 100㎛ 까지 그대로 유지하여 대량생산용 초음파장비로 사용되고 있다.
일반 초음파장비와 고출력초음파장비의 성능을 비교하기 위한 테스트를 영진코퍼레이션
실험실에서 본사 학술팀에 의해 진행되었다.
비교 테스트 장비
|
일반초음파장비 |
BSP-1200 |
| Max. Probe Diameter |
25 mm |
32 mm |
| Max. Probe Amplitude used |
45 ㎛ |
100 ㎛ |
초음파 장비를 이용하여 제품을 생산할 경우에는 대부분 batch type 이 아닌 recirculation (순환식) 방식을 이용하므로
본 테스트는 sample 을 recirculation 방식으로 처리하여 나노유화 하는 방식으로 진행하였다.
(이 테스트에 사용된 일반 초음파장비는 recircualtion 실험에 가장 많이 사용되는 모델을 사용하였다.)
사용한 sample
일반적으로 주사제로 사용되는 nano emulsion 의 droplet size 의 기준은 200nm 이하이므로
mineral oil 을 나노유화하는 것을 테스트 재료로 사용하였다.
- 90% water + 10% mineral oil + TWEEN 80 (8% of mineral oil)
테스트 진행
| 1. Pre-mixing : |
High Shear Mixer 를 이용하여 다음과 같이 pre-mixing 을 진행하였다.
- High shear mixer (L5M-A, Silverson UK), 6,000rpm, for 10 min |
| 2. Nano Emulsion : |
premixing 한 sample 을 각 100% amplitude 와 1.3 Liter/min. 의 flow rate 로 처리하였다 |
|
|
일반초음파장비 |
BSP-1200 |
| Amplitude |
45 ㎛ |
100 ㎛ |
| flow rate |
1.3 Liter/min. |
1.3 Liter/min. |
| sample volume |
1 Liter |
10 Liter |
|
| 3. 입도분석 : |
초음파를 처리하는 시료를 5분마다 샘플 채취하여 입도 분석을 하였다
- 입도분석장비 : LUMiSizer (LUM GmbH, Berlin, Germany) |
입도 분석
[1] 일반 초음파장비를 사용하여 나노유화 테스트한 결괴
| Time (min.) |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
50 |
60 |
| Pass |
6.5 |
13 |
19.5 |
26 |
32.5 |
39 |
45.5 |
52 |
65 |
78 |
[2] 고출력 초음파장비를 사용하여 나노유화 테스트한 결괴
| Time (min.) |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
50 |
60 |
| Pass |
0.65 |
1.3 |
1.95 |
2.6 |
3.25 |
3.9 |
4.6 |
5.2 |
6.5 |
7.8 |
테스트 결과 분석
| 1. |
일반 초음파분산장비는 60분 동안 78 pass 를 초음파 처리하였어도 mineral oil 의
droplet 평균 크기는 200nm 이하로 내려 가지 않았다. 그러나 고출력 초음파 장비의 경우
약 2 pass (15분) 초음파 처리한 후 200nm 이하의 입도를 가진 nano emulsioin 을
구할 수 있었다. |
| 2. |
고출력 초음파장비가 2 pass (15분) 후 구한 nano emulsion 의 부피는 10리터로서
같이 테스트한 일반 초음파장비의 처리량에 비해 10배 많은 양이다. |
| 3. |
200nm 사이즈를 가진 나노유화가 비교 기준이므로 일반 초음파 장비 78 pass (217.9nm) 와
고출력 초음파장비 1.95 pass (199.9nm) 를 비교하면 일반 초음파장비에 비해 고출력 장비의
생산능력은 약 40배 (78 % 2) 더 크다고 할 수 있다. |
| 4. |
우리는 이 테스트를 통해 고출력 초음파장비는 product 의 대량 생산에 사용 가능하며
또한 고출력 초음파에너지에 의해 품질좋은 제품 생산에 충분하다는 것을 확인할 수 있다. |
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