화학/SAP

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SAP의 주요 적용 사례(기저귀)

SAP는 친수성 폴리머 사슬의 그물망 구조로 이루어져 있습니다. SAP는 액체를 흡수해 겔화시키며, 압력이 가해지더라도 액체를 내부에 유지시키는 성질이 있습니다.

주로 사용되는 곳은 종이기저귀와 생리대로써, 체액의 누출을 막아 흘러내리지 않게 합니다.  전체의 90% 이상이 기저귀 및 생리용품에 사용되고 있습니다.

저출산 고령화에 따라, 유아용 종이기저귀의 매출 증가율보다 고령자용의 성인용 기저귀의 매출이 증가하고 있어, 전체적인 수요가 늘어나고 있습니다.

종이기저귀의 주요 흡수제로서, 이전에는 셀룰로오스 섬유가 사용되었습니다. 그러나, 압력이 가해졌을 때의 액체흡수량의 증가, 흡수 속도의 향상, 액체 보관 유지 시간의 연장 등이 문제가 되어 왔습니다. 또한 생산비용 절감 및 원재료 사용량 절감, 폐기물 증가에 따른 환경문제도 문제가 되어 왔습니다.

현재 생산되는 종이기저귀는 액체흡수량이 자체 중량의 30~500배에 달하며, 성분비율(셀룰로오스:수지)도 과거 20:1에서 1:1로 줄어들어 두께도 상당히 얇아졌습니다.

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SAP 제조공정

SAP 제조공정은 화학반응 및 기계적 분체처리로 구성되어 있습니다.

  1. 폴리머 합성
  2. 겔성분 반응공정
  3. 겔성분 건조
  4. 기계처리
  5. 표면개질
  6. 최종처리

분체 기술이 관련된 것은 4~6의 과정입니다.

 

그림 1. 폴리머 내부 구조

건식 기계적 처리

요구되는 물성은 고객사에 따라 다릅니다만, 겉보기밀도와 유동성이 주요 지표로 이용되며, 이것들은 입도에 따라 결정됩니다. 또한 흡수성도 입도에 따라 정해지기 때문에, SAP 입자에 요구되는 것은 150~600μm의 경질의 건조된 입자입니다. 일반적으로는 Cutter mill Rotoplex의 분쇄와 Screen을 이용한 분급을 이용하고 있습니다.

 

표면개질

기계처리된 SAP 입자는 압력에 대해 중간정도의 보수성을 가집니다. 압력에 대한 대책으로서 폴리머간 가교 영역을 넓히면 안정성이 높아지지만 반대로 흡수성은 떨어지게 됩니다. 따라서 최근의 SAP 입자설계에서는 가교레벨을 낮추는 것이 일반적입니다. 고흡수성을 유지하면서 압력에 대한 보수성을 유지하기 위해 SAP입자에 가교처리(코팅 등)를 실시함으로써 강성이 있는 고가교의 외곽구조 입자가 생성됩니다.

이러한 가교제를 SAP 입자표면에 분산시키기에 적합한 것이 당사의 Flexomix이며, 전 세계에서 널리 사용되고 있습니다. 가교제의 첨가량, 온도, 체류시간, 가교제 종류등의 운전 조건에 따라 다양한 흡수특성을 지닌 SAP 입자를 제조할 수 있습니다.

이 가교공정에서 요구되는 요소는,

  • 가교제의 입자 표면에의 분산
  • 짧은 기내 체류시간(원료의 점착성상)
  • 부착성 원료에 대한 자기청소기능

이며, Flexomix는 위의 요구 조건들을 모두 만족시킵니다. 또 후단 프로세스(승온 및 냉각)에는 TorusDisc를 이용할 수 있습니다.

그림 2. Flexomix FXD-250

그림 3. Flexomix 내부구조

제품의 부가가치 향상

마무리 단계에서는 SAP의 친수성 향상, 열화방지, 백도의 유지, 미반응 모노머 제거, 액체 침투성과 분체 유동성 향상을 위해 액상 또는 파우더 형태의 첨가제를 Flexomix를 이용해 첨가합니다. 

그림 4. 플로우