폴리머 인사이트 #34 재생 원료로 만든 친환경 소재! 바이오 밸런스 SAP(Super Absorbent Polymer, 고흡수성 수지)
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        폴리머 인사이트 #34 재생 원료로 만든 친환경 소재! 바이오 밸런스 SAP(Super Absorbent Polymer, 고흡수성 수지)

        2021년 6월 28일

        재생 원료로 만든 친환경 소재! 바이오 밸런스 SAP

        자기 무게의 최대 200배 이상되는 물을 흡수하는 소재, SAP(Super Absorbent Polymer, 고흡수성 수지)

        아기가 대소변을 가릴 때까지 꼭 필요한 기저귀! 이 기저귀에는 쓰이는 놀라운 물질이 바로 SAP(Super Absorbent Polymer, 고흡수성수지, 이하 SAP)입니다. 이름에서 알 수 있듯 SAP는 물을 빠르게, 많이 빨아들이는 소재입니다.

        초기 기저귀에는 천연 섬유질 펄프가 쓰였습니다. 하지만 천연 섬유질 펄프의 흡수력은 제 무게의 수십 배 정도이고 누르면 흡수한 소변이 새어 나왔습니다. 천연 섬유질 펄프가 가진 단점을 보완하기 위해 개발된 소재가 바로 SAP입니다.

        SAP는 백색 가루 형태의 화학 물질입니다. 물을 만나면 녹지 않고, 제 무게의 200배 이상에 달하는 물을 흡수합니다. 기저귀 1개당 들어가는 SAP는 약 10g 정도입니다. 3차원 그물 구조로 이루어진 SAP는 평소에는 백색 가루 형태지만 물에 닿으면 겔(Gel) 형태로 변합니다. 사용하기 전 기저귀는 얇지만, 사용한 뒤 기저귀에서 젤리처럼 물컹한 느낌이 느껴지는 이유가 여기에 있습니다. SAP가 물을 만나면 바로 부풀어 오르는데요. 이 현상을 팽윤이라고 부릅니다.

        SAP

        SAP는 1974년 미국에서 처음 개발된 소재입니다. 미국 농무부 소속 연구원이 옥수수 녹말에 대해 연구를 하다가 녹말의 또 다른 고분자인 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile) 사슬을 길게 접합해 복합 구조를 만들었다고 합니다. 이렇게 만들어진 소재가 놀랍게도 제 무게의 수백 배나 되는 물을 흡수함을 발견하게 됩니다. 이후 1978년 상업에 쓰이는 소재로 처음 생산되고, 1982년에는 기저귀 흡수제로 쓰이게 되었습니다. SAP는 점점 늘어나는 수요에 따라 양은 물론, 개발과 연구에서도 급성장했습니다.

        SAP의 원리와 종류

        SAP로 합격점을 얻으려면 물을 흡수하는 흡수성 외에도 몇 가지 더 갖춰야 할 게 있습니다. 먼저, 외부에서 가해지는 압력에도 물이 새어 나오지 않아야 합니다. 빠르게 흡수하는 성질도 갖춰야 합니다. SAP는 어떤 원리로 이런 성질을 갖는 것일까요? 물에 대한 친화력(친수성)이 있으면서도 물에 용해되지 않는 특성 때문입니다. 다시 말해, 물을 잘 흡수하되 물에는 녹지 않아야 한다는 말인데요.

        SAP의 원리

        그럼 SAP로는 어떤 종류가 있을까요? 폴리아크릴산 나트륨 염 고분자가 가장 성공한 SAP 소재로 평가받는데요. 아크릴산 단량체의 원료 물질인 프로필렌이 저렴할 뿐만 아니라 제조된 폴리아크릴산 고분자가 흡수성이 뛰어난 덕분입니다. 이 외에도 농업용 재료로 쓰이는 폴리아크릴 아마이드(Polyacryl Amide), 약물 투입 조절용 소재로 이용되는 폴리에틸렌 옥사이드(Polyethylene Oxide), 약물제어 방출용 소재인 폴리메타크릴산(Polymethacrylic Acid) 등이 있습니다.

        바이오 밸런스 SAP 등장

        SAP는 원유에서 추출한 아크릴산(Acrylic acid)에 가성소다(Caustic Soda)를 중합해서 만든 흡수체입니다. 최근에는 환경에 끼치는 영향 등을 고려해 바이오 원료를 사용한 SAP도 속속 등장하고 있습니다. 대표적인 게 바로 바이오 밸런스SAP인데요. 재생 가능한 식물성 기름에서 추출한 재생원료(Renewable feedstock)인 바이오 재생 원료(Bio-renewable feedstock)를 화석 원료(Fossil-Based Oil)와 함께 사용해 바이오 밸런스 SAP를 개발한 것입니다. 이렇게 개발된 바이오 밸런스 SAP는 기존제품 대비해서 탄소배출량을 약 110% 정도 줄일 수 있으며, 국제 친환경 바이오 연료 인증인 ISCC(International Sustainability & Carbon Certificate) PLUS도 획득한 소재입니다. 제품이 거치는 생산 공정을 포함해 제조 및 유통 업체까지 전 과정에 있는 관계사가 인증을 받아야 최종 제품에 ISCC 인증 표기를 할 수 있습니다. 즉, 제품이 생산, 제조, 유통되는 전 과정에서 지속가능성을 확인한 셈입니다.

        바이오 밸런스 SAP

        바이오 밸런스 SAP는 식물성 기름에서 추출한 재생원료를 사용했지만 육안으로 관찰하는 외형 뿐만 아니라 성능에도 기존 SAP와 차이가 없습니다. 탄소를 절감하고 환경에 이로운 데다 기능까지 기존 SAP와 동등해 바이오 경제 분야에서 큰 주목을 받고 있습니다.

        지구를 위해, 우리를 위해 다양한 바이오 소재 연구 필요

        바이오 밸런스 SAP처럼 탄소를 절감하면서도 기존 소재와 물성에서 차이가 없는 새로운 소재가 더욱 필요합니다. 이제 소재를 판단하는 주요한 기준은 지속가능성이기 때문입니다. 꾸준한 연구와 개발을 진행해 사용하는 여러 소재들을 바이오 소재로 바꾸는 일 또한 필요합니다. 연구와 개발 과정에서 많은 시행 착오가 있겠지만 도전하고 해법을 찾다 보면 우리의 소중한 지구, 우리의 소중한 미래가 더욱 빛날 것입니다. 바이오 재생 원료를 비롯해 다양한 바이오 소재의 등장이 기대됩니다.

        소재를 판단하는 주요한 기준은 지속가능성!

        감수 : LG화학 아크릴/SAP 상품기획팀 권종혁 책임

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