KR101022896B1 - 나일론 간이 식별장치 - Google Patents

Abstract

나일론은 산업적으로 많이 사용되는 엔지니어링플라스틱 중의 하나로서 재생나일론산업 또한 발전하고 있다. 나일론은 이성질체 종류에 따라 가공조건이 다른데 특히 산업적으로 사용량이 많은 나이론 6과 나일론 66은 나일론 재생공장에서 재생가공기에 투입 전 정확하게 식별하여 사용하여야 재생가공기의 고장 등을 미연에 방지할 수 있으므로 나일론 재생공장에서의 나일론 식별시험 공정은 매우 중요하다.
본 발명은 나일론6과 나일론 66 사이의 융점차이를 이용하여 빠르고 간편하게 식별하는 방법 및 장치로서 함체안에 항온챔버를 구비하고, 그 내부에 시료기판 받침대와 온도감지기등을 설치하여 항온챔버 내부의 온도를 나일론 6의 융점인 225도와 나일론 66의 융점인 265도의 중간부 온도인 240도에서 250도 사이를 유지하여 시료인 나일론 편이나 필라멘트를 시료기판상에 안치하고 관측함으로써 나일론을 식별하는 방법 및 장치를 제공한다.

Description

나일론 간이 식별장치{Apparatus for nylon identification}

나일론 이성질체 중 육안으로 식별이 어렵고, 산업적으로 폐로프나 폐어망 등 재생용 원료로 수집이 용이한 나일론6 과 나일론66을 재생가공기에 투입하기 전 현장에서 손쉽게 식별할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

나일론은 대표적인 엔지니어링 플라스틱 중의 하나이며 폴리아미드(polyamide: PA)의 상표명으로서 강한 강도와 저렴한 가격으로 현재도 많이 사용되고 있다.

주요 용도로는 톱니바퀴, 유압호스, 전기제품하우징, 헬멧, 타이어코드, 어망, 로프, 재봉사, 내장재 및 시멘트 보강재 등으로 사용되는데, 폐나일론을 재생하는 방법은, 나일론은 열가소성 수지이므로 용융시킨 후 압출 및 절단하여 칩(chip)의 형태인 반제품으로 가공한다.

나일론의 이성질체로는 나일론6, 나일론66, 나일론612, 나일론610, 나일론11등 많으나 가장 많이 사용하고 수거가 용이한 재생 나일론의 대상품은 나일론6과 나일론66으로서, 이들 두 이성질체의 융점이 1기압하에 각각 225도, 265도 정도이며 이들 두 가지 물질이 섞인 상태이거나 잘못 판정한 원재료가 재생가공기에 투입되면 압출시 융점 차이에 따른 재생가공기 압출구의 구멍 막힘 등으로 조업 중단 등의 문제가 발생하므로, 공장에 폐나일론 원자재가 반입되었을 때 빠르고 정확하게 구분할 필요성이 있으므로, 나일론 재생 공장에서는 나일론 식별시험이 생산성에 직접적인 영향을 미치는 매우 중요한 공정인 것이다.

일반적인 폴리머 종류를 식별하기 위한 실험실적인 방법으로는 시차주사열량법(Differential scanning calorimetry: DSC)을 사용하는데, 이는 시료와 표준물질에 동시에 같은 양의 열량을 공급하고 온도를 측정 비교함으로써 측정대상물질의 유리전이온도, 결정화온도 및 융점 등을 정확하게 측정할 수 있으며, 측정법이 국제표준규격으로 정해져 있는 등 학술용 및 정밀 산업용으로 표준적이고 정밀한 방법으로서 인식되고 있으나, 계측기 가격이 비싸고 계측기 취급을 위한 별도의 인력을 필요로 하는 등 정밀성을 요하지 않는 일반적인 산업 현장에서는 사용하기가 적절하지 못한 방법이다.

통상적으로 폴리머 종류 식별을 위한 간이테스트 방법으로는 불꽃연소테스트, 각종 용제에의 용해도 관찰 및 플로우팅-싱크 시험법, 비중 비교시험법 외에 융점측정 등이 있는데 상기의 방법을 적용하기 위한 나일론 6과 나일론 66의 특성은 다음과 같다;

다른 폴리머와 식별되는 나일론의 공통적 특성으로는, 나일론은 아세톤에 용해가 안되며 물에 가라앉고 농축염산(37~38%)에 뜨며, 침적 후 약 1시간 후부터는 용해되기 시작한다.

이성질체인 나일론 6와 나일론 66을 구분하기 위한 방법으로는 희석염산 속에 침적시키는 것인데, 침적 후 약 한 시간 후 이 희석염산 속에서 나이론 6은 용해가 되고 나일론 66은 용해가 안되므로 식별할 수 있는 것이다.

나일론6과 나일론66의 비중은 1.14로 서로 같고, 융점은 상기하였듯이 나일론 66이 나일론 6에 비하여 약 40도가 높다.

불꽃연소테스트는 이성질체인 나일론 6과 나일론 66 사이에 뚜렸하게 구별되는 차이가 없다.

정리하면 나일론 6과 나일론 66을 식별하기 위한 간이시험법은 희석염산에 1시간 침적 후 용해 여부를 확인하는 판정방법과 융점차이를 이용하여 분별하는 방법 등 두 가지를 고려할 수 있는데, 본원발명은 두 물질의 융점차이를 이용하여 식별하는 방법 및 장치이다.

폐나일론 재생공장 현장에서 주요 재생용 원재료의 구성성분인 나일론 6과 나일론 66을 신속하게 식별할 수 있고, 저렴하게 제작할 수 있는 나일론 간이 식별방법과 장치의 발명.

미지의 나일론시료(7)를 가온하여 융점차이에 따른 상태변화를 육안으로 관측하여 나일론 6이나 나일론 66으로 구별할 수 있는 식별장치에 있어서,

개폐부가 상부에 있는 항온챔버(2a)의 외부와 함체(6)의 내부에 위치한 전기발열체(5)와 온도조절기(11) 및 전원장치로 항온챔버(2a)를 나일론 6의 융점인 225도와 나일론 66의 융점인 265도 사이 소정의 중간부의 온도로 가온하고,

항온챔버(2a) 내부에는 나일론시료(7)를 안치할 수 있는 시료기판(3a)과 시료기판(3a)을 하단에서 지지하여 시료기판(3a)의 온도구배를 일정하게 하기 위한 시료기판받침대(4)를 설치하며,

시료기판(3a)의 일측면에는 온도감지기홀더(3b)를 구비하여 온도감지기(8)의

장착 및 탈거가 가능하고,

함체(6)의 상단에 있는 항온챔버개구부(2b)에 개폐가 가능하며 닫은 후에도 내부 관측이 가능하도록 투명한 내열성투명유리덮개(1)를 설치하며,

내열성투명유리덮개(1)의 일측면에는 온도감지기(8)를 함체(6) 외부로부터 항온챔버(2a) 내부의 온도감지기홀더(3b)에 장착할 수 있도록 온도감지기삽입구(10)를 구비하여 나일론간이식별장치를 구현할 수 있다.

나일론 재생 현장에 원재료로 반입되는 폐나일론의 종류를 신속하게 식별함으로써, 나일론 재생 가공기에 잘못된 원재료투입으로 발생하는 설비고장과 이에 따른 설비가동률 저하를 방지하고, 재생가공된 재생나일론 칩(chip) 구매자에게는 판매 제품에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다.

도면 1은 나일론간이식별기의 단면도이다.
도면 2는 나일론간이식별기를 구현하기 위한 모식도이다.
도면 3은 다중배열 나일론간이식별기 모식도이다.
도면 4a 온도감지기삽입구(10)의 모식도이다.
도면 4b는 개방형 온도감지기삽입구의 모식도이다.

나일론6과 나일론 66의 융점차이를 이용한 나일론 식별장치를 구현하기 위하여 나일론 융점부 주변의 온도를 유지할 수 있는 공간인 항온챔버(2a)을 구비하고, 시료를 안치할 수 있는 시료기판(3a)과 이 시료기판(3a)의 온도를 측정할 수 있도록 일측면에 온도감지기홀더(3b)와 온도감지기(8)를 설치하며, 시료기판(3a)의 하단부와 항온챔버(2a)의 내부벽면 및 하부벽체와의 접촉에 의한 전도성 열전달에 의한 온도강하가 시료기판 중심부의 시료안치부 영역에 온도구배 불균일성을 유발하지 않도록 시료기판받침대(4)를 구비한다.

항온챔버(2a)를 구성하는 벽체는 금속이나 세라믹 등의 재료를 사용하여 구성하고 벽체 외부에는 전기발열체(5)를 설치하여 항온챔버(2a)에 열에너지를 공급하며 온도감지기(8)와 온도조절기(11)로 소정의 온도가 유지될 수 있도록 구성한다.

또한 항온챔버(2a) 내부에 있는 시료기판(3a)의 온도감지기홀더(3b)에 온도감지기(8)를 삽입할 수 있도록 온도감지기삽입구(10)가 있는 내열성 투명유리덮개(1)로 항온챔버개구부(2b)를 밀폐하여 열손실을 방지하고, 대류에 의해 발생할 수 있는 시료기판(3a) 상부면의 온도구배를 최소화한다.

나일론 종류를 식별하는 과정은 도 5에서와 같이, 미지의 나일론시료(7)를 준비하여 시료기판(3a) 상부면 중심부에 안치하고, 항온챔버(2a) 내의 온도를 나일론 6의 융점인 225도와 나일론 66의 융점인 265도 사이의 임의의 온도를 설정하고 유지하면 식별이 가능한데, 미지의 시료가 나일론 6이면 융점보다 높은 온도의 상태에 놓이므로 용융하게 되고, 미지의 시료가 나일론 66이면 융점보다 낮은 온도로 시료의 상태가 변화하지 않으므로 관측자(13)가 나일론시료(7)의 종류를 식별할 수 있는 것이다.

항온챔버(2a)는 관측자(13)가 편한 자세로 나일론시료(7)의 상태를 관측할 수 있도록 윗면을 항온챔버개구부(2b)로 하여 윗쪽 방향에서 나일론시료(7) 투입 및 제거를 하고, 덮개로는 내열성 투명 유리덮개(6)를 사용하여 관측자(13)가 나일론시료(7)의 상태 변화를 용이하게 관측할 수 있다.

내열성 투명 유리덮개(1)의 재질로서는, 항온챔버(2a) 가동중 내부와 외부의 온도 차이가 200도 이상이므로 유리면 양측표면부의 열팽창 차이에 따른 유리 내부의 응력발생으로 유리덮개가 열파손될 수 있으므로 열팽창 계수가 낮은 파이렉스와 높은 내열충격성을 가진 알루미나유리등의 붕규산유리나 석영유리를 사용한다.

내열성투명유리덮개(1)의 일측면에는 온도감지기(8)를 삽입할 수 있는 온도감지기삽입구(10)를 구비하여, 온도감지기(8)를 내열성투명유리덮개(1)가 덮인 상태에서 온도감지기삽입구(10)을 통하여 시료기판(3a)의 온도감지기 홀더(3b)에 장착할 수 있는데, 온도감지기삽입구(10)는 내열성투명유리덮개(1) 일측면에 단순한 홀을 하나 가공한 형태로 할 수도 있으나, 도 4의 b와 같이 홀의 크기를 외부까지 연결하여 가공한 개방형온도감지기삽입구(15) 형태로 하여, 나일론시료(7) 교체시 온도감지기홀더(3b)에 온도감지기(8)를 착탈하지않고 대신 내열성 투명유리덮개(1)를 착탈하여 교체할 수 있으므로 보다 쉽고 빠르게 시험작업을 할 수 있다.

시료기판(3a)은 항온챔버(2a) 내에서 나일론시료(7)를 안치하는 역할을 하는데, 정확한 온도측정 및 항온챔버(2a) 내의 온도조절을 위하여 시료기판(3a)의 일측면에 온도를 측정할 수 있는 열전대(thermocouple)등의 온도감지기(8)를 삽입할 수 있는 온도감지기홀더(3b)를 구비한다. 시료기판은 300도 이하의 온도에서 열화되지 않으면 되므로 재질로서 철이나 스텐레스, 동 및 알미늄 등의 금속이나 내열성이 좋은 세라믹재질을 사용할 수 있는데 열전달 특성이 우수한 재료일수록 나일론시료(7)에 효과적으로 열공급을 할 수 있으므로 금속재료가 바람직하다 .

시료기판(3a) 하부에 설치되는 시료기판 받침대(4)는, 시료기판(3a)이 항온챔버(2a) 바닥에 직접 놓여있을 때 바닥면과의 접촉에 따른 전도성 열전달에 의해 시료기판(3a) 표면의 온도차이가 불균일하게 발생할 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 설치한다. 시료기판 받침대(4)의 재질도 시료기판(3a)과 마찬가지로 금속이나 세라믹 등을 사용할 수 있으며, 시료기판 받침대(4)를 별도로 제작하지 않고 항온챔버(2a) 내부의 하단부형태를 시료기판 받침대(4) 구조로 제작할 수도 있고, 시료기판(3a)의 하단부에 시료기판 받침대 구조의 발을 설치한 일체형시료기판 형태도 가능하다.

함체(6)는 항온챔버(2a)와 항온챔버내부로 열에너지 공급을 위한 전기발열체(5)를 구비하고, 함체(6) 외부로 열에너지가 방출되는 것을 차단하기 위한 내열성단열재(9)로 함체(6)의 내부를 충진한다.

편상이나 필라멘트(filament)상의 미지의 나일론시료(7)를 내열성투명유리덮개(1)를 열어서 시료기판(3a)의 중앙부에 안치하고, 온도조절기(11)의 온도를 나일론 6과 나일론 66의 온도 사이인 225도와 265도의 중간영역부 온도인 240~250도로 조정한 후 소정의 시간 동안 관측하여 안치한 나일론시료(7)의 용융여부 상태에 따라 나일론시료(7)의 종류를 식별한다.

대량 작업이 이루어지는 생산 현장에서는 원재료로서 반입되는 폐나일론 제품의 종류가 많으므로 나일론시료(7)의 식별시험 횟수가 많으므로, 도 3에서 보듯이 하나의 함체(6) 안에 항온챔버(2a)를 2개나 그 이상 다수 개를 설치하고, 온도조절은 각각의 항온챔버(2a) 별로 개별적인 조정이 가능하도록 한 온도 조절기와 전원장치를 구비하여, 동시에 여러개의 독립적인 시료시험을 병행함으로써 폐나일론 식별작업의 효율을 높일 수가 있다.

1: 내열성 투명유리덮개 2a: 항온챔버
2b: 항온챔버개구부 3a: 시료기판 3b: 온도감지기홀더 4: 시료기판 받침대 5: 전기발열체 6: 함체 7:나일론시료 8: 온도감지기 9:내열성단열재 10: 온도감지기삽입구 11: 온도조절기 12: 전원장치 13: 관측자 14: 다중배열나일론식별장치 15: 개방형온도감지기삽입구

Claims (3)

1. 미지의 나일론시료(7)를 가온하여 융점차이에 따른 상태변화를 육안으로 관측하여 나일론 6이나 나일론 66으로 구별할 수 있는 식별장치에 있어서,
   개폐부가 상부에 있는 항온챔버(2a)의 외부와 함체(6)의 내부에 위치한 전기발열체(5)와 온도조절기(11) 및 전원장치로 항온챔버(2a)를 나일론 6의 융점인 225도와 나일론 66의 융점인 265도 사이 소정의 중간부 온도로 가온하고,
   항온챔버(2a) 내부에는 나일론시료(7)를 안치할 수 있는 시료기판(3a)과 시료기판(3a)을 하단에서 지지하여 시료기판(3a)의 온도구배를 일정하게 하기 위한 시료기판받침대(4)를 설치하며,
   시료기판(3a)의 일측면에는 온도감지기홀더(3b)를 구비하여 온도감지기(8)의
   장착 및 탈거가 가능하고,
   함체(6)의 상단에 있는 항온챔버개구부(2b)에 개폐가 가능하며 닫은 후에도 항온챔버(2a)의 내부 관측이 가능하도록 투명한 내열성투명유리덮개(1)를 장착하며,
   내열성투명유리덮개(1)의 일측면에는 온도감지기(8)를 함체(6) 외부로부터 항온챔버(2a) 내부의 온도감지기홀더(3b)에 장착할 수 있도록 온도감지기삽입구(10)를 구비하는 것을 특징으로 하는 나일론 간이 식별장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   항온챔버(2a)내에서 시료기판(3a)의 온도구배를 일정하게 하는 시료기판 받침대(4)의 역할과 시료기판(3a)의 역할을 병합하여, 시료기판(3a)의 하부에 세개 혹은 그 이상의 지지대를 설치한 시료기판(3a)을 구비하는 것을 특징으로 하는 나일론 간이 식별장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   온도감지기삽입구(10)를 구비한 내열성투명유리덮개(1)의 구조에 있어서, 온도감지기삽입구(10)의 개구부가 투명유리덮개(1)의 바깥면까지 열려있는 구조의 개방형온도감지기삽입구(15)를 갖는 내열성투명유리덮개(1)를 구비하는 것을 특징으로 하는 나일론 간이 식별장치.

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