2021.02.02

고흡수성수지（SuperabsorbentPolymer：이하SAP）1）은 물을 도로 흡수・보호・유지하는 폴리머이다.

산요화성이 1987년에 세계 최초로 상업생산을 개시했다.
그 이후, SAP은 종이기저귀 등의 위생 재료로 불가결한 소재로서 고성장을 지속해,

2018년 세계 수요는300만톤을 넘어, 이후로도 5~7%의 성장이 예상 된다. 아이용 종이 기저귀나 생리 용품의 보급은 더욱 쾌적한 샐활을 실현시키고,

나아가 여성의 사회 진출을 이끌었다.

또한, 성인용 종이 기저귀를 통해, 고령자의 사회 활약지원, 노쇠한 고령자 돌봄부담 경감이 기대 되는 등

SAP은 사람들의 QOL향상에 공헌하는 아주 중요한 소재 중 하나라고 말할 수 있다.

한편으로, 종이 기저귀의 사용량이 증가함에 따라, 사용된 기저귀
쓰레기도 증가하는 경향이 있다. 사용된 종이 기저귀의 보관장소 확보나 냄새 대책, 수집 장소까지의 운반작업이 사용자나 간호인의 큰 부담이 되고 있다.

이러한 부담을 경감시키고, 일반 쓰레기로 처리하는 새로운 시스템으로서,

국가나 민간기업에서 하수도도에서의 종이 기저귀 수거나 재활용에 대한 검토를 진행하고있다.
그렇기 때문에 팽창한SAP에서 탈수를 하는 것이 필요하게 되었다.

SAP은 흡수를 통해 팽창된 gel상태로 변화하나, 흡수한 만큼 중량과 체적이 커진다.

사용된 종이 기저귀를 폐기, 회수하는 경우, 그 안에 포함된 SAP의 gel을 탈수처리 하는 것으로 중량을 줄여 경량화하는 작업이 필요하다.

탈수, 경량화하는 것으로 쓰레기 운송이나 소각시의 에너지 저감 효과가 기대된다.
본고에서는, 종기 기저귀의 회수・재활용 시스템의 구축에 대해, 흡수 팽창된 SAP을 염화칼슘 등으로 처리했을때,

신속하게 탈수되어 우수한 탈수성을 발휘하는 『サンウェット DH』에 대해 소개한다.

종이 기저귀의 일반적인 구성은, 소변의 확산과 흡수를 담당하는SAP/펄프층을 중심으로 한 다층구조이다. （그림1）
종이 기저귀 형태는 팬티 타입, 테이프 타입, 성인용으로 이너에 사용 되는 패드 타입으로 구별되며,

사용자의 연령, 성별, 제격, 생활환경 및 교환 빈도에 따라 다양한 종류의 제품이 시판되고 있다.

SAP에 요구되는 주요 기능은

①단위시간당 소변을 많이 흡수 할 것, ②소변의 확산을 촉진해 기저귀의 유효 이용 면적을 늘릴 것 이있으며

①은 흡수량과 흡수속도, ②는 하중 하에서 내Gel 블로킹성과 Gel간의 통액성잉 중요한 인자로 여겨진다.

①과②는 트레이드오브 관계이며, 각각의 종이 기저귀의 특성이나 타부재와의 상성을 고려한 성능 최적화가 요구된다.

SAP은 고분자 전해질의 미가교물로 그 성능이나 가격면에서 폴리아크릴산나트륨염 가교체가 주로 이용되고 있다.

SAP의 흡수력은 이온의 침투도, 고분자량전해질의 친수성, 가교밀도로 결정되며 이온의 침투력과 고분자 전해질의 친수성은 높을수록 가교밀도는 낮을수록 흡수력이 높아진다.

단, 가교밀도를 너무 낮게하면 압력을 가했을 경우 물과 분리되기 쉽기 때문에, 적절히 가교 된 3차원 그물 구조를 유지할 필요가 있다. （그림2）

현재 주류SAP의 제조법은 수용액중합법이다.

본 제조 프로세스에서는, 용매로서 물을 사용하고, 아크릴산 혹은 그 나트륨염 혼합물과 중합촉매, 가교제 등의 혼합 용액을

반응 용기에서 중합하는 단열식 중합법과 연속해서 움직이는 벨트위에 상기의 혼합용액을 중합 하는 벨트식 중합법 등이 있다.

어느 중합법 이라도 얻어진 중합물을 세단해 건조하여 수분을 제거한 뒤 분쇄, 입도 분포를 조정하고,

기능 첨가를 위해 표면 처리(2차가교, 조제첨가)를 하는 것으로 최종 제품을 얻는다.(그림3）  

아크릴산이나 아크릴산나트륨을 이용하는 중합은, 중합시에
중합액의 초기 pH에 따라 얻어지는 SAP의 분자량이 좌우된다.
낮은 pH에서 중합하는 편이 중합속도가 빨라, 고분자량의 SAP을 얻을 수 있다.

따라서, 중합시의 모노머의 종류가 분자량에 큰 영향을 끼친다.
『サンウェット』시리즈는 모노머로서 주로 아크릴산을 이용하고있다.

얻어진 중합물을 수산화 나트륨으로 부분중화하는 것으로 합성한다. 그 결과『サンウェット』시리즈의 분자량은 아크릴산 나트륨을 이용한

중합법으로 제조한 것과 대비해 높은 것이 특장이다.

고분자량 SAP은 흡수량, 보수량이 높고 팽윤Gel 탄성률도 높은 것아 특히 하중 하에서 흡수력이 뛰어나다.

SAP에 염화 칼슘 수용액 등으 작용 시키면, 나트륨염이 칼슘염으로 치환되어, Gel이 수축해 탈수 되는 것을 알았다.
국가나 민간기업에 의한 하수도의 종이 기저귀 고형물 분산이나 파쇄, 회수 2）재활용 3）에서는

그 원리를 이용해 팽윤한 SAP을 탈수하는 것이 검토 되고 있다.（그림4）

국토교통성이 진행하는 종이기저귀 수용은, 그 가이드라인에 의하면 기저귀 처리기 안에 산화 칼슘과 물을 첨가해 탈수를 진행하는 프로세스이다.

이러한 처리를 하는 것으로 기저귀 내의 소변이 줄어, 감용・감량이나 취기 저감으로 이어진다.

씻어 흘려보내는 오수 등은 하수도에 유입되기 때문에, 사용 된 종이 기저귀 1장 당 사용 할 수 있는 염화칼슘이나 물의 중량도 제한이 설정 되어있다.

본 프로세스의 보급이 진행되면, 단시간에 보다 많은 기사용 종이 기저귀를 처리한다는 수요가 발생할 것으로 상정된다.
한편, 재활용 프로세스에 있어서 팽윤된 SAP과 기저귀의 부재에 사용 되는 부직포, 티슈나 펄프 같은 부재와의 분리가 필요하다.

SAP Gel로부터 탈수가 진행됨에 따라서, Gel상에서부터 분말로의 변화가 발생하기에, 분리 시간의 단축이나 분리정도의 향상도 기대된다.

SAP은 고분자 전해질이어서 SAP주위의 염농도나 pH의 영향에 따라,

흡수력이 저하되는 것으로 알려져있다. SAP주변의 염농도가 높을수록 또한 pH가 낮을수록 흡수력이 저하된다.
염화칼슘으로 처리시켜 탈수하는 프로세스는 이런 성질을 이용한 것이다.

또한, 염의 농도나 종류가 흡수력에 큰 영향을 주는 것으로 알려져 있다.(그림5)

단시간에 보다 많은 기사용 종이기저귀 처리를 한다는 수요에 대해, SAP에의 어프로치로서는 칼슘염과의 반응성을 향상시키는 것이 유효하다.

그러기 위해서는 SAP의 분자량, 입자형태나 표면 처리를 고려한 설계를 하는 것으로 5분후에 탈수량을 종래품보다 3할 정도 향상 시키는 것이 가능했다. (그림6, 7) 

그림8에, 팽윤한 SAP을 염화칼숨수용액에 침지 시키는 시간에 대한 SAP의 보수량 추이를 나타냈다.
개발품『サンウェット DH』는 침지 초기에 있어서 탈수량이 많다는 것을 알았다.

『サンウェット DH』의 탈수성이 뛰어난 요인은 현재 해명중이나,

①고분자량의 SAP이어서 흡수한 Gel상태에 있어서 Gel탄성률이 높고, Gel끼리의 흡착이 억제 되는 점,
②표면이 들쑥 날쑥해, 입자 형태가 다공성이어 칼슘염과의 물리적인 접촉이 늘어 반응 속도가 향상되는 점,

또한, ③ 표면처리제가 칼슘염을 SAP겔 표면 부근으로 끌어당김으로써 반응성이 향상된 점 등을 생각할 수 있다.

SAP는 종이 기저귀의 흡수 재료로서 주로 사용되어 왔다.

신흥국의 경제성장이나 선진국에서 진행되는 고령화를 배경으로, 향후도 그 수요 증가가 전망된다.

한편, 증가하는 사용 후의 종이 기저귀의 처리에 대해서도, 최적의 처리 방법이란 무엇인가를 생각하는 시기에 접어들고 있다.
당사에서는『サンウェット DH』시리즈의 새로운 고성능화를 도모해,

하수도의 종이 기저귀 수거나 재활용 시스템의 구축을 지지함으로써 사회 과제의 해결을 향해서 공헌해 나간다.