그래픽 아트

잉크젯 유체용 크로스플로우(Crossflow) 기술

녹색 미래 구현

현재 개발 중인 개선된 유색 분산물은 더 복잡한 화학적 반응을 일으켜 마이크로 사이즈의 오염물질을 생성합니다.
글로벌 경쟁이 심화되면서 많은 잉크젯 잉크 및 도료 제조업체들은 공정을 재평가하고 새로운 여과 및 분리 기술을 연구하여 처리 비용을 절감해야 하는 상황에 처했습니다. 또한 친환경을 추구하는 업계의 움직임 때문에 용수 재생 및 재생가능한 폐루프 공정에 무게가 실리게 되었습니다.

Pall 크로스플로우 멤브레인은 세정하여 재사용할 수 있어 수년간 지속 가능한 재생 여과 솔루션입니다. 결과적으로는 폐기물 및 관련 폐기 비용이 줄어듭니다. 제조업체는 conserve 크로스플로우 멤브레인을 사용하여 제조 공정에서 나오는 폐수를 재생함으로써 용수를 절약할 수 있습니다.

크로스플로우 여과의 장점

크로스플로우 여과는 획기적인 장점과 관련된 차별화된 특징이 많습니다. 이러한 장점 덕분에 크로스플로우는 잉크젯 유체와 연관된 특정 어플리케이션에서 선호되는 여과 방법입니다.

특징 장점
1개의 입구 피드 스트림에서 2개의 출구 스트림(잔류물 및 투과액) 생성 상대적으로 정밀한 멤브레인 여과 등급보다 크기가 작거나 큰 오염 물질 분리 가능
각 통과 시 피드 스트림의 극히 일부만이 멤브레인을 통과 부유 고형물의 비율이 상대적으로 높은 유체에 의해 멤브레인이 즉시 막히는 경우 방지
멤브레인을 UF(ultrafiltration) 분자량 등급에서 사용 가능 저분자량 불순물을 제거 또는 분리 가능
공정 중 역세척 또는 역류를 통해 멤브레인 재사용 가능 투과액 용량이 늘어나므로 여과 경제성 향상
케미컬 클리닝을 통해 멤브레인 유량 복원 가능 멤브레인 수명이 획기적으로 증가되어 폐기물 및 관련 폐기 비용 절감


잉크젯 잉크 및 도료 크로스플로우 기술

잉크젯 잉크 유체는 크기가 다양한 요소 및 오염 물질로 이루어져 있습니다. 크기는 100Da에서부터 100μm를 넘는 것도 있습니다.

잉크젯 유체에 들어 있는 일반적인 요소 및 오염 물질의 상대적 크기
도해 3: 잉크젯 유체에 들어 있는 일반적인 요소 및 오염 물질의 상대적 크기
* 덱스트란 분자 구조 기준


크로스플로우 기술은 다음과 같은 어플리케이션에서 위와 같은 요소 및 오염 물질을 분리하는 데 사용할 수 있습니다.
  • 유색 수용성 도료의 불순물 제거
  • 잉크 및 도료 관련 유색 분산물의 분류
  • 염료 정제
  • 폐기물 스트림 관리

유색 수용성 도료의 불순물 제거

유색 잉크젯 도료를 제조하는 공정에서는 염분, 과다 중합체 및 계면활성제 등의 저분자량 불순물을 제거합니다. 디아필트레이션(diafiltration)의 크로스플로우를 사용하여 이러한 제거 작업을 수행할 수 있습니다. 알맞은 등급의 멤브레인을 사용하면 불순물 및 운반 유체는 통과하고 색소는 남게 됩니다. 잉크 도료는 크로스플로우 모듈을 따라 재순환됩니다. 불순물 및 유체 중 일부는 멤브레인을 통과하는 투과수로 모듈을 빠져나갑니다.

유색 분산물에서 저분자량 불순물 분리
도해 4: 저분자량 분산물 분리
참고: 유체가 멤브레인을 가로질러 흐를 때 업스트림 요소의 극히 일부만이 이를 통과합니다.


디아필트레이션을 할 때는 DI(탈이온) water가 추가되어 기존 투과수의 용량을 대체하게 되고, 불순물은 유색 도료에서 효과적으로 씻겨 나갑니다. 추가되는 용수의 양은 일반적으로 초기 시작 배치 용량(Diafiltration 용량)의 배수로 표시됩니다. 디아필트레이션 용량의 수치가 커지면 잔류물의 염분 농도가 낮아집니다.

디아필트레이션과 염분 농도의 관계

디아필트레이션 용량 잔류물 염분 농도(%)
0 100.0
1 36.8
2 13.5
3 5.0
4 1.8
5 0.7
6 0.2
7 0.1

잉크 및 도료 관련 유색 분산물의 분류

크로스플로우 MF(microfiltration) 멤브레인은 유색 분산물에서 크기가 큰 오염물질 및 고형물을 성공적으로 제거할 수 있습니다. 제거하고자 하는 입자는 유색 분산물의 이상적인 입자 크기보다 큰 것들입니다.

유색 분산물은 멤브레인을 통과하며 그보다 큰 오염물질 및 고형물은 잔류 유체에 남습니다. 용수는 계속하여 시스템에 추가되어 잔류 유체 스트림의 농도를 유지하고 유량 감소를 최소화합니다. 원하는 물질인 잉크 또는 도료는 용수에 의해 희석됩니다. 이때 투과액을 초기 농도로 되돌릴 추가 단계가 필요합니다.

유색 분산물에서 크기가 더 큰 오염 물질 및 고형물을 분리
도해 5: 유색 분산물에서 크기가 보다 큰 오염 물질 및 덩어리 분리
참고: 유체가 멤브레인을 가로질러 흐를 때 업스트림 요소의 극히 일부만이 이를 통과합니다.


염료 정제

염료 여과는 염료 기반 잉크젯 잉크 및 도료를 제조할 때 꼭 필요한 단계입니다. 여과하지 않은 염료에는 염료 합성 및 혼합 공정에서 발생하는 불용성 경질 또는 연질 입자가 함유될 수 있습니다. 염료 분자는 분자량과 크기가 작으므로 멤브레인을 쉽게 통과하여 투과액 스트림으로 들어가지만 크기가 상대적으로 큰 불용성 입자는 잔류물 스트림에 포함됩니다. 염료 기반 잉크 또는 도료가 멤브레인을 가로질러 재순환하면서 투과액 스트림은 정제된 염료 제품의 형태로 수집됩니다. 잔류물 스트림은 진흙과 비슷한 폐기물로 농축되며 이는 폐기됩니다.

염료 내 크기가 큰 오염물질 분리
도해 6: 염료의 거대 오염 물질 분리
참고: 유체가 멤브레인을 가로질러 흐를 때 업스트림 요소의 극히 일부만이 이를 통과합니다.


폐기물 스트림 관리

유색 잉크 및 도료를 처리할 때 사용되는 세정 용수는 크로스플로우 UF 멤브레인을 통해 여과하여 재사용 할 수 있습니다. 용수가 멤브레인을 통해 크로스플로우 모듈을 여러 번 통과하게 되면 색소 또는 오염물질과 같이 원하지 않는 미립자가 잔류하여 농축됩니다. 여과된 용수는 세척 용수로 재사용하거나 정화하여 잉크 또는 도료 제조에 사용할 수 있습니다.

공정 용수의 색소 및 크기가 큰 오염 물질 분리
도해 7: 공정 용수의 색소 및 거대 오염 물질 분리
참고: 유체가 멤브레인을 가로질러 흐를 때 업스트림 요소의 극히 일부만이 이를 통과합니다.


Membralox 생산 시스템
Membralox 생산 시스템

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