분말 제조를 위한 분무 공정

분무 공정은 용액, 현탁액 또는 용융물로부터 분말을 제조하는 공학적 공정입니다. 이 과정에서 액체를 미세하게 분무한 뒤, 기류나 반응실 내에서 건조하거나 응고시킵니다. 이를 통해 정해진 크기와 형태를 가진 고체 입자가 생성됩니다.

널리 사용되는 분무 공정 중 하나는 분무 건조입니다. 이 과정에서 용매가 증발하는 동시에 미세 입자들이 고온 가스 흐름 속에서 건조됩니다. 입자 구조는 다공성이거나 치밀할 수 있습니다. 분무 과립화에서는 분무와 응집 과정을 결합하여 더 큰 과립체를 생성합니다. 분무 용융에서는 용융물에서 나온 미세 입자가 직접 고체 입자로 굳어집니다.

분무 공정은 입자 크기 분포를 좁게 유지할 수 있게 해줍니다. 이 공정은 입자의 형태, 기공률 및 표면 구조에 영향을 미칩니다. 이를 통해 유동성, 용해도 및 반응성을 원하는 대로 조절할 수 있습니다. 이 공정은 화학, 식품, 제약, 배터리 및 플라스틱 산업 분야에서 널리 활용되고 있습니다.

입자 크기에 대한 경험적 근사식: 액적에서 분말 입자로: 고체 성분을 포함한 액적이 건조되면서 “손실 없이” 입자로 변할 때, 대략 다음과 같은 관계가 성립한다:

d_p ≈ d_d⋅ (ϕ_s)^1/3

• dp는 입자 직경
• dd는 물방울의 지름이다
• ϕs는 액적 내 고체의 부피 분율이다

질량 분율 ws를 갖는 용액에 대해서는 흔히 다음의 근사식을 사용합니다:

Φ_s ​≈ (w_s/ρ_s) / [(w_s/ρ_s + (1 – w_s)/ρ_l]

• ρₛ은 고체의 밀도이다
• ρₗ는 액체의 밀도이다