ポリビニルアルコール（PVOH・PVA）とは？構造・特徴・用途・選び方を解説

ここではポリビニルアルコールがどのようなものなのか、どのような経緯で作られたのかといった点を解説します。まずは基本的なポイントを押さえておきましょう。

ポリビニルアルコールは、PVOH又はPVAとも呼ばれる合成樹脂です。なお、日本ではポバールの名称が用いられることもあります。ポリビニルアルコール(PVOH,PVA)は、酢酸ビニルを重合することで得られるポリ酢酸ビニルをさらにケン化することにより得られるものです。

分子量(重合度)とは、ポリマーの長さを表します。またPVOH・PVAは、水酸基と酢酸基を持っており、その合計に対する水酸基の割合のことをケン化度と言います。分子量(重合度)やケン化度の異なる様々な製品があります。

身近なところでは、洗濯のりや液体のりの主成分としても使われています。一方で工業分野では、接着剤、紙の表面加工、乳化剤、包装フィルムのコーティングなど、さまざまな製品の性能を支える素材として利用されています。

ポリビニルアルコールは、炭素の主鎖に水酸基（-OH）が規則的に並んだ構造をしています。構造式と化学式は次のとおりです。

構造式：-[CH2-CH(OH)]n-　　化学式：(C2H4O)n

分子の中に水酸基を多く持つことが、水に溶ける性質や、紙・木材などへの接着性、ガスを通しにくい性質の理由になっています。

なお、名前のもとになっている「ビニルアルコール」は、単体では不安定で存在できない物質です。そのため、ポリビニルアルコールはビニルアルコールを直接重合するのではなく、酢酸ビニルを重合してからケン化するという方法でつくられます。

ポリビニルアルコール(PVOH,PVA）は、1924年にドイツのヘルマン（W．0．Herrmann）とハーネル（W．Harnel）がポリビニルアルコール(PVOH,PVA）を発見したことが始まりです。

日本では日本合成化学工業が1950年からポリビニルアルコール(PVOH,PVA）を生産し、幅広い用途で活用されたことから普及しています。現在日本合成化学工業は三菱ケミカルに吸収合併され、日本合成化学工業のポリビニルアルコール(PVOH,PVA）を三菱ケミカルが製造販売しています。

ポリビニルアルコールは、大きく「重合」と「ケン化」の2つの工程を経てつくられます。「重合」の工程では、原料の酢酸ビニルを重合させてポリ酢酸ビニルをつくります。「ケン化」の工程では、ポリ酢酸ビニルが持つ酢酸基を水酸基に置き換えることで、ポリビニルアルコールが得られます。

原料の酢酸ビニルを重合し、ポリ酢酸ビニルをつくります。この工程で、分子がどれだけ長くつながるか（重合度）がおおむね決まります。重合度は、水溶液にしたときの粘度や、被膜の強さなどに影響します。

次に、ポリ酢酸ビニルが持つ酢酸基を、アルカリなどを用いて水酸基に置き換えます。この反応をケン化といいます。すべての酢酸基を置き換えるのではなく、どの程度置き換えるか（ケン化度）を調整することで、水への溶けやすさや界面活性能など、性質の異なるポリビニルアルコールをつくり分けています。

ポリビニルアルコールの性質は、主に「ケン化度」と「重合度」の組み合わせで決まります。用途に合った製品を選ぶうえで、最も重要なポイントです。

ケン化度が高いものを「完全ケン化型」、ケン化度をあえて低く抑えたものを「部分ケン化型」と呼びます。

重合度が高いほど分子が長くなり、水溶液の粘度が高く、被膜や接着の強さが増す傾向があります。反対に重合度が低いものは、粘度が低く、高濃度の水溶液にしても扱いやすいという特長があります。

ケン化度や重合度の調整だけでは得られない機能を持たせるため、分子の中に特定の官能基（変性基）を導入したものを「変性ポリビニルアルコール」と呼びます。変性基の種類によって、分散性や架橋性、溶融成形性などの機能を付与できます。三菱ケミカルでは、ゴーセネックス™、ニチゴーGポリマー™として展開しています。

変性ポリビニルアルコールの種類や製品ごとの特徴は、以下の記事で詳しく解説しています。
特殊変性ポリビニルアルコールの種類・特徴・用途をご紹介！

ポリビニルアルコール(PVOH,PVA)にはいくつかの特徴があります。ここでは具体的な6つの特徴を紹介します。

PVOH・PVAは水に溶ける樹脂です。加熱によってより溶けやすくなります。ただし、ほとんどの有機溶剤には溶解しません。

溶けやすさはケン化度によって異なり、部分ケン化型は冷水でも溶けやすい一方、完全ケン化型は加熱しながら溶かす必要があります。一般的には、ダマにならないよう冷水にかき混ぜながら分散させたあと、撹拌を続けながら加熱して溶解させます。

水溶性に関する特性については以下もご覧ください。
水溶性 – ゴーセノール™の特性
水溶性 – ニチゴーGポリマー™ の特性
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ポリビニルアルコール(PVOH,PVA)は、木材、紙、布などの親水性の素材に対して優れた接着性を示します。接着力が強く、安全で使いやすいのが特徴です。
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部分ケン化型のポリビニルアルコール（PVOH,PVA）は優れた界面活性能を有しており、保護コロイド剤として利用できます。
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ポリビニルアルコール(PVOH,PVA)は、被膜形成性が優れており、強靭でしなやかな被膜を形成します。
被膜形成性の特徴について詳細はこちら

ポリビニルアルコールの被膜は、乾燥した状態では酸素などのガスを通しにくいという特長があります。この性質を活かし、食品包装などのフィルムにコーティングして、内容物の酸化や劣化を防ぐ用途に使われています。なお、湿度が高い環境ではガスバリア性が低下するため、用途に応じて他の素材と組み合わせて使われます。

ガスバリア性に関する特性については以下もご覧ください。
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ほとんどの有機溶剤に溶けず、油も通しにくい性質を持っています。紙の表面に塗工することで、油がしみ込みにくい耐油紙をつくることができます。耐溶剤性の特徴について詳細はこちら

ここまでに紹介したような特徴から、ポリビニルアルコール(PVOH,PVA）は多岐にわたって利用されています。実際にどのように利用されているのか、使用例をご紹介します。
主な用途と、それぞれで活かされている特徴は次のとおりです。

合板用の接着剤や再湿糊、切手の裏のりなどにも使用されています。また、セラミック製造などの無機物のバインダーとしても活用されています。バインダーには自重程度では変形しない「保形性」と、大きな外力だと変形する「流動性」の2つの特性を持つことが求められます。

接着剤・バインダーの使用用途について詳細はこちら

洋紙、板紙や特殊紙などの表面コート剤などに使用されています。ポリビニルアルコール(PVOH,PVA)を塗工することで印刷適性や耐油性、強度の向上が期待できます。また、感熱紙では、発色に使われる材料を分散させたり、塗工層を支えたりする役割も担っています。

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木工用ボンドの主成分であるポリ酢酸ビニルエマルションの乳化剤として活用されています。エマルションとは「水の中に油が分散、または油の中に水が分散している状態」のことです。

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ポリ塩化ビニル樹脂製造時の重合用懸濁剤として使用されています。塩化ビニルモノマーを攪拌と分散剤によって水に懸濁し、数時間重合することで粒子径50～200μのポリ塩化ビニル(PVC)を製造しています。

懸濁剤の使用用途について詳細はこちら

PVOHの水溶液を基材にコーティングすることで、バリアフィルムに高いガスバリア性を付与できます。また、水に溶ける性質を活かして、洗剤や農薬の個包装などに使われる水溶性フィルムや、液晶ディスプレイに使われる偏光フィルムの原料にもなっています。さらに、溶融成形が可能な変性品を使えば、押出成形などでガスバリア性の高い包材をつくることもできます。

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溶融成形・生分解性の包材については以下もご覧ください。
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このほかにも、ポリビニルアルコールは次のような分野で活用されています。

半導体材料 – 使用用途
中子・外子 – 使用用途
Oil&Gas – 使用用途

ポリビニルアルコールは、同じ名前でもケン化度・重合度・変性の有無によって性質が大きく異なります。グレードを選ぶ際は、次の3つのステップで考えるとスムーズです。

ステップ1
求める機能を明確にする（接着力、乳化・分散の安定性、耐水性、ガスバリア性など）

ステップ2
ケン化度・重合度の目安を決める（例：接着力や耐水性を重視するなら完全ケン化型、乳化・分散なら部分ケン化型）

ステップ3
一般品で足りない機能は、変性品を検討する

グレード選定のご相談・サンプル請求は以下からお問い合わせください。
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三菱ケミカルではポリビニルアルコール(PVOH,PVA）を一般銘柄であるゴーセノール™の商標名で販売しています。また、特殊変性ポリビニルアルコールとしてゴーセネックス™、ニチゴーGポリマー™を展開しています。

ゴーセネックス™、ニチゴーGポリマー™は、変性基を導入していることで、一般のポリビニルアルコール(PVOH,PVA）にはない機能を発揮することができます。ゴーセネックス™️はグレードにより架橋性や分散性など異なる優位性を持っています。ニチゴーGポリマー™は、優れたガスバリア性と水溶性を有する溶融成形可能な生分解性のビニルアルコール系樹脂となっています。さらに、各国の生分解性認証を取得しており、各国の食品衛生法にも対応しています。

変性基の導入により、架橋性や分散性などの機能を持たせた特殊変性ポリビニルアルコールです。変性基の種類によって複数のシリーズがあり、用途に合わせてお選びいただけます。

ゴーセネックス™の詳細は以下をご覧ください。
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ケン化度・重合度の異なる幅広いグレードをそろえた、三菱ケミカルのポリビニルアルコールの一般銘柄です。接着剤・バインダー、紙加工、乳化剤、懸濁剤など、さまざまな用途でご使用いただけます。

ゴーセノール™の詳細は以下をご覧ください。
ゴーセノール™ 製品ページ
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優れたガスバリア性と水溶性を持ち、溶融成形が可能な生分解性のビニルアルコール系樹脂です。食品包装やコーティング剤などに活用されています。

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三菱ケミカルでは、一般銘柄のゴーセノール™をはじめ、特殊変性品のゴーセネックス™、ニチゴーGポリマー™をご用意しています。用途に合ったグレードのご相談やサンプルのご請求は、お気軽にお問い合わせください。

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接着剤やバインダー、紙の表面加工剤、乳化剤、ポリ塩化ビニル製造時の懸濁剤、包装用フィルムのコーティングなどに使われています。身近なところでは、洗濯のりや液体のりにも使われています。

PVAはポリビニルアルコール、PVCはポリ塩化ビニルの略称で、別の樹脂です。PVAは水に溶ける性質を持つのに対し、PVCは水に溶けず、配管や建材、電線の被覆などに使われます。なお、PVCを製造する工程では、PVAが懸濁剤として使われています。

ポリ酢酸ビニルはポリビニルアルコールの原料にあたる樹脂で、ポリ酢酸ビニルをケン化するとポリビニルアルコールになります。ポリビニルアルコールは水に溶けますが、ポリ酢酸ビニルは水に溶けません。

ポリビニルアルコールは、洗濯のりや液体のりなどの日用品にも使われている素材です。ただし、使用できる用途や必要な規格は分野ごとに異なるため、具体的な用途での使用可否については、お問い合わせください。

冷水にかき混ぜながら少しずつ加えて分散させたあと、撹拌を続けながら加熱して溶かすのが一般的です。適した温度や時間はケン化度などによって異なるため、各グレードの技術資料をご確認ください。

求める機能に応じて、ケン化度・重合度・変性の有無を選ぶのが基本です。本記事の「用途に合ったポリビニルアルコール（PVOH,PVA）の選び方」を参考にしていただくか、お気軽にご相談ください。