ポリ塩化ビニル（PVC）の基本特性と用途

2025,12,01

ポリ塩化ビニル（PVC）の基本特性と用途

ポリ塩化ビニル (PVC) は、ポリエチレン分子の水素原子が塩素原子に置き換わって形成され、直鎖状の分子鎖構造 (CH₂CHCl)_ₙ) を示すポリマーとみなすことができます。。塩化ビニルモノマー (VCM) は、鎖内で頭から尾へ結合しています。全体として、PVC は部分的に結晶性の非晶質ポリマーとして分類されます。通常、製品は淡黄色の半透明の外観を呈し、光沢のある仕上がりになっています。

I. 歴史的発展 PVC の発展は 2 世紀近くにわたり、主に次の段階に分かれています。

1.初期の発見（19世紀）それぞれ1835年と1872年に、フランスの化学者V.レニオとオイゲン・バウマンは、塩化ビニルが太陽光の下で白色の固体（つまりPVC）に変化することを発見しましたが、当時は実用化はありませんでした。

2.産業の躍進 (1920 年代～1930 年代) 1912 年から 1926 年にかけて、ドイツの化学者フリッツクラッテが初めて PVC を合成し、特許を申請しましたが、商業化は困難であることが判明しました。 1926 年、アメリカの BF Goodrich Company の Waldo Semon は、可塑剤 (材料の柔軟性を高める添加剤) を添加する技術を発明し、PVC の加工を容易にし、その工業化を推進しました。

3.原料と技術革新（1950年代～1960年代） 1956年、フランスのサンゴバン社がより簡略化した塊状重合法を開発しました。 1960年代には、原材料の生産が高価な「炭化カルシウム・アセチレンプロセス」から石油ベースの「エチレンオキシ塩素化プロセス」に移行し、製造コストが大幅に削減されました。

4.安全性の課題と対応 (1970 年代から現在) 1970 年代の研究により、残留塩化ビニルモノマー (VCM) が発がん性のリスクであることが特定されました。技術の改善により、業界は VCM 含有量を極めて低いレベルに削減しました (たとえば、食品および医療グレードでは通常、1 ppm 未満が必要です)。 1960 年代後半以降、PVC の生産はポリエチレンに追い抜かれましたが、その豊富な原材料、バランスの取れたコスト、幅広い用途により、今日に至るまで世界で最も重要なプラスチックの 1 つであり続けています。

II. PVCの分類

1.PVCは用途に応じて、汎用PVC樹脂、高重合度PVC樹脂、架橋PVC樹脂に分類されます。汎用 PVC 樹脂は、開始剤の作用下で塩化ビニルモノマーを重合させることによって形成されます。高重合度PVC樹脂とは、塩化ビニルモノマーの重合系に鎖延長剤を添加して重合した樹脂を指します。架橋PVC樹脂は、ジエンとポリエンを含む架橋剤を塩化ビニルモノマー重合系に添加することによって製造されます。

2.塩化ビニルモノマーの入手方法により、炭化カルシウム法、エチレン法、輸入モノマー法（EDC、VCM）に分類されます（従来、エチレン法と輸入モノマー法を総称してエチレン法と呼んでいます）。

3. 重合方法に基づいて、ポリ塩化ビニルは懸濁 PVC、エマルション PVC、バルク PVC、溶液 PVC の 4 つの主要なカテゴリに分類されます。サスペンション PVC は最大の生産量を占め、PVC 総生産量の約 80% を占めます。サスペンション PVC は絶対粘度に基づいて 6 つのグレードに分類されます: XS-1、XS-2...XS-6。 XJ-1、XJ-2…XJ-6。グレード内の文字は次のことを示します。 X - サスペンションプロセス。 S - ルーズタイプ。 J - 高密度タイプ。

4.PVC プラスチックは一般に可塑剤の含有量によって分類されます。 - 非可塑化 PVC: 可塑剤 0% - 硬質 PVC: 可塑剤 10% 未満 - 半硬質 PVC: 可塑剤 10 ～ 30% - 軟質 PVC: 可塑剤 30 ～ 70% - PVC ペースト: 可塑剤 > 80% 硬質 PVC と軟質 PVC の特性を以下の表で比較します。

Ⅲ．性能特性

• 物理的特性: ポリエチレンよりも優れた透明性。比重が1を超えると水に沈みます。硬い製品は剛性を発揮し、柔軟な製品は弾力性を発揮します。

• 機械的特性: 機械的強度は高いが、低温では低下します。硬質 PVC パイプは、流体抵抗が最小限の滑らかな壁を備えています。

• 熱特性: 熱安定性が低いため、加工中に熱安定剤が必要です。柔軟な製品は通常 45°C 以下の温度に耐えますが、硬い製品は 60°C 以下の温度に耐えます。

• 燃焼特性: 火から離すと自己消火します。炎のベースは緑色に見えます。刺激性の塩化水素ガスを放出します。

• 化学的特性: 酸およびアルカリによる腐食に耐性があります。有機溶剤に敏感。パイプは水質に影響を与えず、飲料水システムに適しています。

・電気的特性：電気絶縁性に優れています。

• 安全性: 鉛塩安定剤を含む製品は有毒であり、食品包装には適していません。

IV. PVC の改質方法 PVC は極性の非結晶性ポリマーであり、熱安定性が低く、加工特性が難しいため、実用化するには改質が必要です。

主な方法には次のようなものがあります。

• 化学修飾: 塩化ビニルコポリマーまたは塩素化ポリ塩化ビニル (CPVC) を形成するための共重合など。

• ブレンド改質: 他のポリマーとブレンドして PVC アロイを生成します。

• 充填および補強の変更: 機械的特性を向上させたり、コストを削減したりするために充填剤を追加します。

• ナノコンポジット改質: ナノマテリアルを利用して性能を大幅に向上させ、最先端のテクノロジーを代表します。これらの方法は「処方」によって実現されます。工場では、PVC 樹脂と添加剤および充填剤を要件に応じて混合し、混合物をペレット化し、さまざまな特性を備えた改質材料を製造します。したがって、配合技術は PVC 生産能力の重要な指標となります。

V. 応用分野

1. プロファイルと特殊な形状のプロファイル

●用途：ドア、窓、建築省エネ材。

• 機能: これは PVC の最大の消費部門を表しており、その耐久性、エネルギー効率、高い費用対効果により国内外の建設市場を支配しています。