10. 고분자 소개 - 폴리비닐알코올 (Polyvinyl Alcohol, PVA)

 

 

폴리비닐알코올 (Polyvinyl Alcohol, PVA)

 

 

① 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA)란? 

 

폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA)은 비닐 알코올 단위로 이루어진 고분자 화합물입니다. PVA는 천연고분자로 알려진 셀룰로오스를 가공하여 만들어진 합성 고분자입니다. 또한, 비닐 아세테이트를 가공한 후 염화수소로 가수 분해하여 얻을 수도 있습니다. PVA는 맑고 무색의 고체로, 물에 잘 녹는 특성을 가지고 있습니다. 이는 수용성이 뛰어나며, 물에 대한 흡수 및 스스로 물과 결합하는 성질을 가지고 있습니다. 또한, 화학적으로 안정하며 열과 강산, 알칼리에 대한 저항성도 있습니다.

PVA는 다양한 산업 분야에서 널리 활용되며, 추가적으로 다음과 같은 용도로 사용됩니다:

- 텍스타일 산업: PVA는 직물의 표면을 보호하고 표면 감촉을 개선하기 위해 텍스타일 가공에서 사용됩니다. 염색 및 인쇄 프로세스에서 필요한 안정성을 제공하며, 텍스타일의 내구성과 견딜 수 있는 성능을 향상시킵니다.

- 종이 산업: PVA는 종이 제조 과정에서 톱밥 분산, 크랙 방지, 표면 표준화 등의 목적으로 사용됩니다. 종이의 피복, 표면 강화, 물 흡수 조절 등에 도움이 되며, 종이 제조 공정에서 환경 친화적인 대안으로 간주됩니다.

- 식품 산업: PVA는 식품 산업에서 안전한 식품 포장재 및 가공 보조제로 사용됩니다. 식품 포장재로는 플라스틱 필름, 코팅 등이 있으며, 음식 표면의 보호와 신선도 유지를 위해 사용됩니다.

- 건축 및 시공 산업: PVA는 건축 산업에서 시멘트, 페인트, 접착제, 밀봉재, 방수 처리 등에 사용됩니다. 건축 자재의 특성을 향상시키고 내구성을 향상하며, 표면 보호와 방수 효과를 제공합니다.

- 화장품 산업: PVA는 화장품 제품의 안정성을 향상시키는 데 사용됩니다. 피부 관리 제품에서는 점성 조절, 수분 공급, 보습 효과를 제공하며, 화장품의 텍스처 개선과 성분 안정성을 증진시킵니다.

폴리비닐알코올(PVA)은 다양한 산업 분야에서 그 특성과 다용도성으로 인해 널리 사용되고 있으며, 이는 그 유연성과 우수한 물 흡수 및 점착성 특성에 기인합니다.

 

 

 

② PVA의 특성

 

- 높은 수용성: PVA는 물에 높은 수용성을 가지고 있습니다. 물에 쉽게 분산되어 점착성을 가지며, 물에 잘 녹는 특성을 가지고 있습니다. 이로 인해 다양한 용도에서 수용성 폴리머로 사용될 수 있습니다.

- 저폭성 및 투명성: PVA는 비닐 알코올 구조로 인해 저폭성을 가지며, 높은 투명성을 보입니다. 투명한 필름이나 코팅으로 사용될 때 물체의 시각적 효과를 유지하면서 보호 기능을 제공할 수 있습니다.

- 화학적 안정성: PVA는 일반적인 화학 물질에 대해 화학적으로 안정하며, 알칼리, 산, 유기 용매 등에 대해 우수한 내성을 가지고 있습니다. 이로 인해 다양한 환경에서 안정성을 유지하며 사용할 수 있습니다.

- 저독성: PVA는 저독성 물질로 알려져 있습니다. 인체에 대한 유해한 영향이 적고, 식품 포장재와 같이 식품 접촉에 사용되는 용도로도 적합합니다.

- 점착성: PVA는 점착성이 뛰어나며, 접착제와 함께 사용될 때 효과적인 접착력을 제공합니다. 이는 종이, 나무, 플라스틱 등 다양한 재료를 접착하고 강력하게 고정하는 데에 유용합니다.

- 의약품 호환성: PVA는 의약품 산업에서 안전한 재료로 사용될 수 있습니다. 약물과의 호환성이 뛰어나며, 피막 코팅, 캡슐 제조, 의약품 분산체 등에 사용될 수 있습니다.

- 열 안정성: PVA는 일반적으로 낮은 열 안정성을 가지고 있습니다. 그러나 열 안정제와 혼합하여 열 강화형 PVA를 만들 수 있습니다.

 

 

 

③ PVA의 가공 방법

 

- 용해: PVA는 물에 잘 용해되므로, 물 용액을 사용하여 용액 상태로 변환할 수 있습니다. 이를 위해 PVA를 원하는 비율로 물에 넣고 잘 저어주면 PVA가 물에 녹아 용액을 형성합니다. 이 용액은 다양한 용도로 사용될 수 있습니다.

- 필름 형성: 용액 상태의 PVA를 필름으로 형성하는 방법도 일반적입니다. 용액을 코팅 또는 몰딩 기술을 사용하여 원하는 형태로 적층 하고, 그 후 물기를 제거하여 필름을 형성합니다. 이 필름은 투명하고 유연성이 있어 다양한 용도에 사용될 수 있습니다.

- 캐스팅: PVA 용액을 특정 모양의 형틀에 주입하여 고형화시키는 방법도 있습니다. 이러한 캐스팅 공정을 통해 PVA를 필름, 시트, 막 등의 형태로 제조할 수 있습니다.

- 섬유 제조: PVA는 섬유 형태로도 가공될 수 있습니다. 스핀들링(Spinning)이라는 기술을 사용하여 PVA 용액을 섬유로 뽑아내고, 고형화 시켜 섬유를 형성합니다. 이러한 PVA 섬유는 텍스타일 산업 등에서 사용됩니다.

- 3D 프린팅: 최근에는 PVA가 3D 프린팅에도 사용되고 있습니다. PVA 용액을 3D 프린터에서 직접 출력하여 원하는 형태의 객체를 만들어낼 수 있습니다. 이후 PVA는 특정 처리 과정을 통해 제거되며, 3D 프린팅 과정에서 지지 구조 또는 임시 템플릿으로 사용됩니다.

폴리비닐알코올(PVA)의 가공 방법은 다양한 용도와 요구에 따라 다르며, 위에서 언급한 방법은 일반적으로 사용되는 방법의 일부에 불과합니다. 실제 가공 공정은 제품의 목적과 특성에 따라 다양하게 조절될 수 있습니다.