PVA
1. 금속 용어
금속 가공 용어로서, 연마 작업의 한 부분이다.
2. 플라스틱
[image]
폴리비닐알코올의 영문 약자. 대표적인 수용성 합성고분자로, 북한에서 툭하면 선전해대는 바로 그 비날론이 바로 이걸 섬유화한 것이다. 물과 접촉하면 녹는 성질이 있다. 식품포장재, 변기세정제 포장재, 종이첨가제 등 여러가지 용도로 사용된다.비닐알코올(vinyl Alcohol; CH2=CHOH)이 대기 중에서 알데히드(aldehyde)와 알코올(alcohol)로 가역적으로 변화하기 때문에, 비닐알코올이 아닌 비닐아세테이트(vinyl acetate)로 라디칼중합하여 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate, PVAc)를 얻은 후[1] 이를 가수분해 혹은 알코올을 첨가하여 alcoholysis 하여 생산한다. [2] 분자구조가 탄소 두개 당 수산기 하나 붙어있는 간단한 형태[3]로 존재하나, 실제로는 검화도[4]에 따라 99% 가수분해되었거나 10~20%가 가수분해 안된 상태로 판매한다. 대체적으로 수산기 때문에 친수성을 보이며, DMSO(dimethyl silfoxide), NMP(N-methyl pyrrolidinone) 같은 일부 극성유기용매를 제외하면 녹일 수 있는 유기용매가 없다. 수용성 고분자로써 대부분의 유기용매에 대해 아주 우수한 저항성을 보이기 때문에 내용매성 코팅에 사용된다. 또한 미생물에 의해 생분해가 가능하다는 점[5] 때문에 식품포장재료로도 사용되고, 물에 녹을 수 있다는 점 때문에 종이나 휴지의 첨가제(바인더로 사용된다)로 사용하기도 한다.
다만 직물로서는 별로 안좋은데 일단 고분자 사슬에 달린 수산기가 사슬 간의 수소결합을 형성하기 때문에 결정성이 높고 이로 인해 잘 늘어나지 않아 뻣뻣한 질감을 가지기 쉽다. 더불어 섬유를 뽑는 과정에서 응고욕[6]을 써야하여 물을 많이 소모하며, 최종적으로 화학적으로 가교하는 과정에서 포름알데히드 같은 독성물질을 사용하는 경우가 많아 이래저래 합성고분자 치고는 제조공정에 타산성이 안맞는 고분자이다.
생산 시 한번에 합성되는게 아니라 전구체를 합성하고 가수분해해서 얻어진다는 점과 곰팡이나 세균에 의한 생분해가 가능하다는 점 때문에 합성고분자 치고는 여러모로 특이한 경우에 속한다.
PVAc가 아닌 PVC나 PVDF 같은 비닐고분자를 강알칼리로 처리하면 PVA를 만들 수 있지 않겠느냐[7] 궁금해하는 사람이 있을 수 있는데, PVAc와 달리 PVC, PVDF와 같은 할로겐 원소가 붙은 비닐고분자는 탄소와 할로겐 원소의 공유결합이 강하여 반응성이 낮으므로 PVA 생산으로써 적합하지가 않다. [8]
수산기가 많아서 화학적으로 불안정할 것 같지만, 높은 결정성 때문에 내화학성이 어느정도 있는 편이며, 산화된 수산기가 알데히드나 케톤이 되어 주변의 수산기와 반응해서 키탈을 만들 수 있다는 점(즉 산화과정에서 가교가 될 수 있다) 때문에 실질적으로 산, 알칼리, 산화제에 대한 저항성이 뛰어나다. 허나 친수성 고분자이기 때문에 아무래도 그릇이나 플라스틱 젓가락, 수저를 만드는 데는 사용되지는 않는다. [9]
세계적으로 일본에서 많이 생산하고 있으며[10], 한국에서는 과거 생산을 했으나 현재는 거의 포기한 상태이다. LCD에 들어가는 편광필름을 만들 때 많이 사용되었다.
[1] 폴리에틸렌 중합과 비슷하게 금속염화물 촉매를 사용하는 경우가 많고, 이때문에 PVA에서 중금속이 검출되는 경우가 있다.[2] 이 과정에서 아세트산나트륨이나 잔여아세트산이 남기 때문에 PVA는 시큼한 냄새가 나는 경우가 많다.[3] PVAc 중합과정에서 vinyl acetate의 tautomerization에 의해 작용기가 교대로 붙지 않고 연달아 붙을 수 있고, 이로 인해 수산기가 연달아 붙은 구조가 섞여 있다. 즉 PVA의 일반적인 구조식이 탄소 2개에 OH가 1개이나 실제 구조식은 탄소 2개의 OH가 1개인 부분과 PVAc로 이루어진 부분 그리고 탄소 2개에 OH가 2개인 부분이 혼재되어 있다.[4] 비누화도(soponification), 가수분해도(degree of hydrolysis)라고도 한다.[5] Pseudomonas 속의 세균들이 PVA를 분해하는 효소를 분비할 수 있다고 알려져 있으며, 이외에도 수많은 PVA 분해 관련 곰팡이/세균이 동정되어왔다.[6] Coagulation bath라 하여, 고분자를 침전시키는 과정이다. 섬유를 만드는 과정 중 습식방사라는 방법에서 사용된다.[7] -CH2CHCl- + NaOH → -CH2CHOH- + NaCl[8] 소위 가성비가 심각하게 안좋다.[9] 아무리 가교를 하였다한들 잔여 수산기가 물을 흡수할 수 있기 때문에 성형 후 뒤틀림 발생할 수 있다.[10] PVA의 합성 및 응용 분야에서는 일본을 따라올 나라가 별로 없다. 2차세계대전 때부터 상업적 생산이 가능한 공정을 개발했음은 물론이고 지금까지 꾸준히 PVA를 생산하여 팔고 있다.