ポリ塩化ビニル

概要

材料名	ポリ塩化ビニル
略記号	PVC
英語名	Polyvinyl Chloride
分類	汎用プラスチック、熱可塑性樹脂、非結晶性樹脂
化学式	(C₂H₃Cl)_n
構成単位	−CH₂−CHCl−
主な種類	硬質PVC、軟質PVC

特徴

ポリ塩化ビニル（PVC）は、塩化ビニルモノマーを重合して得られる汎用プラスチックです。耐薬品性、難燃性、耐候性に優れ、配管、建材、電線被覆、フィルム、シートなど幅広い用途に使用されている。

ポリプロピレンやポリエチレンと比較すると、 PVCは塩素を含むため難燃性が高く、難燃性と耐薬品性に優れた汎用樹脂であり、建材・配管用途で多用されている材料。

結晶/非晶性：非晶性
塩化ビニルを原料とし、有機過酸化物触媒存在下、懸濁重合・乳化重合で生産される。
異なるビニルモノマーとの共重合により品質改善した架橋タイプなどの共重合体も含まれる。
PVCは難燃性と耐薬品性に優れた汎用樹脂であり、建材・配管用途で非常に重要な材料です。
ただし耐熱性や溶剤耐性には注意が必要です。
また、ポリ塩化ビニル樹脂に可塑剤その他を配合した成形用材料は、ポリ塩化ビニルコンパウンドとして市販されている。

構造式

ポリ塩化ビニルはラジカル重合しやすく、光や放射線によっても重合するが、工業的重合方法としては、過酸化物などを用いた乳化重合や懸濁重合が行われている。
化学構造は、モノマー分子の頭尾結合からなる直鎖状分子で、塩素分子は１つおきに炭素に規則正しく結合している。
結晶性が、高密度ポリエチレンやポリプロピレンなどと比べて悪い理由は、主鎖を軸として塩素原子が各方向に不規則に分布しているためであり（アタクチックポリマー）、また重合時に生成する分岐、二重結合などの化学構造の不均一な部分を含んでいるためである。

ポリ塩化ビニルの種類

ポリ塩化ビニルは比較的硬い樹脂であり、硬質塩化ビニルとして使用される。
可塑剤を加えると軟化して弾性を示すようになり、軟質塩化ビニルとなる。
硬質塩化ビニルと軟質塩化ビニルでは、かなり異なった特性を示し、引張強さ、伸び、圧縮強さ、曲げ強さ、衝撃強さ、硬度などが大きく異なる。
硬質塩化ビニルは、剛性が高く、引張り強さ、曲げ強さ、クリープ強さなどと衝撃強度の優れている。
電気的性質にすぐれている。
光、熱によって容易に分解されてしまい、物理的性質の劣化及び黄色褐色に変色してしまう。
高衝撃強度用には、メタクリル酸メチル（MBS）やアクリル系モデイファイヤーの添加によって大幅に強度を改善できる。
多くのモノマーと共重合しやすく、多くのコポリマー（共重合体）を作り出すことが出来る。（e.g.酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、アクリルニトリル等）
重合度は、約1,300～1,500、1,000、800程度の3段階に大別できる。
約1,300～1,500は、軟質製品、1,000、800程度のものは硬質製品に成形される。
成形時には、安定化剤を配合することが必要となる。
非晶性であり、樹脂自体の透明性は高い。
結晶性が、高密度ポリエチレンやポリプロピレンなどと比べて悪い。
成形収縮率が小さく、成形加工性にすぐれている。
表面光沢にすぐれ、任意な着色も可能なため、外観部品としてデザインの多様性を与える。

硬質PVC（U-PVC）

可塑剤を含まない
剛性が高い
耐薬品性・耐候性に優れる
配管・建材用途に使用

軟質PVC（P-PVC）

可塑剤を添加
柔軟性が高い
フィルム・電線被覆に使用

長所

難燃性（自己消火性）を持つ
耐薬品性が高い（酸・アルカリ・塩類）
耐候性に優れる
電気絶縁性が良い
価格が安い
成形・加工が容易
透明化が可能（軟質PVC）

短所

耐熱性が低い（約60〜80℃）
可塑剤による物性変化（軟質PVC）
燃焼時に塩化水素を発生
低温で脆化しやすい
溶剤によって膨潤・溶解する

成形加工

加工方法	適性	用途
押出成形	◎	パイプ、シート
射出成形	○	継手、部品
カレンダー加工	◎	フィルム、シート
ブロー成形	△	ボトル

代表的な物性値

ポリ塩化ビニルは、可塑剤の有無や配合によって機械特性が大きく変化します。特に「硬質PVC」と「軟質PVC」で性能差が大きく、用途選定に重要です。

項目	硬質PVC（U-PVC）	軟質PVC（P-PVC）	備考
密度	1.35〜1.45 g/cm³	1.10〜1.35 g/cm³	可塑剤量により変動
引張強度	40〜60 MPa	10〜25 MPa	硬質の方が高強度
曲げ弾性率	2500〜4000 MPa	10〜100 MPa	剛性差が非常に大きい
伸び	20〜50%	200〜400%	軟質はゴム的挙動
衝撃強度	中	高	軟質PVCは柔軟で割れにくい
硬度	高（ショアD）	低（ショアA）	用途選定の重要指標
耐熱性	60〜80℃	50〜70℃	可塑剤で低下
耐薬品性	非常に高い	やや低下	可塑剤の影響あり
柔軟性	低い	非常に高い	最大の違い
寸法安定性	高い	低い	構造用途は硬質PVC

耐薬品性

薬品	耐性
水	◎
酸	◎
アルカリ	◎
アルコール	○
ケトン	△〜×
芳香族溶剤	△
塩素系溶剤	×

更に詳しくはプラスチックの耐薬品性一覧表を参照

SP値（溶解度パラメータ）と溶解性

ポリ塩化ビニル（PVC）は極性を持つ非晶性樹脂であり、溶解性は溶解度パラメータ（SP値）に大きく依存します。

SP値（Hildebrandパラメータ）

材料	SP値（δ）	特徴
ポリ塩化ビニル（PVC）	約18.5〜20.5 (MPa^1/2)	極性があり、溶剤との相互作用が強い

溶解性の目安

一般に、樹脂と溶媒のSP値差（Δδ）が小さいほど溶解しやすくなります。

Δδ	挙動
0〜2	溶解しやすい
2〜5	膨潤・軟化
5以上	溶解しにくい

PVCと代表溶媒の相性

溶媒	SP値	挙動	備考
THF	18.5	◎（溶解）	PVC溶解用溶媒として代表的
シクロヘキサノン	20.3	◎（溶解）	接着剤・溶解剤に使用
DMF	24.8	○（溶解〜膨潤）	強溶媒
アセトン	19.9	△（膨潤）	条件により溶解
トルエン	18.2	△（膨潤）	高温で影響増大
エタノール	26.0	○（安定）	溶解しない
水	47.9	◎（安定）	影響なし

SP値と溶解性比較（PE / PP / PVC）

主要汎用樹脂におけるSP値と溶解挙動の比較である。溶解性は極性・分子間力に大きく依存する。

材料	SP値（δ）	極性	溶解性傾向	特徴
ポリエチレン（PE）	15.8〜16.5	非極性	非極性溶媒で溶解	最も溶けやすいポリオレフィン
ポリプロピレン（PP）	16.0〜16.7	非極性	高温で溶解	PEより溶けにくい
ポリ塩化ビニル（PVC）	18.5〜20.5	極性	極性溶媒で溶解	溶剤選択性が強い

実務上のポイント

THF・シクロヘキサノンはPVCを溶解する代表溶媒
ケトン系（アセトン等）は膨潤〜溶解の可能性あり
芳香族溶媒（トルエン）は高温で膨潤
水・アルコールには基本的に安定
軟質PVCは可塑剤の影響で溶解性が変化する

注意点

SP値はあくまで「溶解予測指標」であり、耐久性は別評価が必要
可塑剤量によりSP値は変動する
温度上昇で溶解性は大きく変わる
応力があるとクラック・劣化が起きやすい

注意すべき組合せ事例

PVC × アセトン → 溶解
PVC × THF → 溶解
PVC × 高温 → 軟化・変形
PVC × 紫外線 → 劣化（軟質）

製法

PVCは塩化ビニルモノマーのラジカル重合により製造されます。主に懸濁重合、乳化重合、塊状重合が用いられる。

ポリ塩化ビニルは、沸点-13.9℃、融点-157.7℃であり、常温では気体である。
工業的製法は、アセチレンを原料とする方法とエチレンを原料にする方法の2通りある。
アセチレンを原料とする場合、150～200℃に加熱したアセチレンと塩化水素の混合気体を触媒（塩化水銀(Ⅱ)を吸収させた活性炭）に接触させると反応してポリ塩化ビニルが生成する。

エチレンを原料とする場合、エチレンを塩素化して二酸化エタンを作り、この二酸化エタンを熱分解することでポリ塩化ビニルを生成する。

副生する塩化水素は、アセチレンと反応させて塩化ビニルにするか、オキシクロリネーションに用いる。
オキシクロリネーション法は、塩化水素と酸素で塩素化を行う反応であり、これをエチレンに適用すると二酸化エタンが生成する。

詳細な利用用途

建材

配管
サッシ
床材

電気用途

電線被覆

包装

フィルム
食品包装

用途別に見るPVCタイプ選定

用途	推奨PVC	理由
配管・建材	硬質PVC	剛性・耐薬品性・寸法安定性が高い
電線被覆	軟質PVC	柔軟性・絶縁性に優れる
フィルム・シート	軟質PVC	可塑剤により柔軟加工可能
化学タンク	硬質PVC	耐薬品性・耐久性が高い
医療チューブ	軟質PVC	柔軟性と加工性

材料	違い
PP	PPは軽量・耐熱、PVCは難燃・耐候
PE	PEは柔軟、PVCは剛性高い
PET	PETは透明・高強度、PVCは安価

代表的なメーカー

メーカー	製品
信越化学	SHINTECH PVC
住友化学	住友PVC
カネカ	Kane Vinyl
Westlake	Westlake PVC