폴리바이닐 알코올

3. 제조 방법

PVA는 단위체의 중합 반응으로 만들지 않는다. 단량체인 비닐 알코올은 아세트 알데하이드로의 이성질화에 대해 열역학적으로 불안정하기 때문이다.^[14] 그 대신 아세테이트 제거를 위하여 아세트산 폴리비닐의 부분, 완전 가수분해로 만든다.^[14] PVA는 폴리비닐 아세테이트의 가수분해로 제조되거나^[14], 때로는 아세테이트 대신 포름산염 또는 클로로아세테이트 그룹을 가진 다른 비닐 에스테르 유래 중합체로 제조된다. 폴리비닐 에스테르의 변환은 일반적으로 에탄올을 이용한 염기 촉매 에스테르 교환 반응으로 수행된다.

: [CH₂CH(OAc)]_''n'' + C₂H₅OH → [CH₂CH(OH)]_''n'' + C₂H₅OAc

중합체의 특성은 에스테르 교환 반응의 정도에 영향을 받는다.

무연탄과 석회석을 써서 만들기도 했다. 하지만 북한을 제외한 국가에서는 그렇게 만들지 않는다. 석탄으로 만든 PVA는 비닐론이라는 이름으로 불린다.

2006년 전 세계 폴리비닐 알코올 소비량은 100만 톤이 넘었다.^[6] 주요 생산 기업으로는 쿠라레이와 세키스이 특수 화학이 있으며, 중화인민공화국은 지난 10년 동안 대규모 생산 시설을 다수 설치하여 현재 세계 생산 능력의 45%를 차지한다.

4. 구조 및 특성

폴리바이닐 알코올(PVA)는 (-CH₂CH(OH)-)ₙ의 화학식을 가지는 고분자 화합물이다. 분자 내에 많은 수산기(-OH)를 가지고 있어 물에 잘 녹는 성질을 가진다. PVA는 무정형 물질로 결정성을 나타낸다. 미세 구조 측면에서 볼 때, 주로 1,3-디올 결합 [−CH₂−CH(OH)−CH₂−CH(OH)−]으로 구성되지만, 비닐 에스터 전구체의 중합 조건에 따라 1,2-디올 [−CH₂−CH(OH)−CH(OH)−CH₂−]이 몇 % 발생한다.^[14]

폴리비닐 알코올은 우수한 피막 형성, 유화 및 접착 특성을 가지고 있다. 또한 오일, 그리스 및 용매에 강하다. 높은 인장 강도와 유연성뿐만 아니라 높은 산소 및 향료 차단 특성을 가지고 있다. 그러나 이러한 특성은 습도에 따라 달라진다. 습도가 높을 때 흡수된 물은 가소제 역할을 하여 고분자의 인장 강도를 감소시키지만 신장률과 찢김 강도를 증가시킨다.

폴리비닐 알코올은 요오드 액에 대해 적색~청색의 발색 반응을 나타낸다. 이는 요오드 전분 반응과 마찬가지로 요오드분자가 폴리비닐 알코올의 나선 구조로 들어가는 것에 의한 것이다.

5. 용도

폴리비닐 알코올(PVA)은 다양한 산업 분야에서 널리 사용된다.

== 의료 분야 ==

폴리비닐 알코올(PVA)은 생체 적합성, 낮은 단백질 부착 경향, 낮은 독성을 지녀 다양한 의료 분야에서 활용된다.^[5] 연골 대체재, 콘택트 렌즈, 안약 등에 사용된다.^[5]

의학적으로 PVA 기반 미세 입자는 FDA 510(k) 승인을 받아 말초 고혈관 종양에 사용되는 색전술 입자로 사용되고 있다.^[9] 자궁 근종 색전술(UFE)의 색전제로도 사용될 수 있다.^[10] 생명 공학 연구에서 PVA는 연골, 정형외과 적용 분야,^[11] 및 혈관 이식을 위한 잠재적 재료로 연구되었다.^[12] PVA를 결합 물질로 사용하여 약물 방출 특성이 변형된 약물 함유 정제를 만들 수 있다.^[8]

2019년에는 백혈병 치료에 사용되는 조혈모 세포를 늘리기 위한 배양액의 성분으로서 폴리비닐 알코올이 혈청 알부민의 대체 물질로 유용하다는 연구 결과가 발표되었다.^[28] 폴리비닐 알코올은 액상 풀의 재료로 대량 생산되어 저렴하고 고품질의 등급을 입수할 수 있어 줄기 세포 치료의 비용 절감에 기여할 것으로 기대된다.^[28]

암세포에 붕소 화합물 약제를 주사하여 중성자를 쏘아 암세포를 파괴하는 방사선 치료에서, 약제에 폴리비닐 알코올을 섞으면 약제가 머무르는 시간이 길어져 치료 효과가 향상된다.^[29]

== 산업 분야 ==

폴리비닐 알코올(PVA)은 현탁 중합 보조제 및 보호 콜로이드(PVAc 분산 제조)로 사용된다.^[6] 일본에서는 비닐론 섬유 생산에 주로 사용되며,^[6] 조선민주주의인민공화국에서도 자급자족을 위해 생산된다.^[6] 사진 필름^[7], 적층 제조(3D 프린팅)^[8], 가정용 스펀지, 병리학에서 현미경 검사를 위한 대변 검사 표본 준비^[13] 등에도 사용된다.

접착제나, 바인더 (일명 "접착제"), 풀 , FRP 성형 등의 이형제, 콘택트렌즈 착용약, 정제 등의 제조 과정에서의 결합제로 이용될 뿐만 아니라, 그 강한 친수성을 살려 계면활성제로도 이용된다. 폴리비닐 아세테이트나 아크릴 수지 등을 주성분으로 하는 에멀젼계 접착제를 제조할 때의 유화제로도 널리 사용된다. 비닐론 섬유나 편광 필름의 재료로도 사용된다.

문구로서 액상 풀("아라비아 풀"이나 "오글루" 등)의 주성분이다. 또한 물에 녹는 성질을 이용하여, 일본에서는 뒷면 풀 방식의 우표에도 사용되고 있다.

논용 제초제의 점보제 (논둑에서 논에 던져 넣는 제)도 비슷한 예이며, 논에 들어가지 않고 살포할 수 있고, 약제가 공중에 비산하지 않기 때문에, 사용자에게 안전하고, 덜 드는 농약의 제형으로서, 최근에는 자주 이용되고 있다. 벼용 살충제나 살균제에도 비슷한 제형이 있지만, 이것들은 팩제라고 불리며, 또한 밭용 살충제나 살균제 등의 수화제나 수용제에서도, 계량을 간편화함과 동시에 약액 조제 시의 비산을 방지할 목적으로 비슷한 필름으로 소분 포장된 제(WSB제)가 있다. 이 예는 농약 이외의 약품(방역용 살충제 등)에서도 볼 수 있다.

또한, 변기 탱크에 넣는 방향 세정제의 외장 필름에도 사용되고 있다. (손을 더럽히지 않고 투입할 수 있을 뿐만 아니라, 방향 세정제를 탱크 바닥에 정착시키는 바인더의 역할도 한다. 이 때문에, 필름을 벗겨 넣으면 안 된다.)

슬라임을 만드는 데 붕사와 함께 사용되기도 한다. 비눗방울을 깨지기 어렵게 하기 위해 폴리비닐 알코올 (풀)이 비눗방울액에 첨가되는 경우가 있다.

== 기타 ==

폴리비닐 알코올(PVA)은 접착제, 바인더, 풀, FRP 성형 이형제, 콘택트렌즈 착용약, 정제 등의 제조 과정에서의 결합제 및 계면활성제(유화제)로 널리 사용된다.^[5] 폴리비닐 아세테이트나 아크릴 수지 등을 주성분으로 하는 에멀젼계 접착제를 제조할 때 유화제로도 사용되며, 비닐론 섬유나 편광 필름의 재료로도 사용된다.^[6]

문구용 액상 풀("아라비아 풀]]/

쇼와 20년대부터 문화재 수복 현장에서 오래된 그림의 박리 방지 코트로 사용되었으나, 폴리비닐 알코올의 경년 열화에 의한 재박리, 백화, 불용화가 문제가 되었다. 열화된 폴리비닐 알코올은 물이나 용제에 의한 제거가 어려웠지만, 2010년대에 분해 효소에 의한 제거 방법이 개발되었다.^[26][27]

젤볼이나 시트형 세탁기용 세제, 논용 제초제 점보제, 벼용 살충제/살균제 팩제, 밭용 살충제/살균제 WSB제, 변기 탱크 방향 세정제 외장 필름 등에도 사용된다.

슬라임 제조 시 붕사와 함께 사용되기도 하며, 비눗방울을 깨지지 않게 하기 위해 비눗방울액에 첨가되기도 한다.

2019년에는 백혈병 치료에 사용되는 조혈모 세포 배양액의 성분으로서 혈청 알부민 대신 폴리비닐 알코올이 유용하다는 연구 결과가 발표되었다.^[28]

암세포에 붕소 화합물 약제를 주사하여 중성자를 쏘아 암세포를 파괴하는 방사선 치료 (BNCT)에서 약제에 폴리비닐 알코올을 섞으면 치료 효과가 향상된다는 연구 결과가 2020년에 발표되었다.^[29]

5. 1. 의료 분야

5. 2. 산업 분야

5. 3. 기타

6. 안전성 및 환경 고려 사항

폴리비닐 알코올은 널리 사용되므로 독성 및 생분해성에 대한 관심이 높다. 물 1L당 500mg의 폴리비닐 알코올 농도에서도 물고기(구피)에게 해가 없는 것으로 나타났다.^[14]

중합도와 가수분해 정도에 따라 다양한 등급의 PVA가 있으며, 이는 물리적 및 화학적 특성뿐만 아니라 생분해성에 영향을 미친다.^[14] PVA 수용액은 더 빠르게 분해되므로, 수용성이 높은 PVA 등급일수록 생분해 속도가 빠른 경향이 있다.^[15] 모든 PVA 등급이 쉽게 생분해되는 것은 아니지만, 연구에 따르면 세제에 사용되는 것과 같은 고수용성 PVA 등급은 OECD 스크리닝 테스트 조건에 따라 쉽게 생분해될 수 있다.^[16]

경구 투여된 PVA는 비교적 무해하며,안전성은 다음과 같은 관찰 결과에 근거한다:^[17]

• 폴리비닐 알코올의 급성 경구 독성은 매우 낮으며, LD(50)는 15-20g/kg 범위이다.
• 경구 투여된 PVA는 위장관에서 흡수가 매우 적다.
• PVA는 경구 투여 시 인체에 축적되지 않는다.
• 폴리비닐 알코올은 돌연변이성 또는 염색체 이상 유발성이 없다.

7. 폴리비닐 아세탈

아세탈은 폴리바이닐 알코올(PVA)을 알데히드로 처리하여 제조된다. 뷰티르알데히드와 포름알데히드는 각각 폴리비닐 부티랄(PVB)과 폴리비닐 포르말(PVF)을 생성한다. 폴리비닐 부티랄의 제조는 미국과 서유럽에서 폴리비닐 알코올의 가장 큰 사용처이다.

참조

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_[3] 논문 Recent Advances in Starch, Polyvinyl Alcohol Based Polymer Blends, Nanocomposites and Their Biodegradability
_[4] 논문 Freeze/thawed polyvinyl alcohol hydrogels: Present, past and future https://www.scienced[...] 2022-02-05
_[5] 논문 A review of polyvinyl alcohol and its uses in cartilage and orthopedic applications 2012-07
_[6] 간행물 SRI Consulting CEH Report Polyvinyl Alcohol SRI Consulting 2007-03
_[7] 서적 Characterization and Failure Analysis of Plastics ASM International
_[8] 논문 3D Printed Polyvinyl Alcohol Tablets with Multiple Release Profiles 2019-08
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_[11] 논문 A review of polyvinyl alcohol and its uses in cartilage and orthopedic applications https://onlinelibrar[...] 2012-07
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_[14] 서적 Polyvinyl Compounds, Others
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_[29] 웹사이트 「液体のり」放射線治療でも期待の星　がん細胞ほぼ消失 https://www.asahi.co[...] 朝日新聞 2020-01-23
_[30] URL http://www.hani.co.k[...]