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고흡수성 수지의 원리와 활용방안 !

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Dong Yun Seo

on 5 March 2014

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Transcript of 고흡수성 수지의 원리와 활용방안 !

고흡수성 수지의 원리와 활용방안 !
2) 물리적 원리

-1. 삼투압 : 망구조를 통해 소량의 물이 침투되고, 물의 농도구배차로 인해 삼투압이 발생

-2. 수화현상 : 이온이 그 주위의 물분자를 끌어당겨 하나의 분자집단을 이루는 현상
2. 고흡수성 수지의 원리

1) 화학적 원리

결합내의 친수성음이온

음이온들간의 반발력

결합내의 공간의 확대

많은양의 물을 흡수


3 고흡수성 수지의 종류

고흡수성 수지는 이온성기을 가진 수용성고분자에 가벼운 가교결합을 도입하여 3차원 망목구조를 갖게한 것으로, 기본이 되는 고분자의 종류나 제조방법, 가교방법 등에 따라 여러 종류의 고흡수성 수지가 제조되고 있다. 원료 고분자에 의해 분류한 고흡수성 수지의 종류를 표2에 정리하였고, 이 고흡수성 수지는 각각 서로 다른 특징을 지니고 있는데, 대표적인 몇가지 고흡수성 수지에 대하여 그 특성비교를 표3에 나타내었다. 이해를 돕기 위해 각종 고흡수성 수지의 화학구조식을 표로 나타내었다. 고흡수성 수지의 기본성능을 평가하는 기준은 흡수력, 흡수속도, 흡수겔 상태에서의 기계적 안정성, 보수성, 고분자 및 흡수겔의 열,광,산화 등에 대한 화학적 안정성등이다.
4. 고흡수성 수지 개발 경과

고흡수성 수지가 최초로 세간의 주목을 끈 것은 1974년 미국 농무성의 북부연구소가 “폴리아크릴로니트릴을 그라프트중합한 후, 이를 가수분해하여 얻어진 수지가 자기 중량의 수백배의 물을 흡수함을 발견하였다“고 Chemical Week지에 발표한 때부터였다. 그 경이적인 흡수력이 주목되었으나, 실제로는 이러한 발표가 있기 이전에 이미 고도로 팽윤하는 겔은 1950년초에 보고되었으나, 용도가 개발되지 못한 채 20년 이상이나 방치되어 왔었다. 미국농무성은 약 40개사의 기업에 고흡수성 수지의 제조에 관한 기술을 제공하였다. 이에 대하여 라이센스를 취득하지 못한 미국, 유럽, 일본의 기업은 전분, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 아크릴산, 폴리비닐알콜 등을 이용하여 독자적으로 연구개발을 추진하여 1970년대 말에 많은 기업이 개발에 성공하였다. 고흡수성 수지가 최초로 실용화된 것은 1978년이며, 미국과 일본의 위생메이커가 생리용 냅킨, 패드에 채용하였다. 이를 계기로 일본의 회사가 기업화에 착수하였으며, 이후 계속하여 수지메이커의 참여에 의해 급격히 성장하기 시작하였다.
목차
지도교사 강민수 선생님

국제고등학교
학술 동아리
물먹는 하마
1. 고흡수성 수지란?
1) 용어설명
2) 흡수성 수지의 발견
3) 실생활 이용 사례

2. 고흡수성 수지의 원리
1) 화학적 원리
2) 물리적 원리

3. 고흡수성 수지의 종류
1)원료 고분자에 의한 분류
"천연고분자류
"합성고분자류

4.고흡수성 수지 개발경과

5.고흡수성 수지와 그 특성비교

6.고흡수성 수지를 이용한 실험

7.고흡수성 수지 활용방안

8.참고문헌 및 자료
1) 용어설명

학문적으로 정의하자면, 고흡수성 수지는 “3차원 망상구조를 가지면서 다량의 친수기를 갖는 고분자로 물에 녹지는 않고 자기 중량의 수백배의 다량의 물을 흡수할 수 있는 물질”이다. 좀 더 자세히 정의하자면, 고흡수성 수지는 기본적인 물과 친화성이 높은 이온성기(+이온과 -이온이 결합하여 염의 상태로 되어 있는 기)를 가진 고분자로, 고분자의 분자 상호간의 결합을 갖는 즉, 가교된 구조를 가지고 있다.

물을 흡수하는 재료로서는 예부터 탈지면, 천, 스폰지, 펄프 등이 이용되어 왔으나, 이들 재료는 물리적인 모세관 현상에 의해 기재(substrate)의 간극에 물을 흡수할 뿐으로, 흡수량도 적고, 또한 압력에 의해 흡수된 물이 간단히 밖으로 빠져나와 버린다.
하지만 수지 자체의 흡수량은 스폰지의 몇십배에 달하며, 위의 재료들과 달리 압력에도 물이 잘 빠지지 않는다.

① 기 : 화학반응이 일어날 때 변화하지 않고 원래의 형태로 어떤 화합물에서 다른 화합물로 이동하는 원자의 집단.
② 가교 : 고무의 가류와 같이 체인 모양의 고분자간에 다리를 걸치는 화학 결합으로 망상 구조를 형성하는 것을 말한다.
(출처 : 네이버 지식 백과)
2) 흡수성 수지의 발견

1980년 미국 농무부 소속 한 연구소는 옥수수 녹말을 활용분야에 대해 연구하고 있었다. 녹말에 또 다른 고분자인 폴리아크릴로니트릴 사슬을 길게 접합시켜 복합구조를 만들어보니 물을 수백배나 흡수하는 새로운 재료임을 알게 됐다. 또한 셀룰로오스에 폴리아크릴로니트릴을 접합시켜 새로운 고분자를 만들어도 흡수성이 크게 증가됐다. 위의 예에서 보듯이 고흡수성 수지는 성질을 예상하고 만들어낸 신소재가 아닌 우연한 기회에 우연히 만들어진 소재중의 하나이다.
① 폴리아크릴로니트릴 : 아크릴로니트릴(CH=CHCN)의 중합체. 약칭은 PAN. 아크릴계의 합성섬유와 NBR(아크릴로니트릴부타디엔고무)계 합성고무의 주원료이다.
(출처 : 과학백과사전)

3) 실생활 이용 사례

고흡수성 수지의 「물저장고」로서의 기능을 살려서 이용되는 예로는 시중에서 판매되는 종이 기저귀나 생리용 냅킨 등 위생용품 뿐만 아니라 버섯이나 생선 등의 식료품의 신선도를 유지시키는 보냉제 신선도 유지 포장제, 전세계의 문제이며 반드시 해결해야 할 문제인 사막화를 방지하기 위해 사용되는 토양 보습제 등이 있다. 또한 물을 흡수하여 생기는 팽윤성을 이용하여 오로, 접착제, 세제, 식품, 화장품, 의약품 등의 여러 산업분야에 첨가 재료로써 널리 쓰이고 있다.

고흡수성 수지는 다량의 물을 흡수하여 팽윤한다. 이와 같이 고분자가 3차원의 각목상으로 가교되어 팽윤하고 있는 상태를 일반적으로 겔(gel)이라 일컫는데, 겔의 물리화학적 여러 성질과 그 메카니즘은 현재 제일선의 연구자들에 의해 활발히 연구되고 있는 과제이다.
고흡수성 수지가 흡수하여 생긴 흡수젤에는 그림 3에 나타낸 것처럼, 겔 내에 물을 가두어 두려고 하는 흡수력(고흡수성 수지와 물과의 친화력, 물의 겔로의 침투압)과 흡수작용을 억제하려고 하는 힘(고흡수성수지의 3차원 망목에 기인하는 고무탄성력) 등이 작용한다. 결국, 친화력과 침투력의 합계가 망목의 탄성력과 평행을 이룬 지점에서 물의 흡수·보유와 분자사슬의 확장은 멈추어지고 마침내 안정된 하이드로겔이 만들어진다.
(수화현상 그림)

- 천연 고분자류
합성 고분자류
(1) 원료 고분자에 의한 분류
5. 각종 고흡수성 수지와 그 특성비교
고흡수성 수지
폴리아크릴산염제


초산비닐-아크릴산에스테르 공중함체 검화물

PVA무수말레인산반응물

이소부탈렌-말레인산 공중합체 가교물

폴리아크릴로니트릴 게검화물

폴리에틸렌 옥 사이드계

전분아크릴로니트릴 그라프트중합체 검화물

카르복시메틸셀를로오스(CMC)의 가교체
제품
형태
흡수배율(g/g)
흡수
속도
흡수겔압축강도
건조품내열성
습윤풍내열성
분말,
구상

구상

파쇄상

파쇄상

섬유,
분말

분말

분말

분말,
미세섬 유
300~
1,000

500~700

100

200~
400

150

50

300~
800

20





지속













































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서동윤
김보식
안현택
김선현
곽유진
김지석
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