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【研究ノート②】紙おむつ再生の技術 【研究ノート②】紙おむつ再生の技術

研究テーマ:紙おむつの構造を知ろう

図解:紙おむつの構造

まず、紙おむつが、どんな構造をしているかを見てみましょう。紙おむつは、図のように何層にもなっています。体に触れる表面は、肌ざわりがよく、おしっこの水分を吸って後戻りさせない「不織布(ふしょくふ)」と呼ばれる素材でできています。その下には「吸水紙」があり、水分を受け止めて内部に送りこみます。さらにその下には、「綿状パルプ」に包まれた「高分子吸水材(SAP)」があり、ここで水分を吸収して閉じこめます。その外側には「防水材」があり、吸収した水分をもらさないよう、がっちりガードします。


このように、紙おむつは複雑な素材からできているので、リサイクルするには特別な技術が必要です。

研究テーマ:オゾン処理でパルプを再生する仕組み

①オゾンってなに?

図解:オゾンってなに?

使用済み紙おむつから取り出したパルプは、オゾンで処理します。オゾンとは、酸素原子(O)が3つ結びついたもので、化学式はO₃です。私たちがよく知る酸素(O₂)は、酸素原子2つが強く結びついて安定した状態を保っていますが、オゾンはとても不安定です。そのため、安定した酸素分子(O₂)に戻ろうとする性質があり、別の物質を見つけると、酸素原子(O)をひとつ離して相手と結びつきます。このように、物質に酸素が結びつくことを「酸化」といいます。つまり、オゾンは別の物質を酸化させる力が強いのです。この強い酸化作用によって、オゾンは殺菌、漂白、脱臭に大きな力を発揮します。

私たちを紫外線から守るオゾン層

オゾンは大気中にも含まれ、ほとんどは、地上から約10~50kmの成層圏に集まっています。これが「オゾン層」と呼ばれるものです。オゾン層は、太陽から注ぐ有害な紫外線を吸収し、地球上の生命を守る役割を果たしています。ところが、冷蔵庫やクーラーの冷媒やスプレーなどに使われるフロンによって、オゾン層が破壊され、オゾンホールができていることがわかりました。そのため、現在はフロンの生産が規制されています。

②オゾンで殺菌する仕組み

図解:オゾンで殺菌する仕組み

使用済み紙おむつには、大腸菌などの細菌がついています。洗浄しても、まだ3分の1くらい残ってしまいます。ここで活躍するのが、オゾンの強い酸化作用です。オゾンは細菌を見つけると、酸素原子(O)をひとつ離して細胞膜のタンパク質と結びつきます。酸素原子(O)と結びついた(つまり酸化した)タンパク質は別の物質になるので、細胞膜は破壊され、細菌は死んでしまいます。グラフで示したように、オゾン処理をしたあとのパルプは、細菌がほぼゼロ。衛生的なパルプに生まれ変わります。

③オゾンで漂白する仕組み

図解:オゾンで漂白する仕組み

新品の紙おむつが真っ白なのは、未使用パルプの成分であるセルロースが白いからです。紙おむつを使うと、し尿に含まれるタンパク質などの色素が残り、黄ばんだり黒ずんだりします。オゾンは、この色素のもとになる物質も見逃しません。ターゲットとなる物質を見つけると、酸素原子(O)をひとつ離して酸化させます。すると色素のもとが消え、セルロース本来の白さを取り戻します。

④オゾンで脱臭する仕組み

図解:オゾンで脱臭する仕組み

オゾンの脱臭の仕組みも、酸化作用によるものです。オゾンは、においのもとになる物質を見つけると、酸素原子(O)をひとつ離してターゲットを酸化させます。すると、におい物質は別の物質に変わるので、においも消えてしまいます。


こうして殺菌・漂白・脱臭されたパルプは、もとの未使用パルプと同じ品質を取り戻します。


では次に、紙おむつのもうひとつの大切な素材、高分子吸水材(SAP)の再生法を見てみましょう。

研究テーマ:高分子吸水材が再生する仕組み

①高分子吸水材(SAP)ってなに?

紙おむつが水分を吸い、外にもらさないのは、「高分子吸水材(SAP)」の働きによるものです。「高分子」というのは、とても大きい分子のこと。SAPは「高吸水性ポリマー」とも呼ばれますが、「ポリマー」というのは、小さい分子を複数つなげたもの。高分子もポリマーも、意味するところは同じです。

*SAP:Super Absorbent Polymer

SAPの秘密を探る前に、ポリマーとはどんなものかを知っておきましょう。代表的なポリマーといえば、プラスチック。SAPもプラスチックの仲間で、人工的に作り出すことができます。SAPが水を吸収する秘密は、ポリマーの構造に隠されています。

図解:ポリマーとはなんだろう?

SAPはとても複雑なポリマーなので、それを理解する前に、単純なポリマーを見てみましょう。例えば、ごみ袋に使われるポリエチレンは、エチレンという化学物質がいくつも結びついた構造をしています。鎖のように、がっちり結びつくのがポリマーの特徴です。

図解:高分子吸水材(SAP)とはどんなものだろう

図解:SAP水分吸収の仕組み(単純化)

紙おむつに使われるSAPは、ポリアクリル酸ナトリウムというポリマーです。これは、アクリル酸とアクリル酸ナトリウムがいくつも結びついたものですが、ポリエチレンのように単純につながっているわけではありません。「架橋性(かきょうせい)モノマー」という物質が、橋を架けるようにして、ところどころをつないでいるため、立体的な網の目状になっています。SAPに水が触れると、網の目が広がって、その中に水を閉じこめます。これが、紙おむつの吸収力の正体です。

②ユニ・チャームが実現したSAP再生技術

ユニ・チャームは、パルプだけではなくSAPの再生にも取り組んでいます。SAPを完全に再生するには、吸収した水分を完全に取り出し、もう一度吸収できる状態に戻す必要があります。

図解:高分子吸水材(SAP)が再生する仕組み

高分子吸水材(SAP)の吸水力を見てみよう

これまでは、カルシウムを使ってSAPから水分を取り除く方法が知られていました。けれども、この方法では、カルシウムが残って品質が落ちてしまうという問題点がありました。そこでユニ・チャームは、北海道大学と共同で研究を重ね、酸を使って品質を損なうことなくSAPから水分を取り出すことに成功しました。パルプと同じように、SAPにもオゾン処理を施すので、衛生面でも安心です。

図解:これまでの高分子吸水材(SAP)再生方法

図解:酸を使って高分子吸収材(SAP)から水を取り出す

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