최근 여러분께서 더욱 관심을 갖고 계시는 SAP(초흡수성 고분자)를 소개해 드리겠습니다! SAP는 새로운 유형의 기능성 고분자 소재입니다. 자체 무게의 수백 배에서 수천 배에 달하는 물을 흡수하는 뛰어난 흡수력과 탁월한 수분 보유력을 자랑합니다. 물을 흡수하여 하이드로겔 형태로 팽창하면 압력을 가해도 물을 분리하기 어렵습니다. 따라서 개인 위생용품, 산업 및 농업 생산, 토목 공학 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있습니다.
초흡수성 수지는 친수성기와 가교 구조를 포함하는 고분자의 일종입니다. 환타(Fanta)를 비롯한 여러 회사에서 전분에 폴리아크릴로니트릴을 접합시킨 후 비누화 반응을 통해 최초로 생산되었습니다. 원료에 따라 전분 계열(접합, 카르복시메틸화 등), 셀룰로오스 계열(카르복시메틸화, 접합 등), 합성 고분자 계열(폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리옥시에틸렌 계열 등) 등 여러 범주로 나뉩니다. 전분 및 셀룰로오스에 비해 폴리아크릴산 초흡수성 수지는 생산 비용이 저렴하고 공정이 간단하며 생산 효율이 높고 흡수력이 강하며 제품의 유통기한이 길다는 등의 여러 장점을 가지고 있어 현재 이 분야의 연구 중심 소재로 주목받고 있습니다.
이 제품의 원리는 무엇일까요? 현재 전 세계 초흡수성 수지 생산량의 80%는 폴리아크릴산이 차지하고 있습니다. 초흡수성 수지는 일반적으로 친수성기와 가교 구조를 포함하는 고분자 전해질입니다. 물을 흡수하기 전에는 고분자 사슬들이 서로 가깝게 붙어 얽히고, 가교되어 망상 구조를 형성함으로써 전체적인 접착력을 얻습니다. 물과 접촉하면 물 분자가 모세관 현상과 확산을 통해 수지 내부로 침투하고, 사슬 상의 이온화된 작용기들이 물 속에서 이온화됩니다. 사슬 상의 동일한 이온들 사이의 정전기적 반발력 때문에 고분자 사슬이 늘어나고 팽창합니다. 전기적 중성 조건 때문에 반대 이온은 수지 외부로 이동할 수 없으며, 수지 내부와 외부 용액 사이의 이온 농도 차이가 역삼투압을 형성합니다. 이 역삼투압의 작용으로 물이 수지 내부로 더 깊숙이 침투하여 하이드로겔을 형성합니다. 동시에, 수지 자체의 가교 네트워크 구조와 수소 결합은 겔의 무한 팽창을 제한합니다. 물에 소량의 염분이 함유되면 역삼투압이 감소하고, 동시에 반대 이온의 차폐 효과로 인해 고분자 사슬이 수축하여 수지의 흡수 용량이 크게 감소합니다. 일반적으로 0.9% NaCl 용액에서 초흡수성 수지의 흡수 용량은 탈이온수의 약 1/10에 불과합니다. 수분 흡수와 수분 보유는 동일한 문제의 두 가지 측면입니다. 린룬슝(Lin Runxiong) 등은 이를 열역학적 관점에서 논의했습니다. 특정 온도와 압력 조건에서 초흡수성 수지는 자발적으로 물을 흡수할 수 있으며, 물이 수지 내부로 유입되면서 전체 시스템의 자유 엔탈피가 감소하여 평형 상태에 도달합니다. 반대로 물이 수지에서 빠져나가 자유 엔탈피가 증가하면 시스템의 안정성에 도움이 되지 않습니다. 차등 열분석 결과, 초흡수성 수지가 흡수한 물의 50%는 150°C 이상에서도 겔 네트워크 내에 그대로 남아 있는 것으로 나타났습니다. 따라서 상온에서 압력을 가하더라도 초흡수성 수지에서 물이 빠져나가지 않는데, 이는 초흡수성 수지의 열역학적 특성 때문입니다.
다음번에는 SAP의 구체적인 목적을 설명해 주세요.
게시 시간: 2021년 12월 8일