기저귀 내부에 들어있는 하얀 가루가 물을 그물 구조 내부로 빨아들이는 화학 원리는 무엇인가요?

Question

일회용 기저귀는 엄청난 양의 소변을 흡수해도 밖으로 새어 나오지 않고 뽀송뽀송한 상태를 유지합니다. 기저귀 내부에 들어있는 하얀 가루가 물을 그물 구조 내부로 빨아들이는 화학 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

일회용 기저귀에 들어있는 하얀 가루는 고흡수성 수지로 주로 폴리아크릴산 나트륨이라는 고분자 물질로 만들어지며, 자기 무게의 수백 배에서 많게는 천 배 이상의 물을 흡수할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 이러한 엄청난 흡수력과 압력에도 물이 새지 않는 유지하는 능력은 고분자의 독특한 화학적 구조와 물리화학적 원리에 있습니다.

일회용 기저귀의 주성분인 폴리아크릴산 나트륨은 촘촘한 3차원 그물 구조를 띠고 있으며, 소변이 닿으면 고분자 사슬에서 나트륨 이온이 떨어져 나가며 그물 내부의 이온 농도가 급격히 상승합니다. 이때 삼투압 현상에 의해 농도 차이를 줄이기 위해 외부의 수분이 그물 안으로 강하게 빨려 들어오게 되는 것입니다. 동시에 나트륨이 빠져나간 사슬에는 띠게 된 음전하들이 서로를 강하게 밀어내는 정전기적 반발력이 생깁니다. 이 힘이 쪼그라져 있던 그물망을 넓게 팽창시켜 수분이 들어갈 거대한 공간을 만듭니다.

마지막으로, 내부로 들어온 수많은 물 분자는 고분자 사슬과 강력한 수소 결합을 형성하여 흐르지 않는 겔 상태로 굳어집니다. 물 분자가 그물망에 단단히 갇히기 때문에 체중을 실어 눌러도 밖으로 새어 나가지 않습니다.