ポリビニルアルコール

ポリビニルアルコール

ポリビニルアルコール、PVAと呼ばれます。 分子式: (C2H4O) n。 ポリ酢酸ビニルを原料とした高分子有機化合物をケン化したもの。 ポリビニルアルコールは、ガラス転移温度が60～85℃の白色の粉末、フレーク状、または綿状の固体です。ポリビニルアルコールはアルコール基を多く含み、極性があり、水と水素結合を形成することができるため、極性の水に溶解します。 ; グリセリン、フェノールなどの高温の水酸基含有溶媒にも溶解しますが、メタノール、ベンゼン、アセトン、ガソリンなどの一般有機溶媒には溶解しません。 主にポリビニルアセタール、耐ガソリンパイプ、ビニロン繊維の製造に使用されます。 フィルム、布地、皮革などの一時保護用の接着剤、結合材、布地のサイズ剤、乳化剤、保護コロイドとしても使用されます。

歴史を知る

ポリビニル アルコールは、1924 年にドイツの化学者、WOHerrmann と WWHachnel 博士によって初めて発見されました。ポリビニル アルコールは、典型的なポリオールの化学反応を実行することができ、不溶性処理を通じて変性し、さまざまな機能的効果をもたらすため、一連の合成材料が広く使用されています。工業生産、農業生産、医療用途に使用されます。 ポリビニルアルコールは1926年に工業生産が可能となり、1950年代には大規模な工業化が達成されました。 1980年代初頭、世界の生産能力は約64万トンでした。

ポリビニルアルコールの製造ルートは原料によって大別され、エチレン法とアセチレン法の2種類があります。

物理的及び化学的性質

ポリビニルアルコール

ポリビニルアルコール、PVAと呼ばれる

ポリビニルアルコールは、モノマーを重合させずにポリ酢酸ビニルを加水分解して得られる水溶性ポリマー、略称です。 白色のフレーク、綿状または粉末状の固体、無臭。 ポリビニルアルコールの物性は、化学構造、アルコール分解度、重合度によって影響されます。 ポリビニルアルコール分子には、1,3エチレングリコール構造と1,2エチレングリコール構造の2つの化学構造がありますが、主な構造は1,3エチレングリコール構造、すなわち「頭と尾」の構造です。

ポリビニルアルコールの相対密度(25度/4度) 1.27 - 1.31(固体)、1.02(10%溶液)、融点230度、ガラス転移温度{{9 }} 度、空気中で 200 度まで加熱すると、ゆっくりと色が変化し、100 度を超えると脆くなります。 160-170 ℃に加熱すると脱水およびエーテル化され、溶解性を失います。 200℃まで加熱すると分解し始めます。250℃を超えると、共役二重結合を含むポリマーになります。 屈折率1.49 - 1.52、熱伝導率0.2w/(m・K)、比熱容量1 - 5J/(kg・K)、抵抗率(3.1 - 3.8) ）×107Ω・cm。 これは水に可溶であり、完全に溶解するには通常65-75℃に加熱する必要があります。 ガソリン、灯油、植物油、ベンゼン、トルエン、ジクロロエタン、四塩化炭素、アセトン、酢酸エチル、メタノール、エチレングリコールなどに不溶。ジメチルスルホキシドにわずかに溶ける。 グリセリンに120 - 150度可溶。 しかし、室温まで冷やすとゼリー状になります。 ポリビニルアルコールを溶解するには、材料を室温の水に撹拌しながら加えます。 均一に分散させた後、温度を上げて溶解を促進します。これにより、凝集が防止され、溶解速度に影響を与える可能性があります。 ポリビニルアルコール（5%）の水溶液はホウ砂やホウ酸に非常に敏感で、ゲル化を起こしやすいです。 ホウ砂が溶液の質量の 1% に達すると、不可逆的な凝固が発生します。 クロム酸塩、重クロム酸塩、過マンガン酸塩でもポリビニルアルコールゲルを作ることができます。

分類の紹介

ポリビニルアルコールはアルコール分解によって作られる水溶性の一種です。 分子の主鎖には-CH-CH(OH)-基が含まれています。

重合度に応じて、超高度重合度（分子量25-30百万）、高重合度（分子量17-220000）、中重合度（分子量 12-150000) および低重合度 (分子量 2.5-350 万)。

アルコール分解の程度に応じて、完全アルコール分解（98-100% アルコール分解）、部分アルコール分解（87-89% アルコール分解）、78% アルコール分解の 3 つのタイプに分類できます。

ポリビニルホルマール繊維の主原料は、高度に重合度が高く加アルコール分解されたポリビニルアルコールです。 アルコール分解の程度が増加すると、水への溶解度は大幅に低下します。 ポリビニルアルコールの場合、一般に重合度の数千桁、数百桁が前に配置され、アルコール分解度が後ろに配置されます。 たとえば、ポリビニルアルコール 17-99 は、重合度が 1700、アルコール分解度が 99% であることを意味します。 一般に、重合度が高くなると水溶液の粘度が高くなり、製膜後の強度や耐溶剤性は向上しますが、水への溶解性や製膜後の伸びは低下します。

PVA 17-88 水溶液の粘度は、室温で時間の経過とともに徐々に増加します。 しかし、濃度8%の粘度は時間が経っても全く安定しています。 特殊な現象 c ポリビニル アルコールは優れたフィルム形成特性を持ち、水蒸気とアンモニアを除く多くのガスに対して非常に不快です。 耐光性に優れ、光の影響を受けません。 直火で燃やすと燃えることがあり、独特の臭いがします。 水溶液を保存すると有毒になる場合があります。 人間の皮膚に対して無毒で刺激性がありません。 ポリ酢酸ビニルの乳化重合における乳化安定剤として使用されます。 水溶性接着剤の製造に使用されます。 でんぷん系接着剤の改質剤として使用されます。 感光性接着剤やベンゼン耐溶剤性シーラントの製造にも使用できます。 離型剤、分散剤などとしても使用されます。涼しく乾燥した倉庫に保管してください。 防湿性と耐火性。

ポリビニル アルコール 17-92 は PVAl 7-92 と略され、白色の粒子または粉末です。 水に溶けやすく、溶解温度は75 - 80度です。 他のプロパティは基本的に PVA17-88 と同じです。 乳化重合の乳化安定剤として使用されます。 水溶性接着剤の製造に使用されます。 火気と湿気を避け、涼しく乾燥した倉庫に保管してください。

ポリビニルアルコール{{0}}はサイジング樹脂（サイジング樹脂）とも呼ばれ、PVAl7-99と略されます。 白色または淡黄色の粉末または綿状の固体。 ガラス転移温度は85度、ケン化価は3 - 12mgKOH/gです。 熱水には90 - 95度で溶けますが、冷水にはほとんど溶けません。 10%を超える濃度の水溶液は室温でゲル化して凍結し、高温で希釈して流動性を回復します。 粘度を安定させるために、溶液にチオシアン酸ナトリウム、チオシアン酸カルシウム、フェノール、ブタノール、その他の粘度安定剤を適量添加することができる。 PvAl7-99 溶液は PvAl7, 88 よりも砂によるゲルの影響を受けやすいです。溶液質量の 0.1% ホウ砂は 5% PVAl7-99 水溶液をゲル化し、同じ濃度のゲル化を引き起こします。 PVA17-88水溶液ゲル ホウ砂量は1%です。 同じ濃度および同じアルコール分解度のポリビニル アルコールの水溶液の場合、ホウ砂はホウ酸よりもゲル化する可​​能性が高くなります。 PVAl7-99 は、PVAl7-88 よりもベンゼン、塩素化炭化水素、エステル、ケトン、エーテル、炭化水素などの溶媒に対して耐性があります。 100度以上に加熱すると徐々に色が変化します。 150度以上では急速に変色し、200度以上では分解してしまいます。 ポリビニルアルコールはホウ酸を0.5～3％添加することで加熱による変色を抑えることができます。 耐光性に優れており、光の影響を受けません。 長鎖ポリオールのエステル化、エーテル化、アセタール化などの化学反応性を持ちます。 直火で燃やすと独特の匂いが漂います。 人間の皮膚に対して無毒で刺激性がありません。

ポリビニル アルコール 17-99B は、主に高粘度のポリビニル ブチラールの製造に使用されます。 サイジング材の分散剤として広く使用されています。 他のタイプの17-99はポリ酢酸ビニルの乳化重合用の乳化安定剤として使用されますが、その効果は17-88ほど良好ではありません。 通常、17-99 は 17-88 と混合されます。 17-99 は、ポリビニル ホルマール (主に l07 建築用接着剤) の水溶液の製造に使用されます。 17-99 は、ベンゼン耐溶剤性シーラントの製造にも使用されます。 湿気や火気を避け、涼しく乾燥した倉庫に保管してください。

有毒な影響

非毒性、非刺激性で皮膚アレルギーを引き起こしませんが、粉塵は目に刺激性があります。

製造方法

ポリビニルアルコールの製造ルートは原料によって分けられ、エチレン法とアセチレン法の2種類があります。

ポリビニルアルコールの製造ルートは原料によって大別され、エチレン法とアセチレン法の2種類があります。

1. エチレンの直接合成

石油分解エチレンの直接合成法は、日本クラレ株式会社（旧倉敷レーヨン株式会社）によって初めて開発に成功し、工業生産に使用されました。 現在、世界の PVA 製造プロセスルートはエチレン法が主流であり、その量は全生産能力の 72% を占めています。 米国はアセチレン法からエチレン法への転換を完了した。 日本もエチレン法が7割以上を占めているが、中国のエチレン法製造会社は2社のみである。

技術プロセスには、エチレンの取得、合成、精留、重合、酢酸ビニル (VAc) のポリ酢酸ビニル (PVAc) アルコリシス、酢酸とメタノールの回収が含まれます。

石油エチレンプロセスの特徴：アセチレンプロセスよりも生産規模が大きく、製品の品質が良く、設備の維持管理、清掃が容易で、熱利用率が高く、エネルギーの節約が明らかで、生産コストが高い。アセチレンプロセスよりも30％低い。

2. 天然ガス分解アセチレンの直接合成法

アセチレン合成法は、原料の違いにより炭化カルシウムアセチレン合成法と天然ガス分解アセチレン合成法に分けられます。

1. 炭化カルシウムアセチレンの合成法

最も早く工業化された生産である炭化カルシウムアセチレン合成法。

炭化カルシウムアセチレン法の特徴は、操作が簡単、収率が高く、副生成物の分離が容易であることです。 そのため、中国では現在もこの方法で生産している工場が10社あり、そのほとんどが高アルカリ法で生産しています。 しかし、このプロセスルートはエネルギー消費量が多く、品質が低く、コストが高いため、製造プロセスで生成される不純物による環境汚染もより深刻です。 コストは他の 2 つの方法で生産される PVA 800-1000 元 / t よりも高く、市場競争力に欠けており、徐々にプロセスが廃止されています。 諸外国の先進国は、1970 年代から低アルカリ生産プロセスを採用しています。

2. 天然ガス分解アセチレン

アセチレン直接合成法 天然ガス、石炭、電力が豊富な地域では、天然ガスアセチレン法が今も活力を持っています。 天然ガスのアセチレン法は欧州や北朝鮮などが主流で、中国も同法の生産施設を有する。

天然ガスアセチレンを原料とするボーデン法は技術が成熟しているだけでなく、総合利用に有利なアセチレンを生成します。 VAcの製造コストは、炭化カルシウムアセチレン法よりも50-70%低くなります。 しかし、天然ガスのアセチレンへの投資と技術的な困難はさらに大きい。

エチレン法、天然ガス法、アセチレン法にはそれぞれ長所と短所があります。 処理方法と特性を次の表に示します。

原料ルート 石油エチレン 天然ガス アセチレン 炭化物アセチレン

反応方法

固定床気相法 固定床気相法 沸騰床気相法

プロセス条件

温度 / 度 150 - 200 170 - 210 170 - 210

圧力/MPa 0.49 - 0.98 常圧 常圧

対気速度 / L · h-1 2040 - 2100 250 - 280 110 - 150

原料比（モル比） エチレン：酢酸：酸素= 9：4：1.5 C2H2：HAc= 1：7±1 C2H2：Hac= 1：3±1

触媒組成 パラジウム、金貴金属 Zn(Ac)2/活性炭 Zn(Ac)2/活性炭

触媒寿命 5 - 6 か月 3 か月 5 - 6 か月

技術的効果

一方向のコンバージョン率、% 15 - 20 60 - 70 30 - 35

時空収量 / t · (m3 · d) -1 6 - 8 2.0 - 2.5 1.0 - 1.3

利点 副生成物が少ない、装置の腐食性が低い、触媒活性が高い、製品品質が良い、熱エネルギー利用が良い、触媒が安くて簡単、副反応が少ない、技術が成熟している、投資が少ない、触媒が入手しやすい

欠点 貴重な触媒 アセチレンコストが高い アセチレンコストが高い

主目的

ポリビニルアルコールは広く使用されています。 重合反応における乳化安定剤、分散安定剤として使用できます。 接着剤としてデンプンや骨接着剤の代わりに使用できます。 製紙、繊維加工、木材加工、医療、皮革、建設、ガラス、包装、その他多くの業界で広く使用されています。 例: 繊維加工では、経糸サイジング剤、生地仕上げ剤 (繊維添加剤を参照) などとして使用できます。 紙の表面コーティングのための紙加工における顔料接着剤として、紙の表面塗布のための接着剤として。 医療では、医薬品の接着剤、懸濁液、コーティング材、軟膏基剤として使用され、さらには血漿の代替品としても使用されます。

医療用ポリビニルアルコール

ポリ酢酸ビニルの加水分解生成物です。 水酸基を多く含む白色の粉末で、水に溶けます。 優れた生体適合性と抗凝固特性を持っています。 紫外線を照射した架橋ヒドロゲルは、眼の硝子体腔に注入して充填するために使用されます。 結晶性ハイドロゲルは、人工軟骨材料として使用できるほか、止血繊維、避妊用フィルム、眼球用フィルムとしても使用できる。

ポリビニルアルコール樹脂

ポリビニルアルコール樹脂シリーズの製品は白色固体で、外観は綿状、粒状、粉末状の3種類に分けられます。 無毒、無臭、無公害で、80-90 度の水に溶解します。 その水溶液は優れた接着性とフィルム形成特性を備えています。 油、潤滑剤、炭化水素などのほとんどの有機溶媒に対して耐性があります。 長鎖ポリオールのエステル化、エーテル化、アセタール化などの化学的特性を持っています。

製造方法：酢酸ビニルをケン化して作られます。

用途：主に繊維業界の経糸サイジング、繊維仕上げ剤、ビニロン繊維原料に使用されます。 107 接着剤、内外壁コーティング、建設および装飾産業の接着剤。 化学工業、アセタール、ブチラール樹脂における重合乳化剤、分散剤、ポリビニルホルマールとして使用されます。 製紙業界で紙の接着剤として使用されます。 農業における土壌改良剤、農薬付着相乗剤、ポリビニルアルコールフィルムとして使用されます。 日用化粧品や高周波焼入剤などにも使用されています。

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