갓난아기를 키우는 부모님들은 매일 경험하는 일입니다.
아기가 소변을 잔뜩 본 기저귀를 만져보면 물이 한 방울도 새어 나오지 않고 묵직한 젤리처럼 변해있죠. 기저귀를 찢어보면 그 안에는 솜털과 함께 정체를 알 수 없는 미세한 ‘하얀 가루’들이 잔뜩 묻어 있습니다.
이 하얀 가루는 스펀지보다 수백 배 뛰어난 흡수력을 가진 마법의 플라스틱 가루입니다.
일상을 넘어 이제는 지구의 사막화를 막아내는 비장의 무기가 된 신소재공학 ‘고분자 트랙’의 걸작, ‘고흡수성 수지(Super Absorbent Polymer, SAP)’를 소개합니다.
물을 가두는 그물망: 고흡수성 수지의 원리
보통의 플라스틱은 물을 밀어냅니다(방수).
하지만 고분자공학자들은 분자 사슬에 물(H2O)과 아주 친한 성분(친수성 원자단)을 잔뜩 달아놓았습니다. 그리고 이 분자 사슬들을 마치 성긴 어망(그물)처럼 얼기설기 엮어서 3차원 입체 구조를 만들었죠.
이 하얀 가루에 물이 닿으면, 친수성 성분들이 물 분자를 강력하게 끌어당깁니다. 그리고 물이 그물망 안으로 밀려 들어오면서 가루가 마치 물풍선처럼 빵빵하게 부풀어 오릅니다.
놀랍게도 이 가루는 순수한 물의 경우 자기 몸무게의 무려 500배에서 최대 1,000배까지 흡수할 수 있습니다.
1g의 가루가 1리터의 물을 단단한 젤리 형태로 꽉 가두어 버리는 것입니다. 아무리 꾹 쥐어짜도 물은 다시 새어 나오지 않습니다.
아기 엉덩이부터 화분의 보습제까지
이 완벽한 흡수력 덕분에 SAP는 우리 일상 곳곳을 장악했습니다.
아기 기저귀와 생리대는 물론이고, 신선 식품을 배달할 때 상자에 들어있는 말캉말캉한 젤리형 아이스팩(보냉제), 심지어 냄새를 빨아들여 머금고 있는 젤리 형태의 실내 방향제도 모두 이 하얀 가루의 활약입니다.
또한, 집에서 식물을 키울 때 화분 흙 위에 뿌려두는 동그란 ‘수정토(개구리알)’ 역시 SAP의 일종입니다. 흙 속에 섞어두면 물을 잔뜩 머금고 있다가 화분이 마를 때마다 식물에 천천히 물을 공급해 주는 아주 훌륭한 보습제 역할을 하죠.
하지만 고분자공학자들의 목표는 일상생활 용품에서 멈추지 않았습니다.
하얀 가루를 사막에 뿌려 숲을 만들다
학자들은 사막에 나무를 심을 때 흙과 함께 이 하얀 가루를 듬뿍 섞어 넣었습니다.
비가 아주 가끔 내리거나 인공적으로 물을 주면, 흙 속의 가루들이 스펀지처럼 물을 잔뜩 빨아들여 거대한 수분 저장고(오아시스)로 변신합니다.
그리고 주변 흙이 마를 때마다 식물의 뿌리에 물을 조금씩 천천히 내어줍니다. 덕분에 식물은 비가 오지 않는 사막에서도 한 달 넘게 수분을 공급받으며 푸른 숲을 이루어낼 수 있습니다.
단순한 플라스틱 가루를 분자 단위로 설계하여 인류의 일상을 보송보송하게 만들고, 메말라가는 지구를 푸르게 물들이는 일. 이것이 신소재공학 ‘고분자 트랙’이 만들어가는 기술입니다.
더 깊이 알아보기: 공식 기술 및 산업 리포트
자기 몸무게의 최대 1,000배를 흡수하는 고흡수성 수지(SAP)의 고분자 화학 구조 원리와, 기저귀를 넘어 사막 녹화 및 친환경 바이오 원료로 진화하는 최신 연구 동향은 아래 국책 연구기관 및 기업의 공식 자료를 통해 확인할 수 있습니다. 전공 탐구 및 진로 설정에 유용한 자료입니다.
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