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고흡수성 폴리머

2002. 12

- 2 -

머 리 말

세기는 지식과 정보가 그 국가의 경쟁력을 좌우하는 지식기반 산업사회로 나아가고 있으21

며 최고가 아니면 살아남을 수 없는 무한경쟁시대가 되어가고 있습니다 또한 제조업에서, . ,

의 부가가치는 과거의 최종제품 중심에서 부품소재와 서비스 중심으로 이동하는 세계적인

트랜드를 보이고 있어 우리나라가 이러한 세계적 변화 속에서 생존하기 위해서는 선진국형,

고부가가치 부품소재산업의 육성이 국가경쟁력의 강화를 위해 필수 불가결한 것으로 인식되

고 있습니다.

이러한 시대적 요구 속에서 한국과학기술정보연구원에서는 우리나라가 지식기반 산업사회를

선도해 나갈 수 있도록 국내의 과학기술에 대한 심층분석정보를 제공하고 있으며 국가 과,

학기술 확산은 물론 국제경쟁력을 극대화시키고자 노력하고 있습니다.

과학기술 심층정보분석의 일환으로 출간되는 고흡수성 폴리머는 현재 선진 각국에서 생활필

수품으로 자리잡고 있는 위생용품뿐만 아니라 고유의 고흡수성을 이용하여 토목 건축 식, , ,

품유통 의료용품 전기전자재료 도료 접착제 등의 여러 분야에 응용되고 있는 고기능성, , , ,

폴리머 소재입니다.

본 보고서는 고부가가치의 화학소재산업으로 고흡수성 폴리머에 대한 기술동향분석 특허정,

보분석 산업 및 시장분석을 통해 체계적이고 심도있는 분석정보를 제공하고자 하였으며, ,

본 연구의 결과가 국가 과학기술정보의 확산 및 국제경쟁력 증대에 작으나마 도움이 되었으

면 합니다.

- 3 -

끝으로 본 보고서는 이준우 선임연구원 강종석 선임연구원 김기일 선임연구원이 집필한, ,

것으로 노고에 깊이 감사드리며 보고서에 수록된 내용은 연구자 개인의 의견으로서 한국과,

학기술정보연구원의 공식의견이 아님을 밝혀두고자 합니다.

년 월2002 12

한국과학기술정보연구원

원장 조 영 화

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목 차

제 장 서 론1

연구의 배경 및 필요성1.

연구의 목적2.

연구의 방법3.

제 장 기술동향분석2

고흡수성 폴리머의 개요1.

가 배 경.

나 정 의.

다 역 사.

라 범 위.

고흡수성 폴리머의 특징2.

가 고흡수성 폴리머의 흡수 메카니즘.

나 고흡수성 폴리머의 종류 및 분류.

고흡수성 폴리머의 구조 종류(1) /

고흡수성 폴리머의 합성법에 따른 분류(2)

다 고흡수성 폴리머의 제조 공정.

고흡수성 폴리머의 연구개발 동향3.

가 일회용 기저귀용 고흡수성 폴리머의 물성 평가.

나 평가항목별 기술개발동향.

흡수속도(1)

흡수성(2)

- 5 -

기계적 강도(3)

투과성(4)

고흡수성 폴리머의 분자설계(5)

다 해외 기술개발동향과 생산현황.

라 국내 기술개발동향과 생산현황.

마 국내 외의 제품개발 동향. ㆍ

일회용 기저귀(1)

여성용 생리대(2)

성인용 기저귀(3)

광케이블(4)

농업용 방출 조절재료(5)

음식 포장재료(6)

고강도 콘크리트 제조(7)

바 비교분석.

사 전망 및 파급효과.

제 장 기술 특허정보 분석3 ㆍ

기술문헌정보 분석1.

가 분석의 범위 및 방법.

정보분석 대상(1) DB

분석범위 및 방법(2)

나 고흡수성 폴리머의 문헌정보 동향.

기술문헌 발표편수 추이(1)

국가별 문헌발표 편수 현황(2)

시계열 연구 추이 비교(3)

저널별 발표편수 추이(4)

저자 현황 및 연도별 편수 추이(5)

문헌 발표의 연구기관별 현황(6)

의 분류코드별 추이(7) CAS

기술특허정보 분석2.

가 분석의 범위 및 방법.

나 특허출원동향분석.

특허출원건수 동향(1)

국가별 특허출원 동향(2)

- 6 -

기술별 고흡수성 폴리머의 특허출원동향(3)

다 해외 출원특허의 상관관계 분석.

연대별 기술발전 추이(1)

발명자별 기술개발 현황(2)

별 기술상관 관계(3) IPC

연도별 기술발전 추이(4)

생산업체의 연도별 특허출원 동향(5)

업체별 기술보유 상태(6)

생산업체의 연도별 특허출원 건수동향(7)

생산업체별 기술 집중도의 시계열 분석(8)

신규출원인의 연도별 특허출원 추이(9)

라 국내 특허출원 동향.

국적별 특허출원동향(1)

국내출원특허의 기술별 분포동향(2)

주요 특허의 분석(3)

제 장 시장동향 및 전망4

산업의 개요 및 특성1.

가 산업의 개요.

나 산업의 특성.

산업 환경 분석2.

가 외부환경.

생활수준의 향상(1)

인구구성비의 변화(2)

나 시장 기회요인 및 위협요인.

기회요인(1)

위협요인(2)

국내외 시장동향 분석3.

가 세계시장 동향.

시장규모 추이(1)

업체 동향(2)

일본시장 현황(3)

일본의 업체동향(4)

- 7 -

나 국내시장 동향.

시장규모 및 점유율(1)

생산능력 및 가동률(2)

판매동향(3)

가격동향(4)

수요처 동향(5)

수요 분야(6)

다 수요예측.

제 장 결 론5

참고문헌< >

- 8 -

표 목차

표 고흡수성 폴리머의 종류와 그들의 장 단점< 2-1> ㆍ

표 합성법에 따른 분류< 2-2>

표 고흡수성 폴리머의 제조공정 순서도< 2-3>

표 고흡수성 폴리머의 중합법의 대표 예 공개특허 요약< 2-4> ( )

표 일회용 기저귀에 사용되는 고흡수성 고분자의 기본적 물성< 2-5>

표 해외 고흡수성 폴리머의 생산현황< 2-6>

표 상위 저자별 문헌편수 표< 3-1>

표 특허분석에 이용된 데이터베이스< 3-2>

표 고흡수성 폴리머 특허분석용 검색식< 3-3>

표 발명자별 기술개발 추이< 3-4>

표 고흡수성 폴리머의 별 기술상관관계< 3-5> IPC

표 고흡수성 폴리머의 한국공개특허< 3-6> List

표 고흡수성 폴리머의 분류 원료면< 4-1> ( )

표 우리나라의 세 이상 노령인구의 연도별 추이< 4-2> 65

표 우리나라의 유아 인구 연도별 추이< 4-3>

표 고흡수성 폴리머의 세계 소비량< 4-4>

표 세계 고흡수성 폴리머의 지역별 주요 메이커의 생산능력 년< 4-5> (200l )

표 고흡수성 폴리머의 일본시장 수급현황< 4-6>

표 고흡수성 폴리머의 일본시장 용도별 비율 년< 4-7> (2001 )

표 일본업체의 고흡수성 폴리머 판매규모 추이 및 예측< 4-8>

표 일본 고흡수성 폴리머의 메이커의 시장점유율 년< 4-9> (2001 )

표 고흡수성 폴리머의 일본 메이커 및 제품명< 4-10>

표 고흡수성 폴리머의 국내 시장규모 추이< 4-11>

표 고흡수성 폴리머의 국내시장 점유율 추이< 4-12>

표 고흡수성 폴리머의 국내업체 생산능력< 4-13>

표 고흡수성 폴리머의 국내기업 판매실적 추이< 4-14>

표 고흡수성 폴리머의 공급가격 비교< 4-15>

표 일회용 아기기저귀의 국내 시장규모 추이< 4-16>

- 9 -

표 팬티형 아기기저귀의 업체별 판매 추이 국내< 4-17> ( )

표 고흡수성 폴리머의 수요 분야< 4-18>

표 코오롱유화의 고흡수성 폴리머 공급그레이드< 4-19>

표 고흡수성 폴리머의 세계 소비 및 전망< 4-20>

표 고흡수성 폴리머의 국내시장 전망< 4-21>

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그림 목차

그림 흡수의 모식도< 2-1>

그림 연도별 문헌편수 및 누적편수 추이< 3-1>

그림 국가별 문헌편수 추이< 3-2>

그림 상위국가들의 연도별 문헌편수 동향< 3-3>

그림 각 저널명 출간 편수 추이< 3-4>

그림 상위 위 저자들의 연도별 문헌편수 추이< 3-5> 3

그림 연구기관들의 문헌건수 추이< 3-6>

그림 분류코드에 따른 문헌발표 현황< 3-7> CA

그림 상위 개의 분류코드의 연도별건수 동향< 3-8> 3 CA

그림 세계의 연도별 특허출원건수 추이 및 누적건수 동향< 3-9>

그림 국가별 특허출원건수< 3-10>

그림 상위 위 국가의 연도별 특허출원건수 동향< 3-11> 5

그림 별 특허출원현황< 3-12> IPC

그림 고흡수성 폴리머의 연대별 기술발전 추이< 3-13>

그림 연도별 기술발전 추이< 3-14>

그림 업체별 출원건수 동향< 3-15>

그림 각 업체별 기술보유 상태< 3-16>

그림 상위업체의 연도별 특허출원건수 동향< 3-17>

그림 기술집중도의 시계열 분석< 3-18>

그림 신규출원인의 연도별 특허출원추이< 3-19>

그림 한국내의 국적별 특허출원비율< 3-20>

그림 한국내의 국적별 특허출원동향< 3-21>

그림 한국의 고흡수성 폴리머의 특허출원비율< 3-22>

그림 주요 개국의 인당 트랜드< 4-1> 4 1 GNP

그림 국내 인구 구성 비율 변화 추세< 4-2>

그림 국가별 세 이상 노령인구 추이 및 전망< 4-3> 65

그림 국내 고흡수성 폴리머 메이커의 시장점유율 년< 4-4> (2001 )

그림 고흡수성 폴리머의 국내기업 판매실적 추이< 4-5>

- 11 -

그림 코오롱유화의 고흡수성 폴리머 판매실적 추이< 4-6>

그림 송원산업의 고흡수성 폴리머 판매실적 추이< 4-7>

그림 고흡수성 폴리머의 국내시장 전망< 4-8>

- 12 -

제 장 서 론1

연구의 배경 및 필요성1.

고흡수성 폴리머 는 주로 일회용 위생용품의 재료로 사(SAP: Super Absorbent Polymers)

용되기 때문에 위생용품 시장의 트렌드에 직접적으로 연동된다 우리나라의 일회용 위생용.

품 시장은 경제성장에 따른 소득 및 생활수준의 향상 여성의 사회활동 가속화라는 긍정적,

인 외부환경 트렌드와 위생용품의 슬림화 및 고성능화에 대한 소비자요구에 따른 업체들의

신제품개발 등의 영향으로 년 기준 만 천톤 억원의 시장으로 확대되었으며 최2001 2 8 , 550 ,

근 년간 이상의 높은 성장률을 보였다 최근 년간의 시장 규모도10 CAGR 20% . 3 CAGR

가량의 높은 성장률을 유지하고 있다17% .

고흡수성 폴리머는 흡수성능이 월등히 높기 때문에 위생용품의 슬림화 및 고성능화를 실현

하기 위해 필수적인 고기능성 재료로서 기존의 펄프를 급속히 대체하고 있다 고흡수성 폴.

리머는 부가가치가 높은 기능성 특수 폴리머 재료로서 당분간 대체제의 출현이 어려워 꾸준

한 수요가 예상되고 있다.

최근 세계적으로 제조업의 부가가치 중심이 과거의 최종제품 중심에서 부품소재와 서비스

중심으로 이동해 가는 트렌드를 나타내고 있다.

- 13 -

우리나라는 선진국을 중심으로 생산되는 고부가가치의 부품소재 분야에서는 기술력의 열세

로 고전하고 범용제품에서는 중국과 동남아의 가격경쟁력을 앞세운 제품에 시장을 잠식당,

하고 있다 이러한 우리나라의 상황을 돌파하는 여러 방법중의 하나로 부가가치가 높은 화.

학소재로서 고흡수성 폴리머에 대한 관심과 지원이 필요하다고 할 수 있다.

연구의 목적2.

최근 산 학 연 등 각 분야에서 관심있는 주요 산업 및 제품에 대한 종합적이고 신뢰성 있ㆍ ㆍ

는 분석정보의 수요가 증대하고 있으나 실제 연구 분석기관들을 통한 공급은 미미한 실정, ㆍ

이다 따라서 한국과학기술정보연구원 에서는 고부가가치의 화학소재인 고흡수성 폴. (KISTI)

리머를 분석대상 기술로 선정하고 심도있는 기술동향분석 연구개발동향분석 특허정보분, , ,

석 산업 및 시장분석을 수행하였다 이를 통해 국가정책수립자에게는 국가연구개발 자원의, .

효율적 활용과 의 성공가능성을 높일 수 있는 기초분석자료를 제공하고 정보획득 및R&D ,

분석에 한계가 있는 기업 및 연구기관의 기획 및 전략수립자들에게는 기업의 사업계획 또,

는 계획 수립시 객관적이고 충실한 정보를 제공하는데 연구의 목적을 두었다R&D , .

- 14 -

연구의 방법3.

제 장 기술동향분석에서는 한국과학기술정보연구원이 보유하고 있는 문헌과 최근 해외발2

표 저널 전문가자문 등을 통해 고흡수성 폴리머의 기술 및 전반과 최근 이슈화되고, R&D ,

있는 문제들에 대해 체계적이고 종합적인 정보분석을 수행하였다.

제 장 특허정보분석에서는 고흡수성 폴리머에 관해 조사된 특허정보를 중심으로 특허맴3

핑 을 행하여 여 년간의 기술흐름 추이와 최근의 기술동향 출원인 분(Patent Mapping) , 20 ,

석을 통한 기술의 우위현황 및 기술의 주요 분포도 등을 국가 및 기술분야별 등으로 세분화

체계화하여 다각적으로 분석함으로써 도식화된 그래프를 이용하여 특허의 동향을 분석하ㆍ

였다 고흡수성 폴리머에 관한 특허분석에는 한국과학기술정보연구원 에서. (www.kisti.re.kr)

제공하는 각 국의 특허정보 데이터베이스를 활용하였다.

제 장 시장동향 및 전망에서는 고흡수성 폴리머의 시장특성 및 환경과 국내외시장 동향4

을 조사 분석하였다 그리고 의 최근 분석보고서 국내 조사전문기관의 발표자료 업. , , ,美 日ㆍ

계 및 연구소의 를 통해 향후 국내외 시장을 전망하였다Field Survey .

- 15 -

제 장 기술동향분석2

고흡수성 폴리머의 개요1.

가 배 경.

년도 중반에 옥수수 녹말에 관한 다각적 연구가 있던 중에 유체 특히 물에 대한 고흡1970

수성 성질이 최초로 보고된 이후 오늘날까지 세계 여러 나라에서 고흡수성 폴리머에 대한,

개발이 다각적으로 진행되어 오고 있다 현재는 원료물질의 경제성이 확보된 이후 폐수처. ,

리분야 식품 포장산업 농 축산업 전기 전자 산업 약물방출 제어분야 생활산업 기저귀, , , , , ( ,ㆍ ㆍ

여성용품 등 의 다각적인 산업분야에서 전 세계적으로 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있으)

며 년간 약 억 달러의 시장으로 성장하였다 이러한 기술성장의 배경은 특허출원에서 나, 15 .

타난다 년까지 총 출원된 건수는 건으로 매년 평균 건의 출원에 불과했으나. 1997 21 3 1998

년 이후 종전의 배인 건이 매년 지속적으로 출원되고 있어 최근 이 분야에 대한 기술2 6 7∼

개발이 빠르게 이뤄지고 있다.

따라서 본 장에서는 고흡수성 폴리머의 기술개발 흐름과 해외 및 국내의 기술현황을 살펴보

고 우리 나라가 세계적으로 경쟁력을 가진 고흡수성 폴리머를 이용한 산업의 우위를 확보,

하기 위한 방안을 모색하는데 그 배경이 있다 하겠다.

- 16 -

나 정 의.

고흡수성 폴리머에 대해서 학계나 산업계에서 확정된 정의는 아직 없으나 보편적으로 고흡,

수성 폴리머는 고분자 사슬간에 가교결합을 통한 차원 망상구조 또는 단일 사슬구조에서3

친수성기의 도입에 따른 유체의 흡수현상을 나타내는 폴리머로 정의될 수 있다 이화학사전.

법경출판사 년 에 정의된 흡수 또는 흡수성은 물질 또는 에너지 등의 물리량이 다( , 1986 ) 「

른 물질에 빼앗겨 그 계 안으로 이끌려 들어가는 과정 또는 그에 따라 입자수나 강도를 감,

량하는 현상을 말한다 후자 경우의 감량은 흡수과정에 의한 것과 산란 등의 에너지흡수.」

를 수반하지 않는 상호작용에 의한 것이 가해지는 것이 보통이다 따라서 본 보고서에서 언.

급하고 있는 고흡수 성 은 에너지의 흡수를 수반하지 않는 전적으로 물질의 상호작용에 의( )

한 계의 이동으로 정의하며 특히 기체 및 고체의 이동도 있을 수 있으나 액체의 이동으로, ,

한정한다.

한편 산업적인 측면에서 고흡수성 폴리머 대부분은 일회용 기저귀에 적용됨으로써 이에 사

용하는 고흡수성 폴리머를 다음과 같이 정의하였다 먼저 고분자 자체의 무게보다 적어도.

배 이상의 유체를 포함할 수 있어야 할 뿐만 아니라 충분한 양의 유체를 하중이 가해진15

상태에서 지탱할 수 있어야 하며 이들은 수용액을 함유할 수 있되 수용액에 불용성(water

이어야 한다insoluble properties) .

- 17 -

다 역 사.

지금으로부터 여 년 전에 미국 농무부 소속 한 연구소는 옥수수 녹말의 이용에 관한 연25

구가 다각적으로 진행되면서 녹말에 또 다른 고분자인 폴리아크릴로니트릴,

사슬을 길게 접합시켜 복합구조를 만들어보니 놀랍게도 물을 수백 배나(polyacrylonitrile)

흡수하는 새로운 재료임을 발견하게 되었다 녹말은 화학적으로 셀룰로오스와 유사하며 이.

들은 포도당 수백 개가 연속적으로 결합하고 있는 고분자이다 물론 사람은 녹말을 소화할.

수 있는 능력을 갖고 있지만 셀룰로오스는 소화하지 못하며 이것은 포도당 고리가 길게 연

결된 모양의 차이에서 기인되는 것으로 알려져 있다 그 이후로 세계 최초의 상업적 생산은.

에 산요우 화성 공업에 의해 개시되었다 당초의 용도는 생리용 의 흡수제이었1978 . napkin

지만 그 후 년에 어린이 용지 기저귀의 흡수제로도 채용되고 오늘의 수요의 기초를, 1982 ,

쌓았다 고흡수성 중합체가 실용화되어 년 동안 양적으로 급성장한 화학공업 제품이라고. 25

할 수 있다 현재 일본은 연간 약 만 톤 년 추정 의 고흡수성 중합체가 사용되고 세계. 6 (1995 ) ,

의 시장 규모는 그 배 남짓한 약 만 톤과 추정된다 그 수요의 대부분은 공용 및 어른10 , 63 .

용 기저귀의 흡수제 용도와 여성용 생리대이다.

이 발견이 알려진 후 여러 나라에서 고 흡수성 고분자 개발에 열을 올리기 시작하였고( ) ,高

물론 녹말뿐만 아니라 셀룰로오스에 폴리아크릴로니트릴을 접합시켜 새로운 고분자를 만들

어도 흡수성이 크게 증가됨을 인지하여 폴리아크릴로니트릴 곁가지 부(polyacrylonitrile)

분을 알칼리로 가수 분해하여 염 형태로 만들면 흡수성이 훨씬 개선됨으로써 소위( ) ( )加水 鹽

고흡수성 또는 초흡수성 고분자 가 탄생하게 되었다(super absorbent polymer, SAP) .

- 18 -

이들은 흔히 백색분말이나 과립형태로 생산된다 우리의 일상 생활에서는 쉽게 볼 수 있는.

종이 기저귀 가운데에 이 고흡수성 고분자가 이용되며 보통 이 고흡수성 고분자는 오줌을

배정도 빨아들일 수 있는 것으로 보고 되고 있다 고흡수성 고분자는 종이와 달리30 50 .∼

압력을 가해도 흡수한 물이 나오지 않게 물을 단단히 붙잡고 있는 성질이 있기 때문에 여성

용 생리대도 이들 고흡수성 고분자가 이용된다 그밖에도 고흡수성 고분자는 용도가 넓어지.

고 있다 또한 흡수한 수분을 매우 느리게 증발시키는 성질을 이용하여 찜질포로도 활용될.

수 있고 수용성 방향제를 함께 흡수시켜 서서히 증발하게 하면 실내에 향기를 지속적으로,

내는 실내용 방향제 토양 속의 수분을 붙들고 있어 비가 적게 와도 농작물에 지속적으로,

물을 제공하는 농업용 토양보수제로도 응용방법도 시도되고 있다 이밖에 인공신장용 거름.

장치나 혈액흡착제 최근에는 기름을 많이 흡수하는 고흡유성 고분자재료에 대한 관심도 크,

게 늘고 있다 바다에 유출된 기름을 효율적으로 제거할 수도 있고 고무의 탄성이나 비중을.

여러 가지로 조절해 과거와는 전혀 다른 고무를 만들어 낼 수도 있기 때문이다.

고흡수성 폴리머 는 자체무게보다 수백 배 내지 수천 배의 수분을 흡수할 수 있는 기(SAP)

능을 가진 합성 또는 천연 고분자로서 년 미국 농무성에서 발표되면서 주목을 받은 이1974

래로 세계 여러 나라에서 최첨단소재인 고흡수성 폴리머 를 응용한 다양한 용도의 상, (SAP)

품이 개발되고 있음을 이미 언급하였다.

- 19 -

라 범 위.

본 보고서에서 고흡수성 폴리머의 범위는 앞 절에 정의된 액체의 흡수성유기물질 폴리1, 2 (

머 로 한정된 분류 중 특히 앞으로 꾸준한 산업적 수요와 연구개발의 필요성이 요구되는) ,

여성 생활용품 아기기저귀와 성인용 기저귀를 포함 농업용 방출 조절재 광케이블용 수분( ), ,

흡수재 의료용 특수 섬유소재로의 활용으로 국한하였으며 고흡수성 폴리머의 특성구조를, , ,

가진 소재가 이용은 되지만 고흡수 특성의 발현에 기여하지 않는 사용 각종 미량의 첨가, (

제로의 사용 등 에 대한 조사는 시장 및 기술의 폭이 좁아 본 보고서에서는 제외하였다) .

고흡수성 폴리머의 특징2.

가 고흡수성 폴리머의 흡수 메카니즘.

고흡수성 폴리머는 통상 백색의 분말이고 물 속에 들어가면 순간적으로 물을 흡수하고 팽윤

되어 겔화 되는 성질을 갖고 있다 특히 소디움 아크릴레이트계와 전분 아크릴산계는 그 흡. /

수력이 에 달한다 계나 계는 정도이다 한편 이러한 고분자1000g/g . CMC PVA 100 400g/g .∼

는 고분자 전해질이기 때문에 의 영향에 의해 그 흡수력이 저하된다 예를 들면 순수한pH .

물에서보다 식염수에서는 흡수력이 배 이상 감소하는 결과가 있다 또한 특히 이러한 친20 .

수성 그룹이 전하를 가지게 되면 흡수성은 수백 배 또는 수천 배 이상으로 증가하게 된다.

- 20 -

그림 흡수의 모식도< 2-1>

그 외의 특징은 카르복실기 를 가지고 있기 때문에 암모니아 등의 취기를 흡착하는(-COOH)

능력이 있고 분말 상을 수용액에 첨가하면 점성의 현저한 증가 효과가 있어서 팽윤된 겔을,

하여 필름상을 얻을 수도 있다 본질적으로 유체인 물분자에 대한 흡수성은 고흡수casting .

성 폴리머에 도입된 친수성 그룹에 기인된다 그림 참조 이들이 유체를 흡수하는 메(< 2-1> ).

카니즘은 화학적인 부분과 물리적인 부분으로 나누어서 해석할 수 있다.

먼저 화학적 메카니즘은 고분자 내의 친수성 그룹과 물분자간의 상호작용을 통한 기구로 해

석된다 예로써 카르복실 그룹 이 이에 속하며 이들은 물에 대한 강한 친화. (carboxyl group)

력을 갖고 있다 특히 이들 그룹이 가성소다 와 같은 염기에 의해 중화되어 전하를. (NaOH)

가지게 되면 정전기력을 통해서 이온들과 직접적인 접촉을 일으키며 동시에 이온들은 많은

양의 물분자들을 동반하게 된다 같은 전하를 가진 카르복실 이온들은 반발력에 의해서 일.

정한 공간을 차지하려고 하는 성질 때문에 주변에 충분한 물분자들의 공급은 이러한 반발력

을 크게 하는 원인이 된다.

- 21 -

결과적으로 뭉쳐 있는 고분자사슬들은 팽창하게 되며 고분자 내에 전하를 가진 친수성 그룹

이 증가에 비례하여 고분자 사슬들간의 팽창과 함께 더 많은 함량의 물분자를 수용할 수 있

게 되는 것이다.

물리적 현상으로 고흡수성 망상구조의 고분자는 사슬들간의 작은 통로들을 가지고 있으며

이 사슬들은 모세관 현상에 의해서 유체들을 빨아들이게 한다 이로 인해 더욱 많은 양의.

수용액이 삼투압작용에 의해서 고분자사슬 내로 들어 올 수 있게 한다 따라서 고흡수성 폴.

리머의 전체적인 물에 대한 흡수 메카니즘은 화학적인 요소와 물리적인 요소의 동반된 원인

으로 해석할 수 있다.

고흡수성 고분자 내에서 흡수된 물의 상태는 일반적으로 다음 종류의 형태로 계 내에 존3

재하는 것으로 거론되고 있다 즉 이온들과 함께 고분자 친수성 그룹에 결합하고 있는 물. ,

분자 상태 자유롭게 고분자 사슬 내에서 움직일 수 있는 물분자(Bound water), (Free

그리고 중간상태에 있는 물분자들이 함께 공존하는 것이다 일water), (Interfacial water) .

반적으로 한 개의 이온에 대해서는 적게는 개로부터 많게는 개의 물분자가 고5 7 15 20∼ ∼

착되어 함께 움직이며 이들은 건조 후에도 증발되지 않고 고분자의 친수성 그룹에 붙어 있

는 것으로 보고되고 있다.

- 22 -

나 고흡수성 폴리머의 종류 및 분류.

고흡수성 플리머의 구조 종류(1) /

고흡수성 폴리머들은 그들의 물리 화학적 성능이나 원료물질의 가격과 같은 경제성을 감안ㆍ

하여 다양한 응용분야에 적용되고 있으며 또한 이들 고분자들 간에 공중합을 통한 개량된

물성을 가진 고흡수성 고분자들도 활발히 개발되고 있다.

폴리아크릴산에 전분 을 그래프트 중합시킨 폴리아크릴산 전분 그래프트 고분자나(Starch) -

혹은 비슷한 방법에 의해서 얻어진 폴리아크릴산 폴리비닐알코올(polyacrylic acid)-

그래프트 고분자들이 대표적인 공중합에 의한 고흡수성 폴리머의 예이(polyvinylalcohol)

다.

현재 상업적으로 가장 성공한 고흡수성 폴리머는 폴리아크릴산 고분자이며 이들은 가교결,

합을 통해서 차원 망상구조를 형성하며 가성소다 에 의해 부분적으로 중화된다 아3 (NaOH) .

크릴산 단량체의 원료물질인 프로필렌은 가격이 저렴할 뿐만 아니라 제조된 폴리아크릴산

고분자는 흡수성에서 가장 뛰어나다 이들은 주로 일회용 기저귀에 사용되고 있으며 지속적.

인 연구개발을 통해 다양한 기능을 가진 고흡수성 폴릴머들이 생산되고 있다 이를 기준으.

로 다양한 고분자들이 고흡수성 고분자소재로서 개발되어 왔고 이를 표 에 나타내었< 2-1>

다.

- 23 -

표 고흡수성 폴리머의 종류와 그들의 장< 2-1> ㆍ단점

고분자물질 장 점 단 점 비 고

폴리아크릴 아마이드(Polyacrylamide)

가격저렴-고분자량 가능-제조방법이 용이-

단량체의 독성- 인공합성 고분자-폐수처리-농업용 재료-

폴리아크릴산(Polyacrylic acid)

가격저렴-흡수성이 뛰어남-제조방법이 용이-

단량체의 독성- 인공합성 고분자-일회용 기저귀-수처리-

폴리메타크릴산(Polymethacrylicacid)

독성이 약함-흡수성이 뛰어남-

폴리아크릴산에 비-하여 원료물질 가격이 비싸며 흡수성이떨어짐.

인공합성 고분자-폐수처리-약물제어방출용소재-

폴리에틸렌 옥사이 드(Polyethyleneoxide)

가격저렴-유연성-독성이 약함-

고분자량이 어려움-제조공정이 어려움-단량체가 기체상( )가교 고분자를 만-

들기 어려움

폐수처리-약물투입 조절용 소-

재

폴리비닐알콜( P o l y v i n y lalcohol)

접착력이 우수-강도가 우수-

원료물질 가격이-상대적으로 비쌈고분자량을 얻기가-

어려움

인공고분자-첨가제-가교제-

젤라틴 (Gelatin) 무독성-식용 가능-

가격이 비쌈-흡수성이 떨어짐-

천연고분자-식품첨가제-

폴리사카라이드(Polysaccarides)

무독성-생분해성-

원료물질이 비싸며-제한적임흡수성이 약함-

천연고분자-식품첨가제-

셀롤로오스계(Podiumcarboxylmehtylcellulose)

생분해성-접착력이 우수-

흡수성이 약함- 천연합성고분자-고흡수성 수지-

키토산 (Chitosan) 생분해성-원료물질 풍부함-

가격이 비쌈-흡수성이 약함-

천연고분자-고흡수성 수지-

- 24 -

고흡수성 폴리머의 합성법에 따른 분류(2)

고흡수성 폴리머 의 합성법으로부터 분류하는 것이 일반적이지만 그 외에 불용화의 방(SAP)

법 또는 친수화의 방법 제품형태로부터 분류하는 방법으로도 분류됨에 따라 다음 표, <

에 정리하여 제시하였다2-2> .

합성방법에 따른 분류는 사용되는 원료에 따라 계 셀룰로즈계 합성폴리머계로 크게starch , ,

나누어지며 불용화 방법에 따른 분류는 그래프트 중합법 가교제의 공중합법 수용성 폴리, , ,

머의 차원 가교법 자기 가교중합법 방사선 조사법 결정구조 도입법으로 구분된다3 , , , .

표 합성법에 따른 분류< 2-2>

원료면

계starch 그래프트 중합 화CM

셀룰로즈계 그래프트 중합 화CM

합성폴리머계

계acryl acid

계vinyl alcohol

계acryl amide

계ethylene oxide

불용화 방법

그래프트 중합

가교제의 공중합

수용성 폴리머의 차원화3

자기 가교중합

방사선 조사

결정구조 도입

친수화 방법

친수성 모노머 도입

소수성 모노머의 화CM

소수성 모노머에 친수성 모노머 그래프트 중합

니트릴기 에스터기의 가수분해 반응,

제품형태

분말상 구형 무정형( , )

필름상

섬유상 단섬유 장섬유 부직포( , , )

- 25 -

또한 친수화 방법에 따른 분류는 친수성 모노머를 도입하는 단계 소수성 모노머의 화, CM

단계 소수성 모노머에 친수성 모노머의 그래프트 중합단계 니트릴기 또는 에스터기의 가, ,

수분해 반응의 도입이 있으며 제품형태별로는 분말상 피름상 섬유상으로 제조하여 제품에, , ,

응용하는 분류로 나누어 질 수 있다.

다 고흡수성 폴리머의 제조 공정.

고흡수성 폴리머의 합성을 위해 사용되는 아크릴산 단량체는 크게 프로필렌(propylene

아세틸렌 에틸렌 을 원재료로 하여 합성되고 이route), (acetylene route), (ethylene route) ,

렇게 얻게 된 아크릴산 단량체는 다양한 중합법이 개발되었으나 현재 일회용 기저귀에 사,

용되는 폴리아크릴산 고분자는 용액중합 을 통해서 얻어지는게 가(solution polymerization)

장 일반적이다 이것은 현재 가장 활발히 연구되고 있는 부분인 고흡수성 고분자의 후처리.

가공 입자표면처리 등 이 용이하기 때문이다 표 는 용액중합을 통한 고흡수성 폴리( ) . < 2-3>

머의 제조에 따른 순서도를 도시하였으며 표 는 고흡수성 폴리머의 중합법의 대표적, < 2-4>

인 공정을 공개특허의 대략적 조사에서 정리하였다.

표 에서 보듯이 아크릴산 단분자 용액이 가성소다 수용액과 함께 가장 먼저 반응용< 2-3>

기 안에 혼입되며 이때 가교제가 함께 투입되는 것이다 용액 내에서 정지반응.

을 일으키는 산소를 제거하기 위해서 질소가스를 주입 한(termination reaction) (purging)

다 상온에 있는 반응용액 내로 개시제를 첨가함으로써 발열중합반응이 시작되며 중합용액.

의 온도가 빠른 속도로 상승하게 된다.

- 26 -

표 고흡수성 폴리머의 제조공정 순서도< 2-3>

표 고흡수성 폴리머의 중합법의 대표 예 공개특허 요약< 2-4> ( )

전분계 아크릴산 가교제 그래프트중합 중합계시제 중화 건조 분쇄(1) + + ( ) , ,→ →아크릴산소다 아크릴산 가교제 수용액 중합 중합계시제 건조 분쇄(2) + + ( ) ,→ →아크릴산소다 아크릴산 가교제 현탁중합 중합계시제 분산제 건조 분쇄(3) + + ( , ) ,→ →아크릴산 가교제 수용액중합 중합계시제 중화 알칼리조건 건조 분쇄(4) + ( ) ( ) ,→ → →아크릴산염계중합체 가교반응 가교제 건조 분쇄(5) ( ) ,→ →초산비닐 메타아크릴산메틸 공중합 가수분해 알칼리 중화 건조 분쇄(6) + (Excess ) , ,→ → →

중합이 시작됨과 동시에 젤이 형성되기 시작하며 불투명한 젤리와 같은 상태로 변화하게 된

다 분 이내에 이상의 모노머들은 고분자로 중합되는데 중합반응이 끝난 젤 덩어리. 30 95% ,

를 잘게 부수고 이를 약 의 건조온도에서 분이면 건조한다150 170 10 15 .∼ ℃ ∼

- 27 -

건조된 젤 덩어리는 분쇄기를 통해서 원하는 입자크기 로 만든다 이보다 작은(150 85 ) .∼ ㎛

미세분말 입자들은 사용용도에 따라서 후처리 공정을 거친다.

후처리 공정으로는 가교제에 의한 표면반응 입자 날림 방지를 위한 첨가제 및 입자의 흐, ,

름을 원활하게 하기 위한 윤활제 의 첨가 그리고 입자내의 수분흡수 방지(flowing acids) ,

등이 포함되고 이러한 후처리 가공은 비교적 투자하는 에너지나 시간 그리(anti-caking) ,

고 비용에 비해 효과적인 결과를 얻을 수 있는 방법으로 최근의 고흡수성 고분자에 관한,

연구들은 주로 이러한 응용연구에 초점이 맞추어 가 진행되고 있다R&D .

고흡수성 폴리머의 연구개발 동향3.

고흡수성 폴리머의 연구개발 동향은 최근 시장이 급성장한 일회용 기저귀에 대한 성공적인

적용으로 인해 고흡수성 폴리머의 물리적 성질을 개선하는 것에 관심이 집중되었을 뿐만 아

니라 흡수성 투과성 흡수속도 원료물질의 개량등과 같은 각각의 물리적 특성이 일회용 기, , ,

저귀의 성능에 어떻게 영향을 미치는지에 대해서 연구진행 되어 오고 있다.

고흡수성 고분자의 물리적 성질 중에서 최근에 연구관심이 되고 있는 부문과 이들 각각의

물리적 화학적 특성들이 일회용 기저귀의 성능에 어떻게 영향을 미치는지 또한 새로운 고흡/

수성 폴리머 소재에 대해서 살펴보았다.

- 28 -

가 일회용 기저귀용 고흡수성 폴리머의 물성 평가.

현재 일회용 기저귀에 사용되는 고흡수성 고분자의 기본적인 물리적 특성을 표 에< 2-5>

나타내었고 이러한 특성값들은 현재 일회용 기저귀에 사용되고 있거나 차후 를 통해, R&D

서 개발될 고흡수성 폴리머들에 대한 일회용 기저귀용 고흡수성 폴리머로써의 활용 가능성

과 시장에서의 성공여부를 파악하는데 기준이 될 수 있는 값으로 사용될 수 있다.

고분자 이 함유할 수 있는 유체량으로 정의되는 유체 흡수량은 탈이온수의 경우1g 300∼

식염수의 경우는 의 흡수량을 가져야 경제성이 있는 것으로 파악400g/g, 0.9% 25 35g/g∼

된다.

표 일회용 기저귀에 사용되는 고흡수성 고분자의 기본적 물성< 2-5>

중요한 물리적 특성 원하는 물성치

유체 흡수용량고분자 이 함유할 수 있는 유체량( 1g )

탈이온수: 300~400g/g,식염수0.9% : 25~35g/g

젤 강도 팽윤된 젤을 변형시킬려는 외부적인(힘에 대한 저항력)

40~80 Kdynes/㎠

압력하에서 흡수량(Absorption under pressure)정해진 압력 하에서 고흡수성 고분( 0.2~0.9psi자의 흡수용량)

식염수0.9% : 5~30g/g

흡수 속도 고분자내에 유체가 전부 흡수될 때(까지 걸리는 시간)

분1~10

추출물 고흡수성 고분자내에 수용성 고분자의(총량)

시간3~15%(1 )

- 29 -

젤 강도 팽윤된 젤을 변형시킬려는 외부적인 힘에 대한 저항력 는 의 저( ) 40 80 kdynes/∼ ㎠

항력을 가져야 되는 것으로 알려져 있고 또한 일정 압력하에서 흡수량, (Absorption under

통상 압력 하에서 고흡수성 고분자의 흡수용량으로 대표되는 물성pressure), 0.2 0.9psi∼

은 식염수에서 정도의 흡수량을 만족해야 한다 흡수 속도 고분자내에 유0.9% 5 30g/g . (∼

체가 전부 흡수될 때까지 걸리는 시간 은 분 정도이며 추출물 고흡수성 고분자 내에) 1 10 , (∼

수용성 고분자의 총량 은 시간에 정도의 흡수량은 유지해야 함을 그 기준으로 제) 1 3 15%∼

시되고 있다.

나 평가항목별 기술개발동향.

흡수속도(1)

유아가 일회용 기저귀를 착용하면서 몇 번의 오줌을 배출한 후에 기저귀의 건조성이 떨어지

는데 이에 따른 피부 짓무름과 같은 피부질환이나 오줌의 기저귀 외부로 새는것 을(leaky)

방지하기 위해 오줌이 기저귀 전체로 골고루 흡수되어야 한다 이러한 요구조건을 만족시키.

기 위해서는 두 개의 다른 흡수속도를 가진 고흡수성 고분자를 지저귀 내에 사용함으로써

장시간의 기저귀 사용에 따른 부작용을 최소화할 수 있음이 실험결과로 알려지게 되었다.

일반적으로 흡수속도는 단위 면적당 입자수에 비례하기 때문에 기저귀 내부에 있는 흡수층,

고분자의 입자크기를 작게 하거나 입자밀도를 낮춤으로써 흡수속도를 향상시킬 수 있다 이.

와는 반대로 소수성 물질을 표면에 코팅하거나 칼슘 또는 알루미늄과 같은 다가 이온

을 중화제로 사용함으로써 흡수속도를 감소시킬 수도 있다(multivalent ion) .

- 30 -

흡수성(2)

고흡수성 고분자에 있어서 흡수성은 가장 기본적이면서 중요한 성질이라 할 수 있으며 초,

기의 고흡수성 고분자는 단순히 하중을 가하지 않은 상태에서 측정된 흡수성을 기준으로 하

였다 그러나 최근에 들어 실제적인 흡수성은 아기나 어른들이 기저귀를 착용하고 있는 상.

태를 가정한 즉 하중이 가해진 상태에서 얻어진 흡수성이 좀 더 산업적 상업적으로 유용한/

것으로 밝혀짐에 따라 이에 대한 연구에 비중을 두고 있다 이에 따라 최근에는 두 조건. ,

즉 하중이 가해지지 않은 상태에서의 흡수성과 하중이 가해진 상태에서의 흡수성을 종합하

여 평가하는 방법이 일반화되어 가고 있는 추세다.

하중을 가하지 않은 상태에서의 대표적 측정방법이 티백 테스트이다(CRC, Centrifuged

티백 내에 특정 크기 의 고흡수성 고분자를 약 넣은Retention Capacity). (300 50 ) 0.2g∼ ㎛

다음 티백을 봉합한다 봉합한 티백을 식염수 용액에 담근다 분 후에 티백을 꺼낸. 0.9% . 30

다음 원심분리기에 넣어서 의 속도로 분 동안 돌린 후 티백에서 고흡수성 고분1600rpm 3 ,

자를 꺼낸 후 무게를 측정한다 이 방법은 고흡수성 고분자밖에 존재하거나 입자들 사이에.

끼어있는 유체들을 제거함으로써 순수하게 고흡수성 고분자가 함유하고 있는 유체의 함량을

반영한다.

한편 하중을 가한 상태에서의 측정방법으로써는 원통형으로 되어있는 약 지름 플( 1 inch )

라스틱 관을 약 길이로 자른 후 한쪽에 채 를 입히고 티백 테스트와 마찬가지로5 (Screen) ,㎝

같은 입자크기의 고흡수성 고분자를 을 플라스틱 원통 안에 넣은 다음 그 위에 플라0.16g ,

스틱 관에 맞는 원통형 금속을 넣어서 그리고 정도의 하중을 가하게 된다0.3, 0.6 0.9psi .

- 31 -

시험용 그릇 판에 프리츠 를 넣은 후에 거름종이를 그 위에 올려놓고 시험용액(Fritt) (0.9%

식염수 을 시험용 그릇판에 넣어서 용액 높이가 프리츠의 높이와 같도록 유지한다 준비된) .

표본들을 프리츠 위에 올려 시간 동안 방치한 후 제거시킨 다음 무게를 측정한다 실제적1 .

으로 하중이 가해지지 않은 상태에서 측정된 값은 일회용 기저귀의 흡수용량과 밀접한 관계

를 보여 주며 하중이 가해진 상태에서 얻어진 값들은 기저귀의 오줌샘 방지를 예, (leaking)

측하는데 관련성을 부여하고 있다 하중이 가해진 상태에서 얻어지는 이들 흡수값은 어느.

정도 증가한 후 더 이상 증가하지 않는 것으로 연구결과가 알려지고 있는데 현재 흡수성에,

대한 연구는 하중이 가해진 상태에서도 충분한 흡수성을 유지하면서 하중이 가해지지 않은

상태에서 좀 더 높은 흡수성을 가질 수 있는 방법으로 연구개발이 진행되고 있다.

기계적 강도(3)

일회용 기저귀 내에 고흡수성 고분자를 사용하면서 오줌을 흡수하는 부분에 있어서 크게 기

술적 성장을 이루었다 이러한 결과는 좀더 극단적인 조건에도 부응될 수 있는 일회용 기저.

귀를 연구하게 되는 터전을 이루었다 대표적인 경우가 아기가 오줌을 여러 번 이상 누었을.

때에도 처음 착용할 때와 같이 촉촉한 느낌을 유지할 수 있도록 하면서 기지귀로부터 오줌

이 새어나가는 것을 방지하는 것이다 이를 위한 가장 효과적인 방법으로 제안되는 것을 기.

저귀 전체로 가능한 한 빨리 흡수분산 되도록 하는 것이다 이러한 목적을 이루기 위해서는.

원천적으로 고흡수성 고분자 자체가 충분한 흡수성능을 지니고 있어야 함은 물론 이들의,

물리적 특성도 충분히 뒷받침되어야 한다는 것이다.

- 32 -

이러한 특성을 만족하기 위하여 고흡수성 고분자가 가지고 있어야 할 기초 물성은 기계적

물성 단단함 의 향상과 유체에 대한 투과성능의 개선으로 이 두 가지 물성이 매우 밀접하게( )

관련되고 있음이 보고되고 있다 단단함 이란 일반적으로 의 하중이 가해진. (stiffness) 0.9psi

상태에서 얻어진 흡수성 에 대해서 나눈 값으(0.9 AUL = Absorption Under Load) (CRC)

로 정의된다 이 값 이 이상이 되면 단단하다고 표현되며 이러한 단단함. (0.9 AUL/CRC) 0.9

을 높이기 위해서 가교제의 함량을 증가시키거나 새로운 표면반응물질을 개발하는 쪽으로

접근하고 있는 추세다.

투과성(4)

투과성은 입자의 단단함과 밀접한 관계를 가지고 있으며 고흡수성 고분자 입자간에 공간을,

가능한 한 많이 만들거나 입자표면에 소수성을 증가시킴으로써 투과도를 높일 수 있다 이.

들 성질은 특히 오줌의 양이 많으면서 체중이 무거운 성인용 기저귀의 개발에 중요한 물성

이 되고 있다.

고흡수성 폴리머의 분자설계(5)

새로운 타입의 고흡수성 폴리머에 대한 연구 또한 활발히 진해되고 있다 이들 연구는 크게.

세 가지 방향에서 시도되고 있는데 그 중 하나가 고흡수성 고분자 신소재 자체를 연구하는,

것이며 다음으로 다른 형태의 고흡수성 고분자의 개발 그리고 마지막으로 일회용 기저귀, ,

에서 사용되는 다양한 소재들에 흡수성의 향상에 있다.

- 33 -

새로운 소재를 이용한 고흡수성 고분자로는 생분해성 고흡수성 고분자와 분자내에 이온이

혼합된 고흡수성 고분자가 관심을 끌고 있다 먼저 생분해성 고흡수성 고분자가 사용한 일.

회용 기저귀의 처리에 따른 잠재적인 환경공해 문제에 대비하기 위한 것인데 일례로 사용한

일회용 기저귀처리는 미국에서 문제가 제기되어 약 개 주에서 땅에 묻는 것을 법적으로20

금지되고 있거나 부가세를 적용하고 있다 따라서 천연 고분자 자체 또는 천연고분자와 인.

공고분자를 혼합한 형태 의 생분해성 고분자에 대한 연구가 활(blend or grafting method)

발히 진행되고 있다.

지금까지 가장 성공적으로 알려진 생분해성 고분자는 천연셀룰로스로부터 변형시킨 나트륨

카르복시메틸 셀룰로오스 이다 원료물질인 셀룰로오스 자(sodium carboxy methycellulose) .

체가 상대적으로 가격경쟁력이 확보된 재료이기 때문에 개발이후에 여러 가지 방면에서 유

리한 점으로 작용하고 있다 또한 인공 고분자인 폴리아크릴산에 천연 고분자를 그래프트.

중합 시킨 형태도 연구가 시도되고 있다 또 다른 한편으로는 양이(grafting polymerization) .

온을 가진 고흡수성 고분자와 음이온을 가진 고흡수성 고분자를 혼합시켜 만들어진 고흡수

성 고분자에 대한 관심이 증가하고 있는데 대표적인 예가 폴리아크릴산, (polyacrylic acid)

과 폴리비닐아민 을 혼합시킨 것으로 이들은 기존에 사용하고 있는 폴리아(polyvinylamine)

크릴산에 비해서 흡수성뿐만 아니라 투과성이 우수하며 기저귀에 사용하는 다른 소재들과의

뛰어난 접착성을 보이는 것으로 알려져 있다 현재 폴리비닐아민의 원료물질인 비닐아민 단.

량체의 가격과 상업적인 제조공정에 어려움이 하나의 난제로 작용하고 있지만 관련 연구가,

최근에 활발히 진행중이다.

- 34 -

다른 형태를 가진 고흡수성 고분자에 대한 연구 또한 최근에 관심을 모으고 있는 분야이다.

왜냐하면 일회용 기저귀내에서 고흡수성 고분자를 제외한 대부분은 섬유형태로 구성되어 있

기 때문에 이들과 고흡수성 고분자간의 좀 더 적합한 결합을 통해서 기저귀의 성능을 높일

수 있기 때문으로 판단된다 대표적인 연구결과가 섬유형태의 고흡수성 폴리머를 가공하는.

것이다 고분자 수용액으로부터 방사된 섬유는 고열 에서 용매인 물을 건조시킴과. (150 )℃

동시에 두 성분간의 가교반응 을 수행함으로써 고흡수성 고분자 섬유가 얻어(esterification)

질 수 있다 이러한 섬유형태의 고흡수성 고분자는 같은 형태를 가진 기저귀의 셀룰로오스.

계 섬유들과 상용성이 우수할 뿐만 아니라 분산이 용이하여 기저귀의 성능을 개선할 수 있

을 것으로 기대되고 있으나 경제성 면에서 아직까지는 일반 고흡수성 고분자보다 배, 2 3∼

비싼 단점이 있다 따라서 현재는 상대적으로 성능에 따른 가격차이가 큰 여성용 생리대에.

제한적으로 응용하고 있다 다른 형태로는 폴리올레핀계와 고흡수성 고분자를 혼합하여 용.

융방사 시켜 만든 고흡수성 고분자 필름 그리고 폴리우레탄 폼 에(melt extrusion) (foams)

액체형 고흡수성 고분자를 코팅하여 제조한 고흡수성 폼이 연구되고 있다.

다 해외 기술개발동향과 생산현황.

이 분야의 향후 개발전망은 중국 과학원 장인얀 교수팀 이 고흡수성 고분자를 토양의 보수( )

제로 사용해 사막의 녹화계획을 목표로 하고 있는바와 같이 일상생활용품에서 장대한 자연

환경의 개조 계획에 이르기까지 고흡수성 고분자에 대한 무한한 응용이 기대된다.

- 35 -

표 은 해외의 고흡수성 폴리머의 생산현황을 나타낸 표이다< 2-6> .

앞서 언급하였듯이 일본 산요우화성에서 최초 공업적 생산이 이루어진 이후 세계 각국의,

여러 나라에서 생산을 시작하였고 대부분 분말상의 고흡수성 폴리머를 합성하고 있는 것으,

로 조사되었다.

라 국내 기술개발동향과 생산현황.

년 고흡수성 폴리머가 생리용품으로 응용되기 시작하여 폴리머의 개발이 더욱 활성화1978

되었다.

표 해외 고흡수성 폴리머의 생산현황< 2-6>

국 가 제조업체 상품명 조 성 제품형태

일 본

아라카와화학 이라소프 가교폴리아크릴 분말상

하나오 원더겔 가교폴리아크릴 분말상

구라레이소프렌 겔 이소프린 마레인/ 분말상

산요우화성공업 산웨이트 전분 폴리아크릴/ 분말상

스미토모 화학공업 스미카겔 전분폴리아크릴PVA/ 분말상

스미토모정화 아쿠카겔 가교폴리아크릴 분말상

일본엑스란 란시트 아크릴 섬유의 가수분해물 섬유상

일본합성화학 아쿠아리저브 가교 계 분말상PVA 분말상

일본촉매화학 아쿠아릭 가교폴리아크릴 분말상

미 국

다우케미칼 Drytech 가교폴리아크릴 분말상

그라인 프로세싱 Water Lock 전분 폴리아크릴/ 분말상

허큘리스 Aqualon 가교 CMC 섬유상

유 럽

스토크하우젠 Favor 가교폴리아크릴 분말상

노르소를 Luquasorb 가교폴리아크릴 분말상

BASF 가교폴리아크릴 분말상

- 36 -

이러한 추세는 특허 출원 건수가 급증하고 있는 것을 보면 알 수 있다 코오롱유화는 일. 14

경북 김천에 톤 규모의 고흡수성수지 공장 증설을 완료하고 본격 생산에 들어간다고17,000

발표했다 이번 증설로 코오롱유화는 고흡수성수지 생산규모가 연간 만톤 규모로 확대되어. 4

연간 억원 규모의 매출액 증대효과가 예상된다고 밝혔다300 .

고흡수성수지는 체적의 약 배 분량의 물을 흡수할 수 있는 능력을 가진 고분자물질로1,000

기저귀용 농업 원예용 토목용 등의 재료로 사용되는 산업중간재이다 코오롱유화는 유한, , .ㆍ

킴벌리 대한펄프 등의 수요처를 기반으로 하여 국내시장 위 독보적 기술우위 확립 을 바, 1 ( )

탕으로 국내뿐만 아니라 고분자 흡수재료의 세계적 메이커로 성장하기 위해 국제시장 공략

에도 본격 나선다 이 회사는 연간 만톤의 생산량 중 이번 증설물량을 포함 만톤 이상을. 4 , 2

수출한다는 전략이다.

마 국내 외의 제품개발 동향. ㆍ

일회용 기저귀(1)

년대 초의 고흡수성 고분자를 사용한 일회용 기저귀의 출현은 하나의 획기적이면서 성1980

공적인 이야기 중에 하나였다 이는 고흡수성 고분자의 성공적인 응용에 따른 또 하나의 석.

유화학 원료물질의 경제적인 가치 창출을 가져왔을 뿐만 아니라 일회용 기저귀의 성능 면에

서도 획기적인 발전을 가져왔다 일회용 기저귀에 투입되는 고흡수성 고분자의 양은 초기의.

약 로부터 꾸준히 증가하여 최근에는 까지 증가하였다20% 45 55% .∼

- 37 -

이에 대한 몇 가지 이유로는 일회용 기저귀의 크기의 감소 고흡수성 고분자의 기능성 증,

가 그리고 경비절감 효과이다 초기의 일회용 기저귀를 위한 고흡수성 고분자는 주로 흡수, .

성 자체에 초점을 맞추었으며 최근에는 기저귀의 디자인이나 성능 그리고 소비자들의 경제

능력 등에 따라서 좀더 다양한 등급의 고흡수성 고분자들이 생산되고 있다 또한 기저귀 내.

에서 고흡수성 고분자의 역할 예를 들면 오줌냄새 제거 오줌샘 방지 기저귀 표면의 건조, , , ,

성 그리고 기저귀에 사용되는 펄프와의 상호작용을 이해하는데 초점이 맞추어지고 있다, .

일회용 기저귀에 사용하는 주요 고흡수성 고분자는 앞부분에서 다루었듯이 가성소다에 의해

서 부분적으로 중화시킨 폴리아크릴산이다 당분간 이보다 저렴하면서 뛰어난 고흡수성 소.

재를 찾기 힘들 것이라고 예측하고 있으며 새로운 응용에 따라서 중화제나 표면처리 방법을

통해서 물성을 개선해 나가고 있는 추세이다.

여성용 생리대(2)

여성용 생리대에 고흡수성 고분자를 사용하는 아이디어는 상당히 일찍 제안되었다 그러나.

무기염이온 을 함유하고 있는 소변과는 달리 생리혈안에는 다양한 생체성(inorganic salts)

분들 예를 들어 단백질 아미노산 그리고 지방 등을 포함하고 있기 때문에 단순한 흡수성, ,

보다는 표면적에 의해 영향을 받는 것으로 알려졌다 따라서 과거에는 기존 소재들의 표면.

적을 극대화시 킬 수 있는 물리적인 형태의 디자인에 초점을 맞추었었다.

- 38 -

최근 들어서 섬유형태의 고흡수성 기능을 가진 고분자인 폴리아크릴산 폴리머(polyacrylic

의 출현과 함께 이들을 사용한 여성용 생리대가 좀더 뛰어난 성능을 발휘하는 것으로acid)

알려짐으로써 여성용 생리대에 고흡수성 고분자의 사용이 증가되고 있는 추세다 이들을 통.

한 흡수성의 증가에 따라 좀더 작고 얇은 형태의 생리대가 선보이고 있다.

성인용 기저귀(3)

선진국을 중심으로 최근의 의료기술의 발달로 인한 노인 인구의 증가가 두드러지고 있다.

이에 따라 이들을 위한 성인용 기저귀가 관심을 끌게 되었으며 가장 급속도로 증가하고 있,

는 추세이다 전반적으로 성인용 기저귀의 구조는 아기용 기저귀와 비슷하거나 같다 다만. .

어른들이 갖는 무게를 고려하여 하중이 가해진 상태에서 성능을 발휘할 수 있는 타입의 고

흡수성 고분자를 사용하고 있다 과거에는 성인들이 방출하는 오줌의 양이 많은 것에 착안.

하여 주로 고흡수성 고분자의 흡수속도를 높이는 것에 초점이 맞추어졌으나 최근에는 고흡

수성 고분자의 단단함이나 투과율에 초점을 맞추고 있다 일회용 기저귀에서와 마찬가지로.

폴리아크릴산 고분자를 주로 이용하고 있다.

광케이블(4)

최근의 정보통신의 급속한 발달은 광케이블의 수요증가와 더불어 광케이블의 새로운 디자인

이나 성능개발을 요구하고 있다 그 중에 하나가 광케이블 내로 침투하는 물을 차단하는 일.

이다 광케이블은 주로 지하에 매설하게 되는데 외부로부터 가해지는 충격이나 힘에 의해서.

광케이블의 바깥부분을 둘러싸고 있는 플라스틱 절연체에 틈이 생기고 그로 인해 주위에 있

는 물이 광케이블 내로 침투하는 문제가 발생한다.

- 39 -

이러한 물의 침입은 결과적으로 전선들간의 합선을 일으켜서 광케이블의 손상을 가져온다.

이를 효과적으로 방지하기 위한 하나의 방법으로 전선 바깥부분에 고흡수성 고분자를 입힘

으로써 침투한 물을 전선 바깥에서 흡수하게 하여 전선을 보호하는 기능을 강화시키고 있

다 현재 고흡수성 고분자를 입히는 방법은 고흡수성 고분자 입자를 케이블 위에 뿌리는 방.

법에서부터 고흡수성 고분자를 코팅처리한 테이프로 케이블을 감는 방법에 이르기까지 매우

다양하게 진해되고 있다 이를 위해서 고흡수성 고분자의 미세분말 가루를 이용하거나 액체.

상태의 폴리아크릴산을 케이블 위에 코팅한 후 건조공정 시 높은 온도에서 가교반응을 통해

서 고흡수성 고분자를 입히는 방법에 기술적 추이를 보인다.ㆍ

농업용 방출 조절재료(5)

고흡수성 고분자의 수용액 보존능력은 다양한 농업용 재료의 응용에 또한 적용되고 있다.

대표적인 예를 들면 농약성분을 녹인 수용액에 고흡수성 고분자를 넣으면 이들은 농약과 함

께 전체 수용액을 흡수하게 된다 이를 건조시키면 물은 날아가고 농약 성분만 고흡수성 고.

분자내에 남게 된다 이렇게 제조된 고흡수성 고분자를 땅에 뿌린 후에 비가 오게 되면 물.

을 먹은 고흡수성 고분자는 팽창하게 되며 비가 그친 후 고흡수성 고분자내의 수용액이 빠

져나가면서 동시에 농약을 방출하게 된다 이러한 방법은 농약을 오랜시간 동안 서서히 방.

출하는 효과를 가져온다 유사한 효과를 얻기 위해서 다양한 응용 사례가 보고되고 있다. .

- 40 -

땅속에는 다양한 무기 염이온들이 존재하기 때문에 이들에 의해서 비교적 영향을 받지 않으

면서 충분한 흡수성을 가진 비이온성 폴리아크릴아마이드를 주요 고분자 소재로 사용한다.

음식 포장재료(6)

최근에 다양한 육류나 어류들이 슈퍼마켓에서 판매되는 것이 보편화됨에 따라 이들의 보관

방법과 더불어 포장상태가 소비자에게 거부감을 적게 일으키는 것이 큰 이슈 중에 하나이

다 이를 위해서 고흡수성 고분자를 함유한 패드를 플라스틱 포장재료 용기바닥에 끼워 넣.

음으로써 육류로부터 흘러나오는 수분이나 혈액을 효과적으로 흡수할 수 있게 되었다 주요.

고분자 소재로는 폴리아크릴산을 사용하며 미국의 경우 이에 사용하는 고흡수성 고분자소재

는 반드시 미국 식품 및 의약품 허가기관 으로부터 허가를 받아야 한다 기본적으로(FAD) .

발암을 일으킬 소지가 있는 성분의 사용은 금지되며 독성이 문제시되는 아크릴산 단량체의

함량을 이하로 유지하여야 한다1,000ppm .

고강도 콘크리트 제조(7)

빙콘크리트 기술은 물 대신에 얼음을 사용하여 드라이 블렌드에 의한 치밀한 고강도 콘크리

트를 만드는 방법인데 최근에는 얼음 대신에 이미 물을 흡수시킨 폴리머를 분체상태로 혼,

합하여 콘크리트를 제조하는 방법이 개발됐다 현재 사용되고 있는 흡수 폴리머는 물을 흡.

수해도 겔화 되지 않는 독립된 미립상을 갖는 특수한 제품이다 현재 개발된 특수한 흡수.

폴리머는 눈송이 모양을 하고 있는데 장기간 저장해도 안정적이며 유동성이 뛰어난 특성을,

가지고 있다.

- 41 -

바 비교분석.

현재로써는 일본이 원재료의 생산기지로 세계 선두에 서 있으며 앞으로도 종이 기저귀 등,

에 사용되는 고흡수성 폴리머의 증산에 박차를 가할 것으로 전망되고 있다 일본촉매 주 에. ( )

연산 만톤의 새로운 플랜트를 건설 년 월에 가동시켜 연 생산능력을 합계 만톤으로4 , 99 3 14

증강하고 있으며 투자액은 억 억엔에 달하는 것으로 알려져 있다 따라서 고흡수성, 40 50 .∼

폴리머의 거의 전량을 미국 그룹에 공급하고 있고 고흡수성 폴리머의 수요는 종이 기P&G

저귀의 보급확대 및 고기능화로 꾸준하게 신장되고 있다 또한 의 요청에 대응하여 생. P&G

산능력을 증강하고 있는 추세이며 미국과 독일에도 고흡수성 수지의 생산거점을 보유하고,

있음에 따라 현재의 총 생산능력은 연간 만 톤이다 미국에서도 년 월에 만, 17 2000 . 97 10 1

톤을 증강하여 만톤 체제로 전환할 계획이다 따라서 현재 세계에서의 총 생산능력에2000 6 .

서 삼양화성 주 과 거의 비슷한 수준이지만 일본촉매 주 의 새로운 설비가 가동되면 일본촉( ) ( )

매의 총 생산능력은 연간 만 톤이 되며 세계 위로써 그 면모를 발휘하게 될 것으로22 4000 , 1

전망된다 고흡수성 수지 에 대한 수요가 계속해서 순조로운 증가세를 유지하고 있는. (SAP)

것으로 알려지고 이같은 수요증가는 최대의 용도인 유아용 및 어른용 종이기저귀의 흡수체,

로서 국내의의 수요가 여전히 왕성하기 때문이다 일본업계 관계자는 세기초까지는 현재. "21

의 수요증가세가 계속 이어질 것 이라고 예측하고 있으며 일본 업체들의 생산설비 증설계" ,

획도 상당히 활발한 편이다.

- 42 -

한편 국내시장 내에서는 제품판매 경쟁이 격렬한 상품이어서 판매가격이 생산업체의 의도대

로 관철되지 못하고 있어 수요의 증가와는 달리 수익성은 좀처럼 개선되지 못하고 있다 지.

난 년대에 일본에서 처음으로 개발된 고흡수성수지 는 년대에 접어들면서 생70 (SAP) 80-90

리용품과 종이기저귀의 흡수체로 채용된 이래 오늘날까지 마이너스성장을 기록하는 일이 거

의 없이 수요증가를 계속하고 있는 성장성이 매우 큰 폴리머이다 이같은 이점으로 인해 현.

재에는 생리용품 종이기저귀분야에서 필수소재의 위치를 확고히 하고 있다, .

사 전망 및 파급효과.

위생용품 시장은 과거 수연 간의 세계적 불황임에도 불구하고 순조롭게 성장해 왔다 또한, .

그러한 성장이 약 의 신장률에 년 이후까지 계속된다고 보인다 그 안에 어린이5 6% 2000 . ,∼

용지 기저귀의 성장은 약 위생냅킨은 약 고 어른 요실금 용품은 약 라4 5%, 6-7% , 8-9%∼

고 보인다 지금까지의 고흡수성 폴리머관련 용품 발전은 얇고 콤팩트한 제품 보다 쾌. , 1) , 2)

적하면서 사용하기 편한 제품 보다 친환경적인 고흡수성 폴리머의 사용이다 최근 이 경, 3) .

향으로 박차를 가하고 있는 초박막형 제품으로 사용되는 고흡수성 중합체는 흡수성 보습성ㆍ

뿐만 아니라 액상의 확산 및 수송 등 펄프의 역할도 요구된다 그 때문에 알맹이 모양의, .

흡수성 중합체의 고정화 기술이나 보다 가격경쟁력이 있는 펄프를 이용한 새로운 고흡수성

중합체도 서서히 추가 개발될 것이다.

- 43 -

어린이용 기저귀와 어른 요실금 용품의 비율은 더욱더 확대될 것이라고 판단되며 사용 후,

화장실에 흘려보낼 수 있는 제품의 일부의 소비자가 요구하고 있지만 기술적으로 아직 곤,

란한 것뿐만 아니라 환경에 대한 영향도 미지수이다 다만 소비자의 욕구에 부응하기 위해, . ,

서 생산 제조자들은 어떠한 형태로든 이 방향으로 노력을 견주할 것으로 보인다 환경 문제, / .

는 위생 용품 업계의 큰 과제이며 이후의 위생용품의 지향은 자원 절약화 화, , compact ,① ②

리사이클화이다 년대의 처음부터 등장했던 초박형 기저귀는 펄프 사용량의 절감에서. 90③

큰 성공을 거두었다 또한 높은 흡수력을 가진 고흡수성 중합체의 개발이 강하게 요구될 것.

이다.

- 44 -

제 장 기술 특허정보분석3 ㆍ

본 장에서는 고흡수성 폴리머에 관해 조사된 문헌 및 특허정보를 중심으로 맵핑(Mapping)

을 행하여 미국 일본 한국 및 기타나라 들의 약 여 년간의 기술흐름의 추이와 최근의, , , 15

기술동향 출원인 분석을 통한 기술의 우위현황 및 기술의 주요 분포도 등을 국가 및 기술,

분류별 등으로 세분화 체계화하여 다각적으로 분석함으로써 도식화된 그래프를 이용하여ㆍ

문헌 및 특허의 동향을 분석하고 이를 통해 고흡수성 폴리머의 기술개발 동향을 파악하고자

한다.

기술문헌정보 분석1.

가 분석의 범위 및 방법.

정보분석 대상(1) DB

고흡수성 폴리머에 관한 기술문헌정보를 분석하기 위해서 화학 및 화공학분야의 세계최대

데이터뱅크인 의STN International(The Scientific & Technology Information Network)

검색시스템을 이용하여 정보를 수집 분석하였다, .

- 45 -

은 미국의 독일의STN International CAS(Chemical Abstracts Service), FIZ Karlsruhe,

일본의 가 공동으로 운영하는 온라인 데이터뱅크로 과학기술분야에서는 세계최대의 정JST ,

보원으로 현재 약 여종의 데이터베이스를 서비스하고 있다200 .

정보분석의 대상이 되는 데이터베이스로는 화학 및 화학공학 분야에서 가장 오래된 문헌서,

지정보 데이터베이스로 화학 및 화학공학분야에서 가장 광범위한 정보를 수집하고 있는

를 이용하였다CAS .

의 가장 큰 특징은 현재 세계 각국에서 만들고 있는 온라인 데이터베이스 중에서 공학CAS ,

순수과학 전반에 관하여 수록한 몇 종 안되는 중의 가장 대표적인 라고 할 수 있는DB DB

데 특히 순수화학 생명공학 화학공학 재료공학 경영학 등의 관련된 정보는 타 보다, , , , , DB

광범위하고 많은 양의 데이터를 수록하고 있으며 특허와 특정주제와 관련하여 폭넓게 각,

분야에 대해 정보를 검색할 수 있는 장점이 있다.

분석범위 및 방법(2)

상기 를 이용하여 고흡수성 폴리머를 주제어로 하여 검색을 실시하고 관련 정보인CAS ,

출간연도 기술분류코드 저널명 저자명 저자국적 회사명PY( ), CC(CA ), JT( ), AU( ), CYA( ), CS( )

를 수집하였으며 검색된 자료에서 총설 과 학회회보, (Review article) (Conference

그리고 관련특허를 제외하고 순수한 연구결과로써 발표된 기술문헌만을 제한Proceeding)

함으로써 자료의 정확성과 분석의 한정도를 조절하였다.

- 46 -

검색 대상연도는 최근 년간으로 한정하여 년도를 기점으로 현재까지 발표된 고흡수20 1980

성 폴리머와 관련된 기술문헌자료에 대한 정보분석을 실시하였다 또한 분석에는. STN

이 제공하는 분석 명령어 와 를 활용하였다International (Analyze Tabulate command) .

나 고흡수성 폴리머의 문헌정보 동향.

기술문헌 발표편수 추이(1)

본 분석을 위해 조사된 고흡수성 폴리머관련 문헌은 총 편으로 최근 년간의 연도별302 , 20

발표편수를 살펴보면 그림 과 같다 년 초반부터 년도까지 연 평균 한두< 3-1> . 1980 1988

편의 문헌이 발표되다가 년도부터 건 이상의 문헌이 발표되기 시작하고 있다1989 20 .

그림 연도별 문헌편수 및 누적편수 추이< 3-1>

- 47 -

그 이후에 최근까지 년간 평균 편의 문헌이 발표되고 있고 특히 년부터 년까40 , 1995 1999

지는 연평균 여편의 문헌이 발표되어 최근에 고흡수성 폴리머에 대한 다각적 연구가 이50

루어지고 있음을 알 수 있다 이것은 년대 초반부터 경제성장의 향상에 따른 생활수준의. 90

상승으로 고흡수성 폴리머의 가장 많은 용도로 이용되는 회용 기저귀 산업 여성용품 산업1 ,

의 급신장과 농업 환경산업과 같은 다각적 산업의 적용타당성을 모색하기 위한 연구개발이,

활발하게 진행되고 있음을 알 수 있다.

국가별 문헌발표 편수 현황(2)

그림 는 고흡수성 폴리머관련 문헌의 국가별 비율을 살펴 본 것이다 중국이 전체적< 3-2> .

으로 편으로 가장 높게 나타났으며 미국과 일본이 각각 편 편을 차지하고 있는 것83 , 50 , 30

으로 나타나 고흡수성 폴리머에 관한 기술개발은 중국 미국 일본에 의해 주도되고 있음을, ,

짐작해 볼 수 있다.

또한 인도 한국 독일 대만이 편 편 편 편으로 그 뒤를 따르고 있는데 우리, , , 22 , 17 , 16 , 11 ,

나라는 앞으로의 기술적 우위를 확보하고 해외기술의 의존도를 낮추기 위해서는 좀 더 많은

연구가 진행되어야 할 것으로 파악된다 한 가지 중요한 것은 중국의 고흡수성 폴리머에 대.

한 많은 연구가 진행되고 있다는 점인데 이것은 향후 고흡수성 폴리머를 이용한 산업의 중,

국진출을 위해서는 그 기술적 우위를 확보하는 것이 시급하며 기술의 특수성 및 기능성의,

향상으로 차별화 되는 기술개발에 역점을 두어야 할 것이다.

- 48 -

그림 국가별 문헌편수 추이< 3-2>

시계열 연구 추이 비교(3)

상위 위권 국가들의 연도별 문헌편수 동향을 그림 에 나타내었다5 < 3-3> .

앞서 언급된 국가별 문헌편수 발표추이에서 나타난 결과에서 시계열별로 상위 위권 국가5

들의 편수추이를 조사하였는데 시계열별로 기 년 기 년 기, (1985-1990 ), (1991-1995 ),Ⅰ Ⅱ Ⅲ

현재 로 분류하여 제시하였다(1995- ) .

중국은 전체적으로 건으로 가장 높게 나타났으나 기 년 의 시점에서는 연83 , (1985-1990 )Ⅰ

구개발이 거의 이루어지지 않고 있다가 기에서 초기 연구에 대한 필요성의 대두와 기초, Ⅱ

연구의 진행으로 기술도입이 시도되는 시기로 나타났으며 기 현재 에서 평균 여, (1995- ) 20Ⅲ

건의 기술문헌이 발표되고 기술의 집중화와 고도화가 이루어지고 있는 것으로 많은 연구가

진행된 것으로 사료된다.

- 49 -

그림 상위국가들의 연도별 문헌편수 동향< 3-3>

기 현재 에 접어들어 고흡수성 폴리머에 대한 연구개발의 집중으로 기술경쟁국으로(1995- )Ⅲ

나타나고 있는 미국 일본 인도 한국과의 격차를 크게 벌리고 있는 것으로 나타났다, , , .

미국과 일본은 거의 비슷한 시기인 기 년 에서부터 연구가 진행되었고 기(1985-1990 ) ,Ⅰ Ⅱ

년 와 기 현재 를 거치는 동안에 연구개발의 집중도는 중국과 비교하여(1991-1995 ) (1995- )Ⅲ

상대적으로 낮은 동향을 나타내지만 현재까지 꾸준한 연구를 진행해 오고 있다는 것으로 짐

작할 수 있다.

한국은 고흡수성 폴리머에 대한 연구개발 진입 시기는 미국 일본과 비슷한 시기에 진행되,

었으나 기 년 와 기 현재 를 거치는 과정에서도 별다른 큰 연구개발, (1991-1995 ) (1995- )Ⅱ Ⅲ

의 집중도를 보이고 있지 않는 것으로 나타남에 따라 선진국과의 기술격차가 더 벌어지지

않도록 향후 많은 연구개발이 진행되어야 할 것으로 사료된다.

- 50 -

저널별 발표편수 추이(4)

그림 는 흡수성 폴리머관련 기술문헌의 발표편수 추이를 나타낸 것이다 흡수성 폴리< 3-4> .

머관련 기술문헌에 대한 발표편수 추이를 보면 연구개발의 결과가, JAPS(Journal of

에 압도적인 우세로 발표되고 있으며Applied Polymer Science) , Polymer, Polymer

등의 저널이 그 뒤를 따르고 있지만 그Material Science Engineering, Macromolecules

양은 에 비교하면 상당히 적은 편이다JAPS .

그림 각 저널명 출간 편수 추이< 3-4>

- 51 -

이러한 추이는 저널의 관점인 폴리머에 대한 응용기술과 고흡수성 폴리머의 연구방향JAPS

이 일치하고 있음을 나타내는 반면 고흡수성 폴리머의 원천기술은 범용화 되어지고 있음을,

의미한다고 볼 수 있다.

저자 현황 및 연도별 편수 추이(5)

표 는 상위 저자별 문헌편수를 나타낸 표이다 표 의 나타난 결과와 같이 문헌< 3-1> . < 3-1>

에 발표한 저자의 상위 위까지 살펴보면 가장 많은 문헌을 발표한 사람은 최근 약 년30 , 15

간 편을 발표한 이며 과 가 각각 건10 LEE WEN-FU , LIN JIANMING WU JIHUAI 9 , ANON,

BAKASS, M., CUI YINGDE, LALLEMANT, M., LIAO, LIEWEN, MOKHLISSE, A.,

가 각각 편의 문헌을 발표하여 상위 그룹을 형성하고 있다OMIDIAN, H. 7 .

표 상위 저자별 문헌편수 표< 3-1>

저자명건수

저자명 건수 저자명 건수

LEE, WEN-FU 10H A S E L B A C H ,JOACHIM

6RAJU,M. PAD-MANABHA

5

LIN, JIANMING 9 HASHEMI, S. A. 6 BADIGER. M. V. 4

WU, JIHUAI 9 LU, JIAN-MEI 6 CHENG, ZHEN-PING 4

ANON. 7 ZHU, XIU-LIN 6 CUTIE, S. S. 4

BAKASS, M. 7 GANAPATHY, S. 5 HEY, SIGRID 4

CUI, YINGDE 7 GUO, JIANWEI 5 HUA, FENGJUN 4

LALLEMANT, M. 7 KANG, ZHENG 5KIATKAMJORNWONG, SUDA

4

LIAO, LIEWEN 7 MASHELKAR, R. A. 5 KO, SOHK-WON 4

MOKHLISSE, A. 7 RAJAMOHANAN, P. R. 5 PU, MINLI 4

OMIDIAN, H. 7 RAJU, K. MOHANA 5 YOON, KEE-JONG 4

- 52 -

또한 외 명이 편 외 명이 편으로 그 뒤를 따르는HASELBACH, J. 3 6 , GANAPATHY, S. 6 5

것으로 파악된다 따라서 상위 이내에 연구원이 고흡수성 폴리머관련 연구개발 분야에. 30

독점적인 기술을 습득하고 있거나 연구개발을 진행하고 있는 것으로는 파악되지 않음에 따,

라 기술의 범용성이 어느 정도 진행된 기술로 인식되고 있는 것으로 파악된다, .

그림 은 고흡수성 폴리머관련 발표된 주요 저널에서 나타난 상위 위 저자에 대한< 3-5> 3

최근 간의 연도별 문헌편수에 대한 추이를 살펴본 것이다 이미 언급된 바와 같이 상위10 . ,

위 내의 저자는 그리고 였으며 그들은 최근3 LEE WEN-FU, LIN JIANMING, WU JIHUAI ,

년간에 많은 연구논문을 발표하는 것을 파악된다7 .

그림 상위 위 저자들의 연도별 문헌편수 추이< 3-5> 3

- 53 -

우선 건을 가장 많은 문헌발표를 한 는 년도에 문헌발표에 가장 많은10 LEE WEN-FU 1997

결과를 냈지만 거의 평균 편의 문헌발표를 꾸준하게 진행해 오고 있다 그리고2.3 . LIN

과 는 년에 처음 발표하여 년에 편으로 가장 많은 연구JIANMING WU JIHUAI 1999 2001 5

개발 결과를 보고한 것으로 나타나고 있다.

문헌 발표의 연구기관별 현황(6)

저널에 발표된 문헌을 기준으로 하여 연구기관별 문헌건수 추이를 살펴보고 그림 에, < 3-6>

제시하였다 영국의 사가 편으로 가장 많은 문헌을 발표하였고. ICI 6 , TATUNG INST.

대만 인도 가 각각 편 이란TECHNOL ( ), KRISHNADEVARAYA UNIV.( ) 5 , P.R.C. of IRAN( ),

인도 그리고 서울대 한국 가 각각 편의 고흡수성 폴리머관련 연구논Nat. CHEM. LAB. ( ), ( ) 4

문을 발표한 것으로 상위 그룹을 형성하고 있다.

그림 연구기관들의 문헌건수 추이< 3-6>

- 54 -

연구기관들의 국적을 대략적으로 살펴보면 중국이 개의 기관으로 가장 많고 그 뒤를 이, 3 ,

어 대만 인도 미국의 순으로 조사되었다 따라서 최근 몇 년간에 중국의 고흡수성 폴리머, .

에 관한 연구를 광범위하고 집중적으로 진행되고 있음을 엿볼 수 있다.

의 분류코드별 추이(7) CAS

의 데이터베이스에서 고흡수성 폴리머로 한정된 문헌 검색결과 논문과 특허 그CA (review

리고 논문은 제외 편의 자료가 검색되었고 이 검색결과를 토대로 에서Proceeding ) 302 , CA

제공하는 기술분류코드 별 문헌발표 편수를 조사하여 그림 에(Classification Codes) < 3-7>

제시하였다.

폴리머의 제조와 가공분야 코드 와 관련된 고흡수성 폴리머의 기술문헌이 편으로 압( #37) 97

도적인 우위를 차지하고 있으며 그리고 폴리머 수지물의 섬유화 및 가공방법과 관련된 기,

술문헌 코드 고흡수성 폴리머 합성분야 코드 그리고 고흡수성 폴리머의 응용의약( #38), ( #35)

에의 적용기술 코드 건축용 재료 활용기술 코드 천연섬유소인 셀룰로우스나 리그( #63), ( #58),

린과의 혼합적용에 의한 섬유소재기술 코드 이 그 뒤를 따르는 것으로 조사되었다 따라( #43) .

서 고흡수성 폴리머관련 기술은 새로운 고흡수성 폴리머의 합성과 가공분야에 연구개발의

핵심으로 자리잡고 있음을 알 수 있고 기타 각 응용제품의 개발에 적합한 응용기술이 한정,

적 연구기술개발이 진행되고 있는 것으로 파악된다.

- 55 -

그림 분류코드에 따른 문헌발표 현황< 3-7> CA

그림 은 상위 개의 기술코드의 연도별 발표편수 동향을 조사한 것이다 고흡수< 3-8> 4 CA .

성 폴리머의 제조와 가공기술 코드 은 년부터 기술논문이 발표되기 시작하여 현재( #37) 1984

까지 꾸준한 증가를 보이고 있으며 년에는 편의 관련기술 논문이 발표됨으로써 가2001 24

장 활발한 연구분야인 것으로 파악된다 그리고 고흡수성 폴리머 수지물의 섬유화 및 가공.

방법과 관련된 기술 코드 은 년부터 현재까지 연평균 편 정도 꾸준한 연구개발( #38) 1985 4-5

내용이 발표되고 있는 것으로 나타나고 있으며 고흡수성 폴리머 합성분야 코드 는, ( #35)

년도 전후에 집중적으로 연구가 진행되어 발표되다가 몇 년간의 감소추이 이후에 최근1990

다시 급격한 증가추이를 나타내는 것을 보아 새로운 기능성의 고흡수성 폴리머의 필요성의,

대두로 최근에 많은 연구가 진행되고 있는 것으로 사료된다.

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그림 상위 개의 분류코드의 연도별건수 동향< 3-8> 3 CA

기술특허정보 분석2.

가 분석의 범위 및 방법.

제 장에서 살펴본 바와 마찬가지로 고흡수성 폴리머의 범위는 제 장의 절에 언급된 고2 2 1.4

흡수성 폴리머1)의 기능에 한정된 분류 중 특히 앞으로 꾸준한 산업적 수요와 연구개발의,

필요성이 요구되는 고흡수성 폴리머 로 국한하였으며 고(Super Absorbent Polymer, SAP) ,

흡수성 폴리머의 특성구조를 가진 소재가 이용은 되지만 고흡수성 물리 화학적 성질의 발, ㆍ

현에 기여하지 않는 사용에 대한 조사는 시장 및 기술의 폭이 좁아 본 보고서에서는 제외하

였다.

1) 고흡수성 폴리머 에 대해서 학계나 산업계에서 확(Super Absorbent Polymer, SAP)「 」

정된 정의는 없으나 보편적으로 고흡수성 폴리머는 고분자 사슬간에 가교결합을 통한 차, 3

원 망상구조 또는 단일 사슬구조에서 친수성기의 도입에 따른 유체의 흡수현상을 나타내는

폴리머로 정의될 수 있다 또한 이화학사전 법경출판사 년 의 정의에 따라 고흡수. ( , 1986 )「 」

성은 에너지의 이동을 수반하지 않고 단지 물질의 상호작용에 의한 질량체의 이동으로 자,

체의 배 이상을 함유할 수 있는 소재로 한정한다15 .

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따라서 이하 고흡수성 폴리머 는 앞에서 언급된 범주로써 그 기능성을 대표한다(SAP) .

고흡수성 폴리머에 관한 특허정보분석을 위하여 한국과학기술정보연구원

에서 제공하는 각국의 특허정보데이터베이스를 활용하였으며 표(http://www.kisti.re.kr) (<

참조 특허검색의 범위는 출원연도를 기준으로 년도부터 년도까지로 하였3-2> ), 1977 2001

다 분석대상 국가는 한국 미국 일본 유럽으로 하고 표 에 나타낸 바와 같이 검색. , , , , < 3-3>

식을 이용하여 관련 특허 검색을 실시하였다 참고로 검색결과에 표기된 기술분류는. ,

분류에 기초한 것이다 고흡수성 폴리머를 주제어IPC(International Patent Classification) .

로 하여 검색을 실시하고 관련 정보를 수집하였으며 또한 현재 가장 큰 시장을 형성하고, ,

있는 것으로 추측되는 기술로써 국제특허분류 의 신체의 내부 또는 외부에 사용하는(IPC) "

생리용 냅킨 면봉 또는 탐폰 과 그를 위한 지지 또는 체결수단 으로 지정하고 있, (Tampon) "

는 를 부가적 검색어로 사용하여 자료의 정확성과 분석의 한정도를 조절하였A61f-013/15

다.

표 특허분석에 이용된 데이터베이스< 3-2>

월 일 현재(2002. 9 30 )

데이터베이스

내 용 정보원수록년도 수록

건수검색어

갱신주기

최종갱신일

년2001갱신건수시작 끝

KUPA 한국공개특허 한국특허청1983현재 746,469 한글 월 회2

2001.11.30

86,140

USPA 미국특허 미국특허청1976현재

2,566,147

영문 주간2001.12.1

8181,898

JEPA 일본특허 일본특허청1976현재

5,460,769

영문 월간2001.12.0

8326,102

EUPA 유럽특허유럽특허청국제특허청

1976현재

1,763,469

영문 주간2001.12.2

7237,871

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표 고흡수성 폴리머 특허분석용 검색식< 3-3>

검색식 한글( ) 검색식 영문( )

질문식 번호 질문식/고흡수성#1 ?.............고분자 폴리머#2 ? ?.......

#3 #1 and #2..............#4 #1 adj #2.............#5 #3 #4................#6 a61f-013/00.............#7 a61f-013/15....... ...#8 #5 and #7.. .........

질문식 번호 질문식/#1 superabsorbent?.......#2 polymer?..............#3 #1 and #2............#4 #1 adj #2.............#5 #3 #4...................#6 a61f-013/15...........#7 #5 and #6.............#8 #5 #7...............

또한 본 보고서의 분석대상이 되는 특허는 미국의 경우는 등록분이고 미국을 제외한 국가, ,

는 출원분이다 아울러 특허출원은 조기공개신청을 하지 않는 한 통상적으로 출원을 한 후. ,

개월이 경과한 때에 일반에게 공개되므로 본 특허분석을 이해 조사된 년도 이후 특18 , 2000

허출원분은 당해연도의 전체적인 정보를 반영하지 못하므로 특허분석에 있어서 크게 유의성

을 가지지 못함을 밝혀둔다.

상기의 방법으로 조사된 고흡수성 폴리머 관련 특허정보의 총 여건의 검색결과를 도출6000

하였으나 정확한 특허분석을 위하여 수차례에 걸친 스크리닝 및 기술분류를 실시하고 노, ,

이즈 검색 키워드로 추출은 되었으나 검색의 결과가 내용과 동떨어진 것 를 제거 및 분류기( )

준에 적합하지 않은 특허를 스크리닝하여 최종적으로 관련도가 높은 건을 추출하여 본546

특허분석을 실시하였다.

- 59 -

나 특허출원동향분석.

특허출원건수 동향(1)

고흡수성 폴리머에 대한 전반적인 특허동향을 살펴보기 위하여 우선적으로 일본 미국 유, ,

럽 한국의 특허출원건수를 검토하여 연도별로 도시하여 그림 에 제시하였다 그림, < 3-9> . <

에서 보는 바와 같이 년도 이후 고흡수성 폴리머 관련 특허출원이 시작되어 꾸3-9> , 1977

준히 증가하여 온 가운데 년대를 기점으로 출원된 특허의 비율이 전체 특허출원 건수, 1990

의 이상 높은 출원비율을 나타내고 있다 따라서 고흡수성 폴리머의 기술개발과 특허90% .

출원은 년대 이후로 전세계적으로 연구가 활발히 진행되어 오늘에 이르고 있음을 확인1990

할 수 있다.

그림 세계의 연도별 특허출원건수 추�