습윤 공정

공정 공학에서 ‘습윤’이란 액체가 고체 표면을 덮는 과정을 의미합니다. 입자 사이에 갇혀 있던 공기는 밀려나고 그 자리를 액체가 차지합니다. 목표는 모든 입자 표면을 균일하게 덮는 것입니다. 습윤성은 고체, 액체, 기체 상 간의 표면 에너지 비율에 따라 달라집니다. 이는 접촉각을 통해 설명됩니다:

γ_SG = γ_SL + γ_LG · cos(θ)

이때 다음이 성립합니다: θ < 90° → 우수한 습윤; θ > 90° → 불량한 습윤.

• γ_SG = 고체-기체 계면 장력
• γ_SL = 고체-액체 계면 장력
• γ_LG = 액체-기체 계면 장력
• θ = 접촉각

습윤의 형태: 

a) 현탁식 습윤(분말을 액체에 혼합). 미세 분말을 액체 매질에 분산시켜 균일한 현탁액 또는 용액을 생성합니다. 모든 기공 내 공기를 제거하고 응집체를 1차 입자로 분해해야 합니다. 그 결과 펌핑이 가능한 분산액 또는 용액이 생성됩니다. 이를 위해 로터-스테이터 시스템, 절단 로터 또는 진공 유입 장치가 장착된 설비와 같은 고전단 혼합 시스템이 사용됩니다. 이러한 장비는 높은 에너지 밀도를 발생시켜 입자를 균일하게 감싸고 안정화시킵니다.

b) 현탁식 습윤 (분말 혼합물에 액체 도포). 벌크 재료에 정해진 양의 액체를 도포합니다. 목표는 입자 표면이 적절한 비율로 균일하게 습윤된, 균질하고 유동성이 좋은 혼합물을 얻는 것입니다. 이 과정에서 응집체는 그대로 유지되거나 의도적으로 분해됩니다. 작업 목적에 따라 부드럽게 또는 강도 높게 분산 혼합 및 습윤을 수행하는 정밀 분말 혼합기가 사용됩니다. 분무 습윤의 경우, 액체가 노즐을 통해 미세하게 분무됩니다. 액적 크기, 액적 분포, 노즐 방향 및 혼합실 내 위치는 균질성과 습윤 속도를 결정합니다. 미세한 액적은 접촉 확률을 높이고 입자 피복률을 향상시킵니다.

공정 유형: 습윤 공정의 예로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 불연속 배치 공정, 예: 배치 믹서에서의 분무 습윤.
• 연속 인라인 공정, 예: 로터-스테이터 시스템과 진공 유입 장치를 갖춘 분말 습윤 설비.

amixon® 분말 혼합기에서는 액체가 벌크 재료 표면 아래에서 미세하게 분무됩니다. 이 액체는 고밀도 입자 흐름 속으로 직접 유입되어 균일하게 분산됩니다. 이를 통해 공정 시간이 단축되고 균일성이 향상됩니다. 이 공정은 필요에 따라 재료를 극도로 부드럽게 처리하거나, 고도로 응집 해체하는 방식으로 운영할 수 있습니다. 시연 및 실험은 amixon® 기술 센터에서 진행됩니다.