폴리비닐알콜(PVA) 솔루션 만들기 solution preparation

폴리 비닐 알콜 (PVA) 용액의 제조

PVA란? 

폴리 비닐 알콜 (PVA, 때로는 PVOH라고 함)은 접착제, 도료, 실란트, 코팅제, 섬유, 플라스틱 등에서 널리 사용되는 수용성 중합체입니다. 일반적으로 중합체는 분말 형태로 공급되며 점도 및 용해도 특성에 따라서 구분을 합니다. 가끔은 폴리비닐아세테이트하고 혼동하기도 하는데요. 폴리비닐 아세테이트는 PVA나 PVAc로 불립니다. PVAc 유제는 접착제, 도료 및 다양한 코팅에도 사용되지만 가공은 다소 다릅니다. 개인적으로는 PVA를 통한 SMP(형상기억폴리머)나 self-healing hydrogel(자가치유하이드로겔)을 제작하기 위해서 사용하고 있습니다.

솔루션 준비 과정

PVA는 뜨거운 물과 차가운 물에 모두 용해됩니다. 솔루션은 일반적으로 다음과 같이 준비됩니다. 

1. 가루가 끈적 거림을 일으키고 덩어리를 형성하는 경향이 온도가 상승함에 따라 증가함에 따라 덩어리의 형성을 피하기 위해 차가운 ​​물에 분말을 천천히 첨가합니다. 

2. RT보다 (주위 온도) 낮은 온도의 물을 사용할 수 있습니다.

3. 일단 분말이 완전히 분산되면 혼합물은 고분자가 가용화 온도인 194- 208ºF (90 ~97.7 ºC) 로 가열합니다. (사용 된 PVA의 등급에 따라 다름)

4. PVA가 완전히 용해 될 때까지 이 온도에서 계속 섞어줍니다. 보통 교반 시스템에서 시행하면 됩니다. 재료 및 효율의 등급에 따라 달성하는데 다소 시간이 걸릴 수 있습니다.

PVA솔루션 준비의 어려운점과 주의사항

사실 PVA의 경우 유독 녹이기가 쉽지가 않습니다. 수용액을 만들 수 있다고 하는데도 불구하고 (높은 온도에서) 생각보다 잘 뭉치고 안되는 경우가 많습니다. 일반적으로 재래식 믹서나 교반기를 사용하면 발생하기 쉬운 문제가 있습니다. 솔루션의 점도가 상승하기 시작함에 따라 분말의 혼입이나 분산이 점점 어려워집니다. 일단 덩어리가 지면 교반만으로 쉽게 풀어지지가 않기때문에 가용화를 완결시키기 위해 긴 혼합 시간이 필요합니다. 또한 교반을 너무 강하게 하면 에어레이션이 발생할 수가 있습니다. 또한 Stirrer가 돌아가게 되면 중간 부분의 온도가 떨어지기 때문에 잘 녹지 않는 문제가 발생하기도 합니다. 그렇기때문에 solvent로 사용하는 물의 양과 그에 따른 적절한 용기 등이 중요합니다.

결론

전반적으로 원하는 솔루션에 전체적으로 물과 섞어준 다음에 Stirring을 하면서 온도를 90도에서 95도로 올리는 것이 가장 좋은 방법으로 보입니다. 중간에 에어레이션이나 여기저기 뭉치는 것을 주의해야 할 것 같습니다. 

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아래는 실버슨의 고전단 믹서를 용하면 대량으로 사용시에 도움이 된다는 아이디어 

Silverson 고 전단 믹서는 PVA 분말을 뜨거운 물에 분산시키고 용해시켜 기존의 방법으로 얻은 것의 일부분으로 혼합 시간을 단축시킵니다. 일반적인 운영 절차는 다음과 같습니다. 

스테이지 1

용기를 뜨거운 물로 채우고 믹서를 작동시킨다. PVA는 물에 첨가되어 급속히 습윤되어 액체에 혼입됩니다. 로터의 고속 회전은 믹서의 작업 헤드에 재료를 끌어들이는 강력한 흡인력을 생성합니다.

2 단계

원심력은 소재를 워크 헤드 주변으로 이동시켜 로터와 고정자 사이의 틈에서 강렬한 높은 전단을받습니다. 고정자의 구멍을 통해 빠져 나가 믹스 안으로 다시 투영됩니다. 모든 응집체는 빠르게 분산됩니다. 

3 단계

신선한 재료가 동시에 워크 헤드로 그려져 순환 패턴이 설정됩니다. 용기의 전체 내용물은 작업 헤드를 통해 여러 번 통과하여 점차적으로 응집체를 분해하고 용해 과정을 가속화합니다.

이점들

뜨거운 물에 PVA를 분산 시키면 가열 단계가 없어져 공정 ​​시간이 크게 단축됩니다.

파우더가 신속하게 분산되어 작업자의 실수를 방지합니다.

점도 상승이 시작되기 전에 분말이 완전히 분산됩니다.

모든 응집체는 강렬한 고 전단 혼합에 의해 분해되어 가용화가 가속화되고 배치 일관성이 개선됩니다.

 

일반적으로 PVA 용액은 대량으로 제조됩니다. 인라인 믹서는 일반적으로 매우 큰 볼륨에 사용됩니다. 탱크 내 믹서도 배치 크기, 최종 제품의 점도 등에 따라 사용됩니다.

출처 : http://www.silverson.com/us/resource-library/application-reports/preparation-of-polyvinyl-alcohol-pva-solutions/