사례 연구: 고속 교반 유화제가 개인 위생용품 생산의 유화 공정을 변화시킵니다.
개인 관리 및 화장품 산업에서 유화 공정은 제품 품질, 질감, 안정성 및 사용자 경험을 직접적으로 결정하는 중요한 연결 고리입니다. 페이셜 클렌저, 보습 크림, 卸妆 밤과 같은 크림 제품을 생산하는 제조업체의 경우 유수상의 균일한 분산을 달성하고 미시적 수준에서 입자 크기를 제어하며 장기적인 제품 안정성을 보장하는 것이 대량 생산의 핵심 과제입니다. 이 사례 연구에서는 제조업체가 고속 교반 유화제를 도입하여 오랜 공정 병목 현상을 극복하고 회사 이름을 공개하지 않고도 제품 품질과 생산 효율성의 포괄적인 업그레이드를 실현한 방법을 자세히 설명합니다.
1. 배경과 과제
제조업체는 아미노산 페이셜 클렌저, 수분 에멀젼, 영양 밤을 포함하는 제품 라인을 갖춘 고급 개인 관리 제품의 연구, 개발 및 생산에 중점을 두고 있습니다. 고속교반 유화제를 도입하기 전에는 유화 공정에 전통적인 패들형 혼합기를 사용해 왔습니다. 제품 질감과 안정성에 대한 시장 수요가 계속 증가함에 따라 기존 장비의 한계가 점점 더 뚜렷해지면서 생산 운영에 여러 가지 과제가 발생했습니다.
1.1 유화 균일성이 낮고 제품 질감이 거칠다
기존의 패들 믹서는 최대 회전 속도가 1,000rpm에 불과해 전단력이 부족했습니다. 아미노산 세안제 제조시 유성원료(미네랄오일, 세틸알코올 등)와 수상원료(아미노산계면활성제, 탈이온수)가 미시적 수준의 균일한 분산을 이루지 못했습니다. 생성된 제품은 8~15μm의 입자 크기 분포를 가져 거친 질감을 나타냈습니다. '바르는 느낌이 세밀하다', '번짐이 매끄럽지 않다'는 소비자 피드백이 부정적 리뷰의 20% 이상을 차지해 시장 경쟁력에 직접적인 영향을 미쳤다.
1.2 제품 안정성이 낮고 유통기한이 짧음
부적절한 유화로 인해 제품의 유상과 수상이 보관 중에 분리되는 경향이 있었습니다. 상온 보관 1~2개월 후 일부 에멀젼 제품에서 오일 분리, 수분 침전 등의 현상이 발생했고, 유통기한은 1.5~2년에 불과해 업계 평균인 3년에 비해 고급 제품에 비해 현저히 낮았다. 또한, 저온(-5℃) 보관 테스트 결과 일부 크리미 제품의 경우 동결 및 경화 현상이 나타났으며, 고온(45℃) 보관 시 유분 분리가 증가하여 고급 퍼스널케어 제품의 안정성 요구 사항을 충족하지 못했습니다.
1.3 긴 생산주기와 높은 원료 손실
전통적인 유화 공정에는 여러 번의 교반 및 혼합 단계가 필요했으며, 200L 원료의 단일 배치는 유화를 완료하는 데 최대 60분이 소요되었습니다. 더욱이 고르지 못한 혼합으로 인해 제품 적격률은 92%에 불과했고, 적격하지 않은 제품은 배치당 5~8kg의 원재료 손실을 초래하여 상당한 비용 압박을 초래했습니다. 동시에, 실험실 소규모 테스트와 산업 대량 생산 매개변수 간의 단절로 인해 소규모 테스트에서 대량 생산으로 규모를 확장할 때 3~5번의 반복 조정을 거쳐야 했으며 이로 인해 2~3개월의 긴 제품 R&D 주기가 발생했습니다.
1.4 높은 에너지 소비 및 낮은 운영 효율성
전통적인 혼합기는 유화 효과를 향상시키기 위해 장시간 교반에 의존했기 때문에 에너지 소비가 높았습니다. 제품 1톤당 에너지 소비량은 120kWh에 달해 업계 선진 수준보다 30% 더 높았다. 또한 장비에는 자동 세척 시스템이 부족했고, 각 배치 후 수동 세척이 40분이 소요되어 생산 능력 향상에 심각한 제한이 있었습니다.
2. 솔루션: 고속교반 유화제 도입
위의 과제를 해결하기 위해 제조업체는 유화 장비에 대한 심층적인 연구를 수행했으며 최종적으로 다단 회전자-고정자 구조, 정밀한 온도 제어 및 진공 탈기 기능을 갖춘 고속 교반 유화기를 선택했습니다. 장비의 핵심 기술 매개변수는 다음과 같습니다.
- 회전 속도 범위: 1,000-15,000rpm, 무단계 주파수 변환 조정
- 유화조 용량 : 250L (소규모 시험생산 및 대규모 대량생산에 적합)
- 온도 조절 범위: 상온 - 100℃, 정밀도 ±1℃
- 진공도: -0.093 MPa, 혐기성 유화 실현
- 로터 유형: 교체 가능한 톱니형 로터, 유화 로터, 패들 로터
- 제어 시스템: PLC 지능형 제어, 매개변수 저장 및 자동 작동 지원
- 청소 시스템: CIP 온라인 청소, 탱크 본체 및 로터의 자동 청소 지원
장비 자체 외에도 제조사는 원료 전처리, 공급 순서, 전단율 구배 조정, 유화 후 냉각 공정 등 기술팀의 지원으로 전체 유화 공정을 최적화하여 고속 교반 유화제에 맞는 표준화된 작업 공정을 구성했습니다.
3. 구현 효과 및 데이터 검증
3개월 간의 장비 시운전, 공정 최적화, 양산 검증을 거쳐 고속교반 유화제는 제품 품질 향상, 비용 절감, 효율성 향상 등의 측면에서 괄목할 만한 성과를 거두었습니다. 구체적인 효과는 다음과 같은 데이터로 검증됩니다.
3.1 제품의 질감과 섬세함이 대폭 향상되었습니다.
로터-스테이터 구조의 15,000rpm 고속 회전으로 발생하는 높은 전단력으로 인해 유수상의 응집된 입자를 완전히 분쇄하고 제품 입자 크기를 3~5μm로 줄일 수 있습니다. 레이저 입자 크기 분석기로 감지하면 입자 크기 분포 범위(D90-D10)가 2μm 이하로 기존 장비의 8-15μm보다 훨씬 낮은 것으로 나타났습니다. 10명으로 구성된 전문 리뷰팀의 관능평가 결과, 제품의 부드러움, 입자감, 번짐감이 크게 개선되었으며, 관능점수는 75점에서 92점으로 향상되었습니다. '거친 질감'에 대한 소비자 부정적 평가가 90% 감소했으며, 제품의 시장 평판도 크게 높아졌다.
3.2 제품 안정성 향상 및 유통기한 연장
고속 교반 유화제의 진공 탈기 기능은 유화 과정에서 물질의 기포를 효과적으로 제거하여 활성 성분의 산화를 방지하고 유화 시스템의 안정성을 보장합니다. 상온 3개월 보관시험, 저온(-5℃) 6개월 보관시험, 고온(45℃) 3개월 보관시험을 거쳐 유분분리, 수분석출, 동결경화 등의 현상이 전혀 발생하지 않았으며 안정성 적격률 100%에 도달하였습니다. 제품 유효 기간이 1.5~2년에서 3년으로 연장되었으며 이는 국제 고급 개인 위생 용품 수준에 부합합니다.
3.3 생산주기 단축 및 원자재 손실 감소
장비의 높은 전단 효율로 인해 유화 시간이 크게 단축되었습니다. 200L 원료 단일 배치의 유화 시간이 60분에서 25분으로 단축되었으며, 생산 효율이 58% 증가했습니다. 동시에 균일한 유화 효과로 제품 적격률이 92%에서 99.5%로 향상되었으며, 배치당 원재료 손실이 5~8kg에서 1kg 미만으로 줄어들어 연간 원재료 비용이 약 15% 절감되었습니다. 또한 이 장비는 매개변수 저장 및 정밀한 복제를 지원하여 실험실 소규모 테스트 매개변수와 산업 대량 생산 매개변수 간의 원활한 연결을 실현합니다. 제품 R&D 주기를 2~3개월에서 1개월로 단축해 신제품 출시 속도도 가속화됐다.
3.4 에너지 소비 감소 및 운영 효율성 향상
고속 교반 유화기의 주파수 변환 속도 조절 기능은 원료의 특성과 공정 요구 사항에 따라 회전 속도를 조정할 수 있어 장기간 고속 작동으로 인한 에너지 낭비를 피할 수 있습니다. 제품 1톤당 에너지 소비량은 120kWh에서 85kWh로 29% 감소했습니다. CIP 온라인 세척 시스템은 배치당 세척 시간을 40분에서 15분으로 단축하여 수작업 강도를 줄이고 장비의 지속적인 생산 능력을 향상시켰습니다. 일일 생산 능력은 8개 배치에서 12개 배치로 증가했으며, 생산 현장을 확장하지 않고도 연간 생산 능력이 50% 증가했습니다.
4. 프로세스 최적화 경험
고속 교반 유화제를 사용하는 과정에서 제조업체는 제품 특성과 함께 일련의 목표 공정 최적화 경험을 요약하여 후속 생산 및 업계 동료에게 참고 자료를 제공했습니다.
- 원료 전처리 : 유상 원료를 50~60℃로 예열하여 용융 및 점도를 감소시킨 후 100메쉬 필터로 여과하여 불순물을 제거하는 공정입니다. 수상 원료를 40~50℃로 예열하여 계면활성제의 용해를 촉진시켜 유화 저항성을 감소시킵니다.
- 공급 순서: "수중유" 공급 방법을 채택하고 예열된 유상을 5-10mL/분의 속도로 수상에 추가하고 동시에 저속 교반(3,000rpm)을 시작하여 유상의 국부적인 응집을 방지합니다.
- 전단 속도 구배: "저속(3,000rpm) - 중속(5,000rpm) - 고속(8,000rpm)"의 단계별 속도 증가 모드를 채택하고 각 단계를 2~3분 동안 유지하여 순간적인 고전단으로 인한 재료 튀는 것을 방지하고 균일한 유화를 보장합니다.
- 온도조절 : 유화시 온도는 50~65℃로 조절됩니다. 유화 후, 저속교반을 통해 분당 2~3℃의 속도로 온도를 40℃ 이하로 낮추고, 고온에 의한 유효성분의 파괴를 방지하기 위해 에센스, 방부제 등의 첨가물을 첨가합니다.
5. 결론
고속 교반 유화제의 도입으로 제조업체가 유화 링크에서 직면한 공정 병목 현상을 근본적으로 해결하여 제품 품질, 생산 효율성 및 비용 관리의 포괄적인 개선을 실현했습니다. 제품 품질 측면에서 볼 때 질감의 섬세함과 안정성이 국제 고급 수준에 도달하여 시장 경쟁력을 향상시켰습니다. 생산 효율성의 관점에서 볼 때 생산 주기가 단축되고 생산 능력이 증가하며 에너지 소비와 원자재 손실이 감소되어 상당한 경제적 이익을 창출합니다. R&D와 혁신 측면에서 소규모 테스트와 대량 생산의 원활한 연결을 통해 신제품 출시가 가속화되어 기업의 장기적인 발전을 위한 견고한 기반이 마련되었습니다.
이 사례는 효율적인 전단 성능, 정밀한 매개변수 제어 및 유연한 공정 적응을 갖춘 고속 교반 유화제가 퍼스널 케어 및 화장품 산업에서 유화 공정 업그레이드를 촉진하는 핵심 장비가 되었음을 충분히 보여줍니다. 유사한 공정 과제에 직면한 제조업체의 경우 고속 교반 유화제의 합리적인 선택과 매칭 공정 최적화를 통해 "적격 제품"에서 "고품질 제품"으로의 전환을 효과적으로 실현하고 업계가 보다 효율적이고 고품질이며 지속 가능한 개발 경로로 나아갈 수 있도록 돕습니다.
귀하의 메시지는 20-3,000 자 사이 여야합니다!