SAPポリマーの説明：高吸水性の化学、グレード、購入ガイド

1 枚の使い捨ておむつには、約 12 ～ 15 グラムの高吸水性ポリマーが含まれており、これは自重の 300 倍の生理食塩水を吸収できる白い顆粒の大さじ 1 杯分に相当します。通常 SAP と略称されるこの素材は、皮膚を何時間も乾燥した状態に保ち、成人用失禁パッドや創傷包帯の内側に液体を保持し、現在では食品輸送用パッド、農業用土壌添加剤、工業用止水テープにも使用されています。 SAP ポリマーが何であるか、実際の流体中でどのように動作するか、およびその指定方法を知ることが、性能を発揮する吸収性製品と漏れる吸収性製品を区別します。

300倍 SAP 1 グラムあたりの一般的な生理食塩水吸収性

500倍脱イオン水で報告された吸収率

12～15g 標準的な幼児用おむつの SAP 負荷

150-850 マイクロメートル範囲の市販顆粒

このガイドでは、販売する製品に SAP が組み込まれる場合に重要となる化学的性質、製造ルート、購入チェックについて説明します。

SAP ポリマーとは

高吸水性ポリマーは、軽く架橋された親水性ポリマーのネットワークであり、不溶性を保ちながら水性液体中で自重の数百倍を吸収して保持します。

定義: 高吸水性ポリマー (SAP)

SAP は長いポリマー鎖の三次元ネットワークであり、ほとんどの場合、部分的に中和されたアクリル酸から構築され、共有結合による架橋によって間隔をあけて結合されています。水は浸透圧によって引き込まれ、水素結合によって保持されますが、架橋によって鎖の分離が阻止されるため、顆粒は液体に溶解するのではなく膨潤してゲルになります。発注書や技術データシートでは、同じ材料がスラッシュパウダー、SAM、またはポリアクリル酸ナトリウムとしても表示されます。

最終製品におけるグレードの性能は 2 つの数値によって決まります。1 つは何も押し付けられないときに顆粒がどれだけの液体を吸収するかである自由膨潤能力、もう 1 つは乳児、患者、または段ボール箱のパレットが押し下げられたときに顆粒がどれだけの液体を保持するかである負荷下吸収性です。この 2 つは反対方向に引っ張られるため、最初の数字だけを見て購入するのが、このカテゴリーで最もよくある調達ミスです。

架橋密度はバランスを決めるダイヤルです。軽く架橋されたグレードは大きな体積に膨潤しますが、圧力がかかると柔らかくて滑りやすいゲルに崩壊します。これがまさにおむつコアでのゲルのブロックや漏れの原因となります。ネットワークの密度が高くなると、自由膨潤試験で保持する流体は少なくなりますが、その構造は維持されます。したがって、データシートの見出しがほぼ同じである 2 つのグレードが、同じ変換ライン上で大きく異なる動作をする可能性があります。

高吸水性ポリマーが水を保持するしくみ

あらゆる膨潤現象において、浸透圧、水素結合、架橋ネットワークの弾性収縮という 3 つの力が連携して作用します。

浸透圧。 中和されたアクリル酸はネットワーク内に固定されたカルボン酸アニオンを残します。移動性のナトリウムイオンは周囲の液体に対して濃度差を生じさせ、それを均一にするために水が移動します。
水素結合。 水の分子は鎖に沿ってカルボキシレート基に結合するため、接触後数秒以内に膨潤が始まります。
弾性収縮。 架橋は伸びに抵抗するため、弾性力が浸透圧のバランスをとれば膨張は止まり、ゲルは固体のままになります。

液体にイオンを加えると最初の力が弱まるため、フィールド吸収力はデータシートに記載されている水ベースの数値よりもはるかに低くなります。

さまざまな試験液で測定された衛生グレード SAP の一般的な吸収範囲。
試験液	1グラムあたりの吸収率	主な制限要因
脱イオン水	300～500g	イオンがほとんどないのでネットワークが自在に広がります
0.9% 生理食塩水	40～60g	ナトリウムイオンが鎖上の固定電荷を遮蔽します
合成尿	30～50g	塩と尿素は浸透圧勾配を減少させます
血液と血清	10～20g	タンパク質と二価陽イオンがネットワークをブロックし、架橋します

脱イオン水中で 400 g/g と優れているように見えるグレードでも、生理食塩水中では 40 g/g しか供給されない可能性があるため、製品が実際に適合する液体中でグレードを比較してください。私たち自身の内訳 SAP の仕組みと購入方法サプライヤー側から同じテストを比較します。

温度も重要です。温かい液体では膨張が早くなりますが、温度が上昇するにつれて遠心分離後の保持力が低下する傾向があります。そのため、失禁製品の夏の出荷試験では、冬の試験よりも漏れの苦情が多く発生することがよくあります。

SAP ポリマーの製造方法

商用 SAP は、中和、重合、乾燥とサイジング、表面架橋、品質管理の 5 つの段階を経ます。

中和。 アクリル酸は水酸化ナトリウムで部分的に中和され、通常は 65 ～ 75% になります。中和レベルは、完成したネットワークが生成できる浸透圧を設定します。
重合。 ゲル重合は、発熱反応によりバッチが濃縮され、乾燥しやすい固体ゲルになるため、衛生グレードの主力ルートです。溶液重合は低粘度のレシピに適していますが、逆懸濁重合では粒度分布の狭い球状ビーズが生成されます。
乾燥、粉砕、ふるい分け。 ゲルは乾燥、粉砕され、通常は 150 ～ 850 マイクロメートルの顆粒に分類されます。特大の画分と細かい画分は粉砕され、再ブレンドされます。
表面架橋。 後処理により、各顆粒の周囲に高密度のシェルが構築され、負荷時の吸収性が向上し、自由膨潤能力がわずかに低下しますが、ゲルのブロッキングが軽減されます。
品質管理。 サプライヤーは、遠心分離機の保持能力、0.3 または 0.7 psi の荷重下での吸収性、自由膨潤能力、水分、粒度分布、および残留アクリル酸をテストします。

残留アクリル酸は、購入者が最初に要求する必要がある仕様です。衛生グレードの SAP は通常 300 ppm 未満で提供されており、いくつかの規制市場ではその制限がさらに低く設定されています。

値とともにテスト方法も尋ねます。 150 マイクロメートルのカットで測定された数値は 300 マイクロメートルのカットとは一致しません。また、数値の背後にある方法を明らかにできないサプライヤーは、仕様ではなく宣伝文句を提供していることになります。

SAP ポリマーが使用される場所

SAP は、液体を拭き取るのではなく閉じ込める必要がある場所でその地位を確立します。そのため、使い捨て衛生用品は最大の市場であり、医療ケアは最も需要の高い市場となっています。

赤ちゃん用おむつ、大人用失禁製品、女性用ケアが世界の SAP ボリュームの大部分を占めています。残りは医療用と工業用に使用されますが、仕様が厳しいため、1kgあたりの料金が高くなります。

衛生と医療

ベビー用おむつとトレーニングパンツ
大人用失禁ブリーフとパッド
フェミニンケアパッド
創傷被覆材および手術用パッド
寝たきり患者用吸収性アンダーパッド

産業および環境

肉、鶏肉、魚用のフードドリップパッド
ケーブル止水テープ
オイルおよび燃料の脱水フィルター
農業用保水顆粒
流出制御とバイオハザード吸収

Baby Hip Protection Wet Wipes for Diaper Changes

ベビーヒッププロテクションおむつ交換用ウェットティッシュおむつ交換用のこの柔らかいスパンレースワイプは、アルコール、香料、蛍光剤を含まない精製水と植物抽出物を使用しています。製品を見る→

最終製品の購入者が生の SAP を名前で指定することはほとんどありませんが、パックに印刷されているすべての吸収性の表示の背後にグレードが記載されています。衛生的な製造では、SAP の負荷、コア内のその位置、およびその上の獲得層によって、液体が皮膚から十分に早く引き離されるかどうかが決まります。そのため、吸収性物品は単一の素材ではなくスタックとして設計されています。

バイオベースおよび生分解性 SAP

バイオベースの高吸水性ポリマーは、アクリル骨格の一部をデンプン、セルロース、キトサンまたはアルギン酸塩で置き換え、ピーク吸収性と引き換えに環境フットプリントを小さくします。

デンプングラフトおよびセルロースベースのグレードが最も市販されているオプションです。淡水ではすぐに吸収されますが、生理食塩水ではポリアクリレートよりも早く容量が失われ、負荷がかかるとゲルが弱くなります。そのため、農業用保水や一部の使い捨てパッドには現実的ですが、0.7 psi での吸収率が漏れ率を決定する高負荷のおむつのコアには困難です。

ポリアクリレート SAP、生理食塩水吸収性 100%

バイオベースSAP、生理食塩水吸収性 55%

ポリアクリレート SAP、土壌生分解性 5%

バイオベースSAP、土壌生分解 70%

ほとんどの購入者にとって、実際的な答えはハイブリッドです。負荷をかけた状態で性能を測定するコアにはポリアクリレートを使用し、劣化が最も重要となる吸収層、ワイプ、パッケージにはバイオベースの素材を使用します。

Bamboo Fiber Wet Wipes with Natural Antibacterial Properties

天然の抗菌特性を持つ竹繊維ウェットティッシュ敏感肌や表面用の生分解性竹繊維ワイプで、香料、アルコール、蛍光剤は含まれていません。製品を見る→

基材の選択はポリマーと同じくらい重要です。竹繊維と綿の基材は軽量のバイオベースのバインダーとよく組み合わされるため、メーカーは吸収性の仕様を書き換えることなく、製品ラインを堆肥化可能に向けて移行できます。

SAP 製品の指定: バイヤーのチェックリスト

SAP サポート製品は、荷重下での吸収性、遠心分離後の保持力、残留モノマー、粒度分布の 4 つの数値で判断してください。

荷重時の吸収性。 0.3 psi と 0.7 psi の両方の値を要求します。 0.3 psi で合格するグレードでも、薄いコア設計では不合格になる可能性があります。
滞留性と膨潤性。 自由膨潤が高く、保持力が低いということは、流体がゲル内に留まり、圧力下で放出され、表面層での再湿潤として現れることを意味します。
残留アクリル酸。 一般的な安全性に関する声明ではなく、テストされた数値と方法を尋ねてください。
粒度分布。 150 マイクロメートル未満の微粒子は、ほこりやゲルのブロッキングを増加させます。粗大画分は吸収速度を遅くします。
記録の流体。 2 つの見積もりを比較する前に、パフォーマンスが脱イオン水、生理食塩水、または合成尿のいずれで測定されたかを確認してください。

署名する前に、自分の液体で保持テストを行うよう主張してください。生理食塩水または合成尿を使用した 30 分間のサンプル試験では、ほとんど費用がかからず、漏出に関する苦情のほとんどが防止されます。