고흡수성 수지인 폴리아크릴산염의 3차원 망상 구조 내부에 물 분자가 수소 결합으로 강하게 포집되어 빠져나오지 못하는 원리는?

Question

일회용 아기 기저귀나 생리대의 흡수층 내부에 들어있는 하얀색 폴리머 가루는 자기 무게의 수백 배에 달하는 소변이나 혈액을 흡수하여 젤리 상태로 변합니다. 고흡수성 수지인 폴리아크릴산염의 3차원 망상 구조 내부에 물 분자가 수소 결합으로 강하게 포집되어 빠져나오지 못하는 원리는?

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안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

기저귀나 생리대에 들어있는 마법 같은 하얀 가루인 고흡수성 수지가 자기 무게의 수백 배에 달하는 물을 흡수해 젤리로 변하는 현상은 삼투압과 정전기적 반발력, 그리고 수소 결합이라는 세 가지 화학적 원리가 적용되어 집니다. 지금부터 흡수 흡수 원리를 알기 쉽게 설명해 드리겠습니다.

먼저, 수지 내부의 높은 이온 농도로 인해 강한 삼투압이 발생하여 외부 수분이 안으로 거세게 밀려 들어옵니다. 물이 스며들면 내부 이온이 분리되며 폴리머 사슬에 음전하가 남습니다. 이 음전하들끼리 밀어내는 정전기적 반발력에 의해 3차원 그물망 구조가 사방으로 팽창하며 수분을 가둘 넓은 공간을 형성하게 됩니다.

마지막으로 이 빈 공간 속으로 들어온 수많은 물 분자들이 폴리머 사슬과 강력한 수소 결합을 맺습니다. 물 분자가 뼈대에 단단히 묶여 겔 상태로 굳어지기 때문에 압력을 가해도 수분이 다시 새어 나오지 못하게 됩니다.