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한국에이엔디㈜ 계측기사업부 1/13
수분측정기 비교 시험
한국에이엔디㈜ 계측기사업부
부장/공학박사 윤 성 렬
1. 배 경 휴대폰 부품을 생산하는 플라스틱 사출업체에서는 불량률을 줄이기 위한 방법으로 엄격한
품질관리를 시행하고 있으며, 가장 선행적인 방법 중의 한 가지가 플라스틱 사출원료의 수분함량
측정이다. 플라스틱 사출업체에서 사용하고 있는 수분함량의 기준은, 휴대폰케이스의 원료인 폴
리카보네이트(Polycarbonate, PC)의 경우, 0.02% 이하로 관리하여야 한다. 따라서 엄격한 수분관리
를 확인하기 위하여 수분측정기(Moisture analyzer)를 사용하고 있다.
하지만, 플라스틱 사출업체는 수분함량관리의 엄격한 기준과 다양한 종류의 수분측정기로 인
하여 수분측정기 선택에 많은 혼란을 겪고 있으며, 각각의 제조사에 따라 측정방법을 달리할 경
우 서로 다른 측정값을 나타내는 경우가 있기 때문에 장비 운영방법을 충분히 이해하지 않은 상
태에서는 장비의 신뢰성에 의구심을 가지는 경우도 종종 발생한다.
따라서, 이러한 의구심을 해소하고 정확한 장비사용을 유도하기 위해 다음과 같은 비교데이
터를 정리하여 설명하기로 한다.
2. 실 험 [사용장비]
- MX-50 (AND, Japan), 최소수분함량 표시 : 0.01%
- HR-83 (METTLER-TOLEDO, Switzerland), 최소수분함량 표시 : 0.01%
- MA-100 (SARTORIUS, Germany), 최소수분함량 표시 : 0.001%
[측정샘플]
- 주석산나트륨(Sodium tartrate dehydrate, C4H4Na2O6ㆍ2H2O)
- 폴리카보네이트(Polycarbonate, 삼성화학)
[측정방법]
- 측정온도 : 110℃ 또는 120℃
- 샘플무게 : 10 g
- 가열방법 : 표준가열모드
- 측정방법 : 수동 또는 자동모드
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3. 측정결과 3-1. MX-50(AND, Japan)과 HR-83(METTLER-TOLEDO, Switzerland)의 비교
표1. MX-50과 HR-83 비교데이타
측정모드 수동모드 자동모드
측정샘플 주석산나트륨 폴리카보네이트 폴리카보네이드
MX-50(AND) 15.71% 15.72% 15.72% 0.14% 0.14% 0.08% 0.09%
HR-83(Mettler Toledo) 15.69% 15.72% 15.70% 0.14% 0.13% 0.06% 0.07%
※ 측정온도 : 110℃, 샘플무게 : 10g
표1의 결과로 볼 때, 아주 민감한 차이이지만 MX-50(AND, Japan)이 HR-83(Mettler-Toledo,
Switzerland) 보다 재현성이 더 좋은 것으로 나타났다.
주석산나트륨의 경우, 이론 수분함량이 15.66% (순도 100%일 때) 이며, 실제 측정을 통하여
얻을 수 있는 값은 15.5x~15.7x 정도의 분포를 가지고 결과 값이 나올 수 있다. 이는 주석산나트
륨이 공기중의 수분을 약 0.09%정도 흡수할 수 있기 때문이다. 따라서 표1에 나타낸 주석산나트
륨의 결과 값(수동모드)은 MX-50(AND, Japan)과 HR-83(Mettler-Toledo, Switzerland) 두 장비 모두
성능에는 문제가 없음을 나타내는 것이다.
표3. 폴리카보네이트의 수분흡수률
수분흡수율(%) 조 건
25시간 50시간 150시간 팽창률(cm/cm)
상대습도 59%, 온도23℃ 0.05 0.10 0.15 0.0004
물속에 담갔을 때, 온도23℃ 0.20 0.27 0.35 0.0008
끊는 물에 담갔을 때 0.58 0.58 0.58 0.0013
※ 인용문헌 : Plastics Material 5th Ed., J.A. Brydson, Polytechnic of North London
표3은 폴리카보네이트의 수분흡수율을 나타낸 것이며, 표3에 의하면 일반적으로 폴리카보네
이트는 공기 중에 노출될 경우 공기 중의 수분을 0.05~0.15% 정도 흡수함을 알 수 있다. 일반적
으로 폴리카보네이트의 수분흡수는 건조가 잘 될 경우 0.02% 이하일 수 있지만, 건조장치에서
외부로 노출될 경우, 예를 들면 종이컵 또는 비닐봉지 등과 같은 매체에 집어넣어 실험실 등으로
옮겨지는 경우 0.05%±0.01로 변화한다. 이는 진공포장을 하더라도 진공포장용 질소 또는 기타
매체에 존재하는 수분을 순간 흡수하기 때문에 절대로 0.02%의 수분함량은 기대할 수 없다. 이
와 더불어 20~30분 정도 방치할 경우는 0.08%±0.01정도의 수분을 흡수하며, 장시간 방치할 경우
는 표3에 나타난 값과 같이 0.12~0.15%의 수분을 흡수하게 되는 것이 폴리카보네이트의 특성이
다. 따라서 표1에 나타난 폴리카보네이트의 결과 값은 신뢰할 수 있는 결과라 판단한다. 표1의
수동모드에서 측정한 결과 값으로 비교할 때, MX-50(AND, Japan)과 HR-83(Mettler-Toledo,
Switzerland)은 성능의 차이가 없기 때문에 어떠한 장비를 선택하여 사용하더라도 문제가 없지만,
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플라스틱 사출업체와 같이 0.01%의 민감한 부분을 다루는 산업에서는 소프트웨어를 통하여 실시
간으로 측정결과를 확인한 후, 관리조건을 확립하는 것이 필요하고, 그래프를 통하여 판단할 때
보다 더 신뢰성 있는 품질관리를 할 수 있을 것이라 생각한다.
그림1. 폴리카보네이트의 수분함량 [MX-50용 소프트웨어(WinCT-Viscosity)]
그림1은 건조하지 않은 폴리카보네이트를 110℃에서 측정한 결과이다. 측정시간은 7분 정도
소요됐음을 알 수 있다. 소프트웨어의 사용은 그래프를 통하여 민감한 변화를 파악할 수 있으며,
특히, WinCT-Moisture의 경우는 측정결과에 대한 통계 및 측정방법에 대한 모든 정보가 자동 입
력되므로 품질관리에 아주 유용한 방법이라 생각한다.
HR-83(Mettler-Toledo, Switzerland)의 경우는 MX-50(AND, Japan)의 WinCT-Moisture와 같은 전용
소프트웨어가 없기 때문에, 선택사양으로 설치되는 내장 도트프린터를 통하여 30초 또는 1분 간
격으로 측정결과를 출력해야 하고, 경우에 따라서는 별도의 그래프 소프트웨어를 이용하여 측정
결과를 다시 그래프로 나타내어야 하는 번거로움을 가지고 있다. 따라서 정확한 측정조건을 알
수 없는 원료의 경우에는 많은 시행오차를 통해 측정 또는 관리조건을 확립해야 하는 불편함이
있을 수 있다. 그림2는 내장프린터를 이용하여 출력한 값이고, 그림3은 별도의 그래프 소프트웨
어로 그래프를 그린 것이다.
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그림2. HR-83의 내장프린터를 이용한 출력 값
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Moi
sture
Con
tent
(%)
Total Time(min.)
Sodium tartrate dihydrate Test 01 Test 02 Test 03
그림3. HR-83의 내장프린터를 이용한 출력 값을 별도의 소프트웨어로 그린 그래프
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MX-50(AND, Japan)은 소프트웨어를 통하여 데이터를 정리할 수 있을 뿐 아니라 장비 자체에
서도 수분증발율을 표시하고 있어 측정에 편리함이 있다. HR-83(Mettler-Toledo, Switzerland)의 경우
는 표시창에 수분증발율이 표시되지 않기 때문에 내장 도트프린터를 사용하여 데이터를 확인할
경우, 결과 값의 변화가 없는 시간을 예측 또는 장시간 확인함으로 실험이 끝나는 시간을 확인해
야 하기 때문에 그림3의 그래프를 통하여 확인할 경우 10분이면 측정이 끝났음을 알 수 있지만,
프린터 출력물을 통하여 확인할 경우는 불필요한 시간을 낭비할 수도 있고, 측정물질에 따라 특
성이 다르기 때문에 무의식 중에 오류를 범할 수 있는 가능성을 내포하고 있다.
그러나 MX-50(AND, Japan)은 소프트웨어를 사용하지 않는 경우라도 그림4와 같이 표시부에
분당 수분증발율(%/min)을 표시하고 있어 신뢰성 있게 샘플을 측정을 할 수 있다.
그림4. MX-50의 표시부
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3-2. MX-50과 HR-83의 측정 결과 값이 다른 이유
표1의 폴리카보네이트를 측정한 결
과 값 중 자동모드에서 측정한 결과값이
MX-50(AND, Japan)과 HR-83(Mettler-
Toledo, Switzerland)이 다르게 나오는 이
유는 MX-50(AND, Japan)의 경우는 10g
기준으로 수분함량을 측정할 경우, 수분
증발율이 0.02%/min 이하로 변화할 때
자동으로 정지하는 개념으로 장비가 설
계되었고, HR-83(Mettler-Toledo, Switzerland)은 우측 그림과 같이 3번 모드(공장 설정 값)로 사용할
경우 1mg의 무게가 50초 동안 변화 없을 때 자동으로 정지하는 구조로 장비가 설계되었기 때문
이다. 따라서 각 제조사 마다 고유의 자동모드로 장비가 작동되기 때문에 자동모드로 측정된 데
이터 비교에 의해 장비의 신뢰성을 판단 한다는 것은 다소 무리가 있는 것이다.
HR-83(Mettler-Toledo, Switzerland)의 자동정지 조건에 관한 구체적인 사항은 그림5에 나타내었
다.
그림5. HR-83 자동모드의 자동정지 조건
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3-3. MX-50(AND, Japan)과 MA-100(SARTORIUS, Germany)의 비교
표2. MX-50과 MA-100 비교데이타
구 분 제습장치에서 건조 후
제습기 22호기 8호기
건조 후
방치 비 고
MX-50(AND) 0.040% 0.030% - 0.010% 0.020% 0.080% 수동모드
MA-100(Sartorius) 0.018% 0.009% 0.005% 0.009% 0.004% 0.063% 자동모드
※ 측정온도 : 120℃, 샘플무게 : 10g, 측정샘플 : 폴리카보네이트
표2는 부천에 소재한 H사의 현장에서 집적 측정한 결과이다. 측정결과 만으로 판단한다면
MX-50(AND, Japan)은 건조가 잘 된 경우와 건조가 부족한 경우, 그리고 건조 전(제습기에서 꺼내
40분 정도 방치한 경우)의 결과를 확연히 구분할 수 있지만, MA-100(Sartorius, Germany)의 경우는
최소 수분함량 표시가 0.001% 임에도 불구하고 건조의 정도를 구분하기 어렵다. 이와 같은 현상
은 장비의 신뢰성에 문제가 있는 것이 아니라 0.01%의 수분함량을 판단해야 하는 경우임에도 불
구하고 자동모드로 측정하였기 때문에 변별력 없는 결과 값이 나온 것이다. 이와 같은 결과는
MX-50(AND, Japan)과 HR-83(Mettler-Toledo, Switzerland)에서 설명한 것과 같이 건조전 0.14% 이었
던 샘플이 자동모드에 0.06~0.07% 의 측정값이 나오는 것과 같은 맥락에서 설명할 수 있는 것이
다. 따라서 계측장비는 운영방법을 충분히 이해한 후 정확히 측정할 경우는 품질관리 등 많은 것
에 도움이 될 수 있지만, 잘 못 사용하는 경우는 오히려 혼란만 가중시켜 오류가 발생할 수 있다
는 것을 확인할 수 있다.
4. 맺음말 모든 계측 또는 측정장비의 성능은 특별한 경우를 빼고는 대부분 대동소이하다고 생각한다.
이와 같이 비교시험을 한 이유는 제조사에 대한 선입견을 버리고 소비자의 폭넓은 선택을 유도
하고자 함이며, 장비의 정확한 사용방법이 얼마나 중요한가를 알려주고자 비교한 것이다.
감사합니다.
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# 참고자료01 [MX-50 과 MA-100 비교데이타]
[H사 현장에서 폴리카보네이트의 수분함량 측정]
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# 참고자료 02 [MX-50 외장프린터 출력데이타]
[주석산나트륨의 수분함량 측정, 수동모드]
[건조전 폴리카보네이트의 수분함량 측정, 수동모드]
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# 참고자료 03 [MX-50 외장프린터 출력데이타]
[건조전 폴리카보네이트의 수분함량 측정, 자동모드]
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# 참고자료 04 [HR-83 출력데이타]
[주석산나트륨의 수분함량 측정, 수동모드]
[건조전 폴리카보네이트의 수분함량 측정, 자동모드]
한국에이엔디㈜ 계측기사업부 12/13
# 참고자료 05 [HR-83 출력데이타]
[건조전 폴리카보네이트의 수분함량 측정, 수동모드]
한국에이엔디㈜ 계측기사업부 13/13
# 참고자료 06 [MX-50 전용소프트웨어 (WinCT-Moisture)]
