스프레이 페인트

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배경

스프레이 페인트는 미세한 미스트 형태로 분사되도록 설계된 에어로졸 제품입니다. 기존의 브러시 페인팅 방법에 비해 스프레이 페인팅은 더 빠르고 균일한 적용을 제공합니다. 산업용 스프레이 페인팅은 페인트 입자를 미세한 안개로 분해하는 특수 공기 압축기에 의존하지만 상업용 스프레이 페인트는 액화 가스를 사용하여 페인트를 분무하는 독립형 에어로졸 캔입니다.

연혁

회화의 예술과 과학은 30,000년 이상 거슬러 올라갑니다. 원시인들은 오늘날에도 여전히 볼 수 있는 동굴 벽에 그들의 삶에 대한 조잡한 묘사를 그렸습니다. 수세기에 걸쳐 개선된 방법과 재료가 개발됨에 따라 그림은 예술을 표현하는 방법이자 기능적인 도구로 발전했습니다. 1700년에 Thomas Child에 의해 보스턴에 미국 최초의 기록된 페인트 공장이 세워졌습니다. 소비자를 위한 최초의 즉시 사용 가능한 페인트는 150년 이상 후에 오하이오의 D. R. Averill에 의해 개발되었습니다.

이 도료는 소비자들이 상업적으로 원했지만 무게 때문에 전국으로 운송하는 데에도 매우 비쌌습니다. 대량 생산 방법이 점점 더 유용해짐에 따라 제조업체는 페인트를 보다 효율적으로 만드는 방법을 배웠습니다. 전국 곳곳에 소규모 공장들이 생겨나기 시작했다. 소규모의 분산된 제조 공장 시스템을 통해 제조업체는 전국적으로 페인트를 판매할 수 있었습니다. 이 시스템은 20세기 중반까지 업계에서 지속되었습니다.

1940년대에 페인트 산업은 에어로졸 캔의 발명으로 또 다른 한 걸음을 내디뎠습니다. 원래 살충제를 분배하기 위한 도구로 군대에서 개발한 에어로졸 시스템은 스프레이 페인트를 비롯한 다른 제품 범주에 빠르게 적용되었습니다. 1948년 시카고에 있는 Chase Company는 미국 농무부로부터 에어로졸 모기 퇴치제 제조 허가를 받은 3개 기업 중 하나가 되었습니다. 비슷한 기술과 장비를 사용하여 몇 년 후 그들은 최초의 상업용 스프레이 페인트 생산업체가 되었습니다.

1950년대에 탄생한 이래로 스프레이 페인트 산업은 상당한 성공을 거두었지만 많은 어려움을 겪었습니다. 1970년대 후반, 입법자들은 클로로플루오로카본 추진제(CFC)가 대기 오존층 파괴에 관여하는 역할을 하기 때문에 페인트에 사용을 금지했습니다. 1990년대 후반에 캘리포니아 대기 자원 위원회(CARB)는 스프레이 페인트에 사용할 수 있는 휘발성 유기 화합물(VOC)의 양을 제한하기 시작했습니다. VOC는 대기 오염에 기여하는 것으로 나타났습니다. 이러한 규제 명령은 스프레이 페인트 제형의 품질에 극적인 영향을 미쳤습니다. 이러한 도전에도 불구하고 스프레이 페인트는 계속해서 인기 있는 소비재입니다. 1997년에는 미국에서만 거의 2,500만 갤런(9,400만 1)의 스프레이 페인트가 생산되었습니다.

원자재

안료

안료는 색상과 불투명도를 제공하기 위해 스프레이 페인트에 사용됩니다. 스프레이 페인트에 사용되는 안료에는 네 가지 기본 유형이 있습니다. 이산화티타늄과 같은 백색 안료는 빛을 산란시키고 페인트 표면을 더 불투명하게 만드는 데 사용됩니다. 색상 안료는 이름에서 알 수 있듯이 페인트 혼합물에 색상을 제공합니다. 여기에는 다양한 합성 화학 물질이 포함됩니다. 불활성 안료는 페인트의 필름 특성을 변경하는 충전제로 사용됩니다. 마지막으로, 기능성 안료는 자외선으로부터 보호하는 것과 같은 추가적인 성능 특성을 제공합니다.

안료는 점도와 같은 특정 제형 특성에도 영향을 줄 수 있으므로 신중하게 선택해야 합니다. 안료가 적절하게 분산되지 않으면 덩어리질 수 있습니다. 즉, 함께 모여 더 큰 덩어리를 형성하여 용기 바닥에 가라앉을 수 있습니다. 이것이 발생하면 안료는 밸브를 통해 분무할 수 있을 만큼 충분히 작은 입자로 분리될 수 없습니다.

용매

용제는 나머지 페인트 성분을 운반하는 액체입니다. 물은 많은 재료에 좋은 용매이지만 건조가 느리고 금속 캔에 부식을 일으키는 경향이 있습니다. 따라서 비수성, 속건성 용매가 사용됩니다. 용매 선택은 또한 안료 분산의 안정성에 영향을 줄 수 있습니다. 일부 용매는 입자의 외부 층에 흡수되어 팽창을 일으킬 수 있습니다. 이러한 상호 작용은 분산을 안정화하는 데 도움이 됩니다. 반면에 다른 유형의 용매는 안료 분산에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 용매가 입자 표면을 완전히 덮으면 다른 성분의 상호 작용을 막을 수 있고 실제로 공식을 불안정하게 만들 수 있습니다.

추진제

추진제는 밸브가 열릴 때 빠르게 팽창하여 캔 밖으로 페인트를 밀어내는 가스입니다. CFCs(클로로플루오로카본 가스)는 원래 추진제로 사용되었지만 오존층을 파괴한다는 사실이 발견되어 1978년에 사용이 금지되었습니다. 부탄 및 프로판과 같은 기타 가스가 CFC를 대체하는 데 사용되었습니다. 이러한 탄화수소는 캔에서 생성하는 압력의 양에 따라 분류됩니다. 예를 들어, 부탄 40은 부탄과 프로판의 혼합물이며 증기압이 40psi(2.8kgf/cm ² ) 제곱인치당. 탄화수소 추진제는 1980년대 캘리포니아 대기 자원 위원회(California Air Resource Board)가 이러한 화학 물질이 스모그에 기여한다고 결정하기 전까지 주요 추진제로 사용되었습니다. 스프레이 페인트에 사용할 수 있는 양을 제한하는 규정을 통과했습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 에어로졸에 사용하기 위해 개발된 수소불화탄소(HFC)로 알려진 새로운 종류의 추진제가 개발되었습니다. 여기에는 1,1,-디플루오로에탄(추진제 152A) 및 1,1,1,2,-테트라플루오로메탄(추진제 134A)이 포함됩니다.

기타 성분

안료 분산을 안정화하고 pH와 점도를 조절하며 캔의 부식을 방지하기 위해 다른 성분이 공식에 포함되어 있습니다.

포장

스프레이 페인트는 주석 도금된 강철 또는 알루미늄 캔에 포장됩니다. 캔은 페인트가 분배되는 방식을 제어하는 ​​밸브로 밀봉되어 있습니다. 밸브의 상단은 스프레이 모양을 제어하는 ​​버튼입니다. 액체 도료 농축액과 추진제의 혼합 챔버 역할을 하는 밸브 본체에 부착됩니다. 밸브 바닥에는 페인트를 캔 바닥에서 위쪽으로 운반하는 플라스틱 튜브가 부착되어 있습니다.

제조
프로세스

농축액 일괄 처리

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1 에어로졸 스프레이 페인트 제조의 첫 번째 단계는 대형 금속 또는 유리 탱크에 액체 농축액을 준비하는 것입니다. 이 공정은 용매, 부식 억제제, pH 및 점도 조절제와 같은 액체 성분을 전기 모터로 구동되는 대형 임펠러 유형 혼합기로 혼합하는 것을 포함합니다.

안료 분산

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2 제조 공정의 중요한 단계는 고체 안료 입자가 적절하게 분산되도록 하는 것입니다. 액체가 입자를 둘러싼 모든 공기를 대체하도록 주의해야 합니다. 프로펠러 블레이드를 이용한 단순한 혼합으로는 안료가 충분히 분산되지 않으므로 볼밀과 같은 특수 혼합 장비를 사용합니다. 볼 밀은 세라믹 또는 스테인리스 스틸 볼로 채워진 드럼과 같은 원형 용기입니다. 건조 안료는 페인트 농축액의 일부와 혼합되어 이 드럼에 붓는 슬러리를 형성합니다. 그런 다음 드럼은 한 쌍의 회전하는 금속 롤러에 놓입니다. ~처럼 스프레이 페인트 캔의 내부와 작동 원리. 회전하고 공이 드럼에서 굴러 떨어져 안료 입자를 분해합니다.

이 공정에서 사용할 수 있는 또 다른 유형의 믹서는 2개의 밀접하게 이격된 회전 금속 실린더로 구성된 롤러 밀입니다. 안료 슬러리는 롤러가 서로에 대해 회전할 때 롤러를 통과합니다. 안료 입자는 가장 작은 입자만 간격을 통과할 때까지 롤러의 작용에 의해 분해됩니다. 즉, 더 큰 응집된 입자는 분해됩니다.

3 일단 안료가 적절하게 적셔지면 슬러리를 배치 탱크의 나머지 액체 농축액에 첨가할 수 있습니다. 그런 다음 이 혼합물을 균질해질 때까지 교반합니다. 공정의 이 시점에서 페인트 농축액의 샘플을 채취하여 일관성과 색상을 확인할 수 있습니다. 색상이 적절하게 일치하지 않는 경우 배치에 추가하여 색상을 조정할 수 있습니다. 색상을 향상시키기 위해 안료 부하를 증가시키거나 희석하기 위해 더 많은 용매를 추가하도록 조정할 수 있습니다. 배치가 적절한 사양을 충족하는 것으로 확인되면 충전 탱크로 이동할 수 있습니다.

충전 과정

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4 에어로졸에 사용되는 충전 공정은 고도로 자동화되어 있습니다. 빈 캔은 컨베이어 벨트를 따라 이동하여 충전 장비에 도달합니다. 압축 공기 분사는 충전 헤드에 의해 농축액으로 채워지기 전에 캔에 있을 수 있는 먼지나 오물을 날려 버립니다. 이 헤드는 충전 탱크에서 페인트를 옮기는 튜브에 연결된 일련의 노즐입니다. 피스톤 메커니즘은 캔에 주입되는 액체의 양을 제어합니다. 캔을 채운 후 가스 공급 장치로 가는 조립 라인을 따라 액화 추진제를 캔에 주입하고 즉시 밸브를 캔 가장자리에 압착하여 밀봉합니다.

5 가스 주입 후 캔은 뜨거운 물통을 통과하여 이동하여 누출 여부를 확인할 수 있습니다. 캔에 구멍이 있거나 밸브가 제대로 밀봉되어 있지 않으면 수조에 작은 기포가 보입니다. 결함이 있는 캔은 제거되어 폐기됩니다. 물통을 통과한 후 캔은 더 압축된 공기로 건조됩니다. 조립 라인의 끝에서 오버캡은 밸브 위에 장착되어 우발적인 작동으로부터 에어로졸을 보호합니다. 마지막으로 캔은 상자에 포장되어 운송을 위해 팔레트에 놓입니다.

품질 관리

스프레이 페인트 제품의 품질은 여러 단계에서 평가됩니다. 일괄 처리하는 동안 농축액이 적절한 그늘인지 확인합니다. 이것은 새로운 배치의 샘플을 승인된 표준과 시각적으로 비교하여 간단히 수행할 수 있습니다. 이 비교를 돕기 위해 흰색 배경에 소량의 페인트를 칠할 수 있습니다. 또한 보다 정교한 색상 측정 또는 측광 도구 분석 방법을 사용할 수 있습니다. Daniels Flow Point Test와 같은 분석 테스트 방법은 페인트 분산이 안정적인지 확인하는 데 사용됩니다. 에어로졸 충전 과정에서 임의의 샘플이 검사를 위해 조립 라인에서 당겨집니다. 중요한 평가에는 충전 중량, 고형물 농도 및 캔 압력이 포함됩니다. 스프레이 속도(단위 시간당 전달되는 페인트의 양) 및 스프레이 패턴(스프레이의 크기 및 모양)도 신중하게 평가됩니다. 제조가 완료된 후, 캔이 막히지 않고 분무되고 캔 내부가 녹슬지 않는지 확인하기 위해 가속 노화 연구를 수행할 수 있습니다.

미래

에어로졸 스프레이 페인트 산업은 마케팅 및 기술 문제와 관련된 다양한 미래 과제에 직면해 있습니다. 시장이 성숙함에 따라 제조업체는 제품을 마케팅할 새로운 방법을 찾기 위해 고군분투하고 있습니다. Krylon 회사(Sherwin-Williams의 사업부)는 두 가지 새로운 영역에서 미래의 마케팅 노력을 준비하고 있습니다. 새로운 제품 라인 중 하나는 여성과 어린이를 대상으로 하며 밝고 새로운 색상, 향상된 세척 용이성 및 새로운 신선한 향기를 제공하는 페인트를 사용합니다. 다른 라인은 도어/셔터 페인트, 벤트 페인트, 트레드 및 그립 페인트와 같은 특정 주택 계약자 애플리케이션을 대상으로 합니다.

마케팅 과제 외에도 미래의 페인트 제조 업체는 비용을 절감하거나 성능을 개선할 수 있는 방법을 계속 찾아야 합니다. 미래 기술의 예는 두 가지 새로운 공식화 방식에서 찾을 수 있습니다. 하나는 건조 후 페인트 필름의 외관을 개선하는 두 가지 새로운 용제를 다루고 다른 하나는 표면 커버리지를 개선하는 감소된 안료-충전제-바인더 비율을 포함합니다. 마지막으로, 에어로졸 스프레이 페인트가 직면하게 될 다른 미래 도전 과제로는 VOC 배출 및 지구 온난화를 제어하기 위한 환경 규제, 안전 라벨에 관한 법적 문제, 그래피티 아티스트의 지속적인 제품 남용 등이 있습니다.

자세히 알아보기

책

Johnsen, Montfort A. 에어로졸 핸드북. Wayne Dorland Company, 1982.

정기간행물

Johnsen, Montfort A. "에어로졸 - VOC 문제는 21세기로 이동합니다." 스프레이 기술 11(1999):21.

기타

"페인트와 코팅의 경제적 가치." 전국 페인트 및 코팅 협회 웹 페이지. 2001년 12월. .

랜디 슐러