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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(けんきゅう)テーマ:紙(かみ)おむつの構造(こうぞう)を知(し)ろう

図解:紙おむつの構造

まず、紙(かみ)おむつが、どんな構造(こうぞう)をしているかを見(み)てみましょう。紙(かみ)おむつは、図(ず)のように何層(なんそう)にもなっています。体(からだ)に触(ふ)れる表面(ひょうめん)は、肌(はだ)ざわりがよく、おしっこの水分(すいぶん)を吸(す)って後戻(あともど)りさせない「不織布(ふしょくふ)」と呼(よ)ばれる素材(そざい)でできています。その下(した)には「吸水紙(きゅうすいし)」があり、水分(すいぶん)を受(う)け止(と)めて内部(ないぶ)に送(おく)りこみます。さらにその下(した)には、「綿状(めんじょう)パルプ」に包(つつ)まれた「高分子吸水材(こうぶんしきゅうすいざい)(SAP(サップ))」があり、ここで水分(すいぶん)を吸収(きゅうしゅう)して閉(と)じこめます。その外側(そとがわ)には「防水材(ぼうすいざい)」があり、吸収(きゅうしゅう)した水分(すいぶん)をもらさないよう、がっちりガードします。


このように、紙(かみ)おむつは複雑(ふくざつ)な素材(そざい)からできているので、リサイクルするには特別(とくべつ)な技術(ぎじゅつ)が必要(ひつよう)です。

研究(けんきゅう)テーマ:オゾン処理(しょり)でパルプを再生(さいせい)する仕組(しく)み

①オゾンってなに?

図解:オゾンってなに?

使用済(しようず)み紙(かみ)おむつから取(と)り出(だ)したパルプは、オゾンで処理(しょり)します。オゾンとは、酸素原子(さんそげんし)(O(オー))が3つ結(むす)びついたもので、化学式(かがくしき)はO₃(オースリー)です。私(わたし)たちがよく知(し)る酸素(さんそ)(O₂(オーツー))は、酸素原子(さんそげんし)2つが強(つよ)く結(むす)びついて安定(あんてい)した状態(じょうたい)を保(たも)っていますが、オゾンはとても不安定(ふあんてい)です。そのため、安定(あんてい)した酸素分子(さんそぶんし)(O₂(オーツー))に戻(もど)ろうとする性質(せいしつ)があり、別(べつ)の物質(ぶっしつ)を見(み)つけると、酸素原子(さんそげんし)(O(オー))をひとつ離(はな)して相手(あいて)と結(むす)びつきます。このように、物質(ぶっしつ)に酸素(さんそ)が結(むす)びつくことを「酸化(さんか)」といいます。つまり、オゾンは別(べつ)の物質(ぶっしつ)を酸化(さんか)させる力(ちから)が強(つよ)いのです。この強(つよ)い酸化作用(さんかさよう)によって、オゾンは殺菌(さっきん)、漂白(ひょうはく)、脱臭(だっしゅう)に大(おお)きな力(ちから)を発揮(はっき)します。

私(わたし)たちを紫外線(しがいせん)から守るオゾン層(そう)

オゾンは大気中(たいきちゅう)にも含(ふく)まれ、ほとんどは、地上(ちじょう)から約(やく)10~50km(キロメートル)の成層圏(せいそうけん)に集(あつ)まっています。これが「オゾン層(そう)」と呼(よ)ばれるものです。オゾン層(そう)は、太陽(たいよう)から注(そそ)ぐ有害(ゆうがい)な紫外線(しがいせん)を吸収(きゅうしゅう)し、地球上(ちきゅうじょう)の生命(せいめい)を守(まも)る役割(やくわり)を果(は)たしています。ところが、冷蔵庫(れいぞうこ)やクーラーの冷媒(れいばい)やスプレーなどに使(つか)われるフロンによって、オゾン層(そう)が破壊(はかい)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(げんざい)はフロンの生産(せいさん)が規制(きせい)されています。

②オゾンで殺菌(さっきん)する仕組(しく)み

図解:オゾンで殺菌する仕組み

使用済(しようず)み紙(かみ)おむつには、大腸菌(だいちょうきん)などの細菌(さいきん)がついています。洗浄(せんじょう)しても、まだ3分(ぶん)の1くらい残(のこ)ってしまいます。ここで活躍(かつやく)するのが、オゾンの強(つよ)い酸化作用(さんかさよう)です。オゾンは細菌(さいきん)を見(み)つけると、酸素原子(さんそげんし)(O(オー))をひとつ離(はな)して細胞膜(さいぼうまく)のタンパク質(しつ)と結(むす)びつきます。酸素原子(さんそげんし)(O(オー))と結(むす)びついた(つまり酸化(さんか)した)タンパク質(しつ)は別(べつ)の物質(ぶっしつ)になるので、細胞膜(さいぼうまく)は破壊(はかい)され、細菌(さいきん)は死(し)んでしまいます。グラフで示(しめ)したように、オゾン処理(しょり)をしたあとのパルプは、細菌(さいきん)がほぼゼロ。衛生的(えいせいてき)なパルプに生(う)まれ変(か)わります。

③オゾンで漂白(ひょうはく)する仕組(しく)み

図解:オゾンで漂白する仕組み

新品(しんぴん)の紙(かみ)おむつが真(ま)っ白(しろ)なのは、未使用(みしよう)パルプの成分(せいぶん)であるセルロースが白(しろ)いからです。紙(かみ)おむつを使(つか)うと、し尿(にょう)に含(ふく)まれるタンパク質(しつ)などの色素(しきそ)が残(のこ)り、黄(き)ばんだり黒(くろ)ずんだりします。オゾンは、この色素(しきそ)のもとになる物質(ぶっしつ)も見逃(みのが)しません。ターゲットとなる物質(ぶっしつ)を見(み)つけると、酸素原子(さんそげんし)(O(オー))をひとつ離(はな)して酸化(さんか)させます。すると色素(しきそ)のもとが消(き)え、セルロース本来(ほんらい)の白(しろ)さを取(と)り戻(もど)します。

④オゾンで脱臭(だっしゅう)する仕組(しく)み

図解:オゾンで脱臭する仕組み

オゾンの脱臭(だっしゅう)の仕組(しく)みも、酸化作用(さんかさよう)によるものです。オゾンは、においのもとになる物質(ぶっしつ)を見(み)つけると、酸素原子(さんそげんし)(O(オー))をひとつ離(はな)してターゲットを酸化(さんか)させます。すると、におい物質(ぶっしつ)は別(べつ)の物質(ぶっしつ)に変(か)わるので、においも消(き)えてしまいます。


こうして殺菌(さっきん)・漂白(ひょうはく)・脱臭(だっしゅう)されたパルプは、もとの未使用(みしよう)パルプと同(おな)じ品質(ひんしつ)を取(と)り戻(もど)します。


では次(つぎ)に、紙(かみ)おむつのもうひとつの大切(たいせつ)な素材(そざい)、高分子吸水材(こうぶんしきゅうすいざい)(SAP(サップ))の再生法(さいせいほう)を見(み)てみましょう。

研究(けんきゅう)テーマ:高分子吸水材(こうぶんしきゅうすいざい)(SAP(サップ))を再生(さいせい)する仕組(しく)み

①高分子吸水材(こうぶんしきゅうすいざい)(SAP(サップ))ってなに?

紙(かみ)おむつが水分(すいぶん)を吸(す)い、外(そと)にもらさないのは、「高分子吸水材(こうぶんしきゅうすいざい)(SAP(サップ)*)」の働(はたら)きによるものです。「高分子(こうぶんし)」というのは、とても大(おお)きい分子(ぶんし)のこと。SAP(サップ)は「高吸水性(こうきゅうすいせい)ポリマー」とも呼(よ)ばれますが、「ポリマー」というのは、小(ちい)さい分子(ぶんし)を複数(ふくすう)つなげたもの。高分子(こうぶんし)もポリマーも、意味(いみ)するところは同(おな)じです。

*SAP:Super Absorbent Polymer

SAP(サップ)の秘密(ひみつ)を探(さぐ)る前(まえ)に、ポリマーとはどんなものかを知(し)っておきましょう。代表的(だいひょうてき)なポリマーといえば、プラスチック。SAP(サップ)もプラスチックの仲間(なかま)で、人工的(じんこうてき)に作(つく)り出(だ)すことができます。SAP(サップ)が水(みず)を吸収(きゅうしゅう)する秘密(ひみつ)は、ポリマーの構造(こうぞう)に隠(かく)されています。

図解:ポリマーとはなんだろう?

SAP(サップ)はとても複雑(ふくざつ)なポリマーなので、それを理解(りかい)する前(まえ)に、単純(たんじゅん)なポリマーを見(み)てみましょう。例(たと)えば、ごみ袋(ぶくろ)に使(つか)われるポリエチレンは、エチレンという化学物質(かがくぶっしつ)がいくつも結(むす)びついた構造(こうぞう)をしています。鎖(くさび)のように、がっちり結(むす)びつくのがポリマーの特徴(とくちょう)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(かみ)おむつに使(つか)われるSAP(サップ)は、ポリアクリル酸(さん)ナトリウムというポリマーです。これは、アクリル酸(さん)とアクリル酸(さん)ナトリウムがいくつも結(むす)びついたものですが、ポリエチレンのように単純(たんじゅん)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(ぶっしつ)が、橋(はし)を架(か)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(りったいてき)な網(あみ)の目(め)状(じょう)になっています。SAP(サップ)に水(みず)が触(ふ)れると、網(あみ)の目(め)が広(ひろ)がって、その中(なか)に水(みず)を閉(と)じこめます。これが、紙(かみ)おむつの吸収力(きゅうしゅうりょく)の正体(しょうたい)です。

②ユニ・チャームが実現(じつげん)したSAP(サップ)再生技術(さいせいぎじゅつ)

ユニ・チャームは、パルプだけではなくSAP(サップ)の再生(さいせい)にも取(と)り組(く)んでいます。SAP(サップ)を完全(かんぜん)に再生(さいせい)するには、吸収(きゅうしゅう)した水分(すいぶん)を完全(かんぜん)に取(と)り出(だ)し、もう一度(いちど)吸収(きゅうしゅう)できる状態(じょうたい)に戻(もど)す必要(ひつよう)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(こうぶんしきゅうすいざい)(SAP(サップ))の吸水力(きゅうすいりょく)を見(み)てみよう

これまでは、カルシウムを使(つか)ってSAP(サップ)から水分(すいぶん)を取(と)り除(のぞ)く方法(ほうほう)が知(し)られていました。けれども、この方法(ほうほう)では、カルシウムが残(のこ)って品質(ひんしつ)が落(お)ちてしまうという問題点(もんだいてん)がありました。そこでユニ・チャームは、北海道大学(ほっかいどうだいがく)と共同(きょうどう)で研究(けんきゅう)を重(かさね)ね、酸(さん)を使(つか)って品質(ひんしつ)を損(そこ)なうことなくSAP(サップ)から水分(すいぶん)を取(と)り出(だ)すことに成功(せいこう)しました。パルプと同(おな)じように、SAP(サップ)にもオゾン処理(しょり)を施(ほどこ)すので、衛生面(えいせいめん)でも安心(あんしん)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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