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2011年4月 3日 (日)

紙おむつや止水材が大量の水を吸収できる仕組み

■紙オムツを分解

 紙オムツを分解すると、中から白い粉がたくさんでてきます。この白い粉をビーカーに入れて、そこに水を入れると、白い粉が水を吸って固まります。

 この白い粉の正体は高吸水性高分子または吸水性高分子と呼ばれる物質です。高吸水性高分子は大量の水を吸水し、吸収した水を内部に保持することができます。

 高吸水性高分子は自分の質量の数百倍から千倍以上の水を吸収することができます。多少の力で振ったり、圧したりしても水はでてきません。

■高分子とはどのような物質か

 水は水素原子2と酸素原子1つからなる小さな分子でできていますが、物質には大きな分子からできているものもあります。例えば、生物の体を作っているタンパク質・脂肪・植物繊維や、私たちが生きていくうえで重要な栄養源である砂糖やデンプンはとても大きな分子からできています。このような分子を高分子といいますが、自然界には高分子でできた物質がたくさん存在しています。

 高分子には人工的に作られたものもあります。たとえば、プラスチックも高分子からできていますが、プラスチックはたくさんの簡単な分子を繰り返してつなげて作られたものです。次の図はポリエチレンというプラスチックの分子構造を示したものです。ポリエチレンは炭素原子2つと水素原子4つから成るエチレンという化合物から作られます。数千から数万のエチレンの分子をつなげて作ったものがポリエチレンです。

01_illust02

■高分子吸収体が多量の水を吸収するのは

 高分子吸収体もポリエチレンのように人工的に作られた高分子物質です。高分子吸収体の分子は次の図のような三次元的な網目状の構造をしています。この網目は水が存在していないときはからみあっていて小さくなっています。162

 ところが、この網目に水を加えると、網目の中に水分子が入り込んでいきます。そして、水が入ったかわりに、網目から陽イオンがでてきます。網目の中には陰イオンが残るのですが、陰イオン同士が電気的に反発するため、網目構造がさらに広がります。すると、さらにたくさんの水を吸収することができるようになります。このとき、高吸水性高分子はゲル状になるので、水は流れ出てきません。このようにして高吸水性高分子はたくさんの水を吸水することができるのです。

 高吸水性高分子は陽イオンを含んだ水溶液の吸収・保持は良くありません。水を保持しているポリアクリル酸ナトリウムという高吸水性高分子に食塩をかけると、陽イオンのナトリウムイオンが網目構造に入り、そのかわりに保持されていた水が網目から追い出されて流れ出てきます。

 高分子吸収体は身近なところでは紙おむつ、生理用品の他、ペットのトイレ、携帯用トイレ、消臭剤、ソフトコンタクトレンズなどに使われている。また、農業や園芸で土に水をよく保持させるめの保水剤や、土木工事用の止水剤としても利用されています。

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