Polyvinylidenfluorid - Polyvinylidene fluoride

Polyvinylidenfluorid
Namn
	IUPAC -namn Poly (1,1-difluoreten)
	Andra namn Polyvinyliden -difluorid; poly (vinylenfluorid); Kynar; Hylar; Solef; Sygef; poly (1,1-difluoretan)
Identifierare
CAS-nummer
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard	100.133.181
Maska	polyvinyliden+fluorid
PubChem CID
CompTox Dashboard ( EPA )
Egenskaper
Kemisk formel	- (C 2 H 2 F 2 ) n -
Utseende	Vitt eller genomskinligt fast ämne
Vattenlöslighet	Olöslig
Strukturera
Dipol -ögonblick	2.1 D
Relaterade föreningar
Relaterade föreningar	PVF , PVC , PTFE
	Om inte annat anges, ges data för material i deras standardtillstånd (vid 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
	verifiera ( vad är ?)
	Infobox -referenser

Polyvinylidenfluorid eller polyvinyliden-difluorid ( PVDF ) är en mycket icke-reaktiv termoplastisk fluorpolymer som produceras genom polymerisation av vinyliden-difluorid .

PVDF är en specialitet plast som används i tillämpningar som kräver högsta renhet, samt beständighet mot lösningsmedel, syror och kolväten. Jämfört med andra fluorpolymerer, såsom polytetrafluoretylen (Teflon), har PVDF en låg densitet (1,78 g / cm ³ ).

Den finns i form av rörprodukter, ark, slangar, filmer, plattor och en isolator för premiumtråd. Det kan injiceras, formas eller svetsas och används vanligtvis inom kemikalie-, halvledar-, medicin- och försvarsindustrin samt i litiumjonbatterier . Det är också tillgängligt som ett tvärbundet skum med sluten cell , som används allt mer inom flyg- och rymdapplikationer, och som ett exotiskt 3D-skrivarfilament. Det kan också användas vid upprepad kontakt med livsmedel, eftersom det är FDA-kompatibelt och giftfritt under dess nedbrytningstemperatur.

Som en fin pulvergrad är det en ingrediens i avancerade färger för metaller. Dessa PVDF -färger har extremt bra glans och färghållning. De används i många framstående byggnader runt om i världen, till exempel Petronas Towers i Malaysia och Taipei 101 i Taiwan, samt på metalltak för kommersiella och bostäder.

PVDF-membran används i western blots för immobilisering av proteiner på grund av dess icke-specifika affinitet för aminosyror.

PVDF används också som bindemedelskomponent för kolelektroden i superkondensatorer och för andra elektrokemiska applikationer.

Namn

PVDF säljs under olika varumärken, inklusive KF ( Kureha ), Hylar ( Solvay ), Kynar ( Arkema ) och Solef (Solvay).

Egenskaper

År 1969 observerades stark piezoelektricitet i PVDF, med den piezoelektriska koefficienten för polad (placerad under ett starkt elektriskt fält för att inducera ett netto dipolmoment) tunna filmer så stora som 6–7 pC / N : 10 gånger större än de som observerats i alla annan polymer .

PVDF har en glasövergångstemperatur ( T _g ) på cirka −35 ° C och är typiskt 50–60% kristallint. För att ge materialet dess piezoelektriska egenskaper sträcks det mekaniskt för att orientera molekylkedjorna och poleras sedan under spänning. PVDF finns i flera former: alfa (TGTG '), beta (TTTT) och gamma (TTTGTTTG') faser, beroende på kedjekonformationerna som trans (T) eller gauche (G) kopplingar. När den är polerad är PVDF en ferroelektrisk polymer som uppvisar effektiva piezoelektriska och pyroelektriska egenskaper. Dessa egenskaper gör den användbar i sensor- och batteritillämpningar . Tunna filmer av PVDF används i några nyare termiska kamerasensorer .

Till skillnad från andra populära piezoelektriska material, såsom blyzirkonattitanat (PZT), har PVDF ett negativt d ₃₃ -värde. Fysiskt betyder detta att PVDF kommer att komprimera istället för att expandera eller vice versa när det utsätts för samma elektriska fält.

Termisk

PVDF-harts har genomgått experiment med hög värme för att testa dess termiska stabilitet. PVDF hölls i 10 år vid 302 ° F (150 ° C), och efter mätningar indikerades att ingen termisk eller oxidativ nedbrytning inträffade. PVDF -harts har registrerats stabilt upp till 375 ° C (707 ° F).

Kemisk kompatibilitet

PVDF uppvisar en ökad kemisk resistens och kompatibilitet mellan termoplastiska material. PVDF anses ha utmärkt / inert motståndskraft mot:

starka syror, svaga syror,
joniska, saltlösningar,
halogenerade föreningar,
kolväten,
aromatiska lösningsmedel,
alifatiska lösningsmedel,
oxidanter,
svaga baser.

Kemisk känslighet

PVDF, liknande andra fluorpolymerer , uppvisar generellt kemisk känslighet med följande kemiska familjer:

starka baser, frätande,
estrar,
ketoner.

Egenskaper och motståndskraft

Polyvinylidenfluorid uttrycker inneboende resistensegenskaper i vissa applikationer med hög fokus. Dessa är nämligen: ozonoxidationsreaktioner, kärnstrålning, UV -skador och mikrobiologisk svamptillväxt. PVDF: s motståndskraft mot dessa förhållanden är ganska distinkt bland termoplastiska material. PVDF: s kol- och fluoridelementstabilitet bidrar till detta motstånd, liksom den polymera integrationen av PVDF under dess bearbetning.

Bearbetning

PVDF kan syntetiseras från den gasformiga vinylidenfluorid (VDF) -monomeren genom en fri-radikal (eller kontrollerad radikal) polymerisationsprocess. Detta kan följas av processer såsom smältgjutning eller bearbetning från en lösning (t.ex. lösningsgjutning, centrifugering och filmgjutning). Langmuir – Blodgett -filmer har också gjorts. Vid lösningsbaserad bearbetning inkluderar typiska lösningsmedel som används dimetylformamid och den mer flyktiga butanon . Vid vattenhaltig emulsionspolymerisation används fluorsurfaktanten perfluorononansyra i anjonform som ett bearbetningshjälpmedel genom solubilisering av monomerer. Jämfört med andra fluorpolymerer har den en lättare smältprocess på grund av sin relativt låga smältpunkt på cirka 177 ° C.

Bearbetade material är typiskt i den icke-piezoelektriska alfa-fasen. Materialet måste antingen sträckas eller glödgas för att erhålla den piezoelektriska betafasen. Undantaget från detta är för PVDF -tunna filmer (tjocklek i storleksordningen mikrometer). Kvarvarande spänningar mellan tunna filmer och substraten på vilka de bearbetas är tillräckligt stora för att få betafasen att bildas.

För att få en piezoelektrisk respons måste materialet först polas i ett stort elektriskt fält. Polering av materialet kräver vanligtvis ett externt fält på över 30 M V /m. Tjocka filmer (vanligtvis> 100 µm ) måste värmas under polningsprocessen för att uppnå ett stort piezoelektriskt svar. Tjocka filmer värms vanligtvis till 70–100 ° C under polningsprocessen.

En kvantitativ defluorineringsprocess beskrevs av mekanokemi för säker miljövänlig PVDF-avfallshantering.

Ansökningar

PVDF -rör används för att transportera ultrarent vatten

PVDF är en termoplast som uttrycker mångsidighet för applikationer som liknar andra termoplaster, särskilt fluorpolymerer. PVDF -harts uppvärms och hanteras för användning vid extrudering och formsprutning för att producera PVDF -rör , ark, beläggningar, filmer och gjutna PVDF -produkter, såsom bulkbehållare. Vanliga branschapplikationer för PVDF -termoplast inkluderar:

kemisk bearbetning,
el, batterier och elektroniska komponenter,
konstruktion och arkitektur,
sjukvård och läkemedel,
biomedicinsk forskning,
ultrarene applikationer,
kärnavfallshantering,
petrokemi, olja och gas,
mat, dryckesbehandling,
vatten, avloppshantering.

Inom elektronik / el

PVDF används vanligtvis som isolering på elektriska ledningar, på grund av dess kombination av flexibilitet, låg vikt, låg värmeledningsförmåga, hög kemisk korrosionsbeständighet och värmebeständighet. Det mesta av den smala 30-gauge-tråden som används i trådlindningskretsenheten och omarbetningen av kretskortet är PVDF-isolerad. Vid denna användning kallas tråden i allmänhet "Kynar wire", från handelsnamnet.

De piezoelektriska egenskaperna hos PVDF utnyttjas vid tillverkning av taktila sensoruppsättningar , billiga töjningsgivare , och lättviktsljudomvandlare . Piezoelektriska paneler gjorda av PVDF används på Venetia Burney Student Dust Counter, ett vetenskapligt instrument i New Horizons rymdsond som mäter dammtäthet i det yttre solsystemet .

PVDF är standardbindemedel som används vid tillverkning av kompositelektroder för litiumjonbatterier. Lösning av PVDF 1–2 viktprocent i N- metyl-2-pyrrolidon (NMP) blandas med ett aktivt litiumlagringsmaterial som grafit, kisel, tenn, LiCoO ₂ , LiMn ₂ O ₄ eller LiFePO ₄ och en konduktiv tillsats, t.ex. kimrök eller nanofibrer . Denna uppslamning gjuts på en metallströmkollektor och NMP avdunstas för att bilda en komposit- eller pastelektrod . PVDF används eftersom det är kemiskt inert över det potentiella intervallet som används och inte reagerar med elektrolyten eller litiumet.

Inom biomedicinsk vetenskap

Inom biomedicinska vetenskaper används PVDF vid immunoblotting som ett artificiellt membran (vanligtvis med porstorlekar på 0,22 eller 0,45 mikrometer), på vilka proteiner överförs med elektricitet (se western blotting ). PVDF är resistent mot lösningsmedel och därför kan dessa membran enkelt avlägsnas och återanvändas för att titta på andra proteiner. PVDF -membran kan användas i andra biomedicinska tillämpningar som en del av en membranfiltreringsanordning, ofta i form av ett sprutfilter eller hjulfilter. De olika egenskaperna hos detta material, såsom värmebeständighet, motståndskraft mot kemisk korrosion och låga proteinbindande egenskaper, gör detta material värdefullt inom den biomedicinska vetenskapen för beredning av läkemedel som ett steriliseringsfilter och som ett filter för att förbereda prover för analytiska tekniker såsom högpresterande vätskekromatografi (HPLC), där små mängder partiklar kan skada känslig och dyr utrustning.

PVDF -givare har fördelen att de är dynamiskt mer lämpliga för modaltestning än halvledar piezoresistiva givare och mer kompatibla för strukturell integration än piezoceramiska givare . Av dessa skäl är användningen av aktiva PVDF-sensorer en nyckelsten för utvecklingen av framtida strukturhälsoövervakningsmetoder på grund av deras låga kostnad och efterlevnad.

I processer med hög temperatur

PVDF används som rör, plåt och inre beläggningar i applikationer med hög temperatur, varm syra, strålningsmiljö på grund av PVDF: s motståndskarakteristika och övre temperaturgränser. Som rör är PVDF märkt upp till 120 ° C (248 ° F). Exempel på PVDF -användningsområden inkluderar kärnreaktoravfallshantering, kemisk syntes och produktion, ( svavelsyra , vanlig), luftkammare och pannarservicerör.

Andra användningsområden

PVDF används för speciella monofilamentfisklinor , säljs som fluorkolbyten för nylonmonofilament. Ytan är hårdare, så den är mer motståndskraftig mot nötning och vassa fisktänder. Dess optiska densitet är lägre än nylon, vilket gör linan mindre märkbar för skarpa fiskögon. Det är också tätare än nylon, vilket gör att det sjunker snabbare mot fisk.

Andra former

Sampolymerer

Sampolymerer av PVDF används också i piezoelektriska och elektrostriktiva tillämpningar. En av de mest använda sampolymererna är P (VDF-trifluoretylen), vanligtvis tillgänglig i förhållanden av cirka 50:50 och 65:35 i massa (motsvarande cirka 56:44 och 70:30 molfraktioner). En annan är P (VDF- tetrafluoretylen ). De förbättrar det piezoelektriska svaret genom att förbättra materialets kristallinitet.

Medan sampolymerernas enhetsstrukturer är mindre polära än ren PVDF, har sampolymererna vanligtvis en mycket högre kristallinitet. Detta resulterar i ett större piezoelektriskt svar: d ₃₃ värden för P (VDF-TFE) har registrerats för att vara så höga som −38 p C /N jämfört med −33 pC /N i ren PVDF.

Terpolymerer

Terpolymerer av PVDF är de mest lovande när det gäller elektromekaniskt inducerad stam. De mest använda PVDF-baserade terpolymererna är P (VDF-TrFE-CTFE) och P (VDF-TrFE-CFE). Denna relaxor -baserade ferroelektriska terpolymer produceras genom slumpmässig införlivande av den skrymmande tredje monomeren ( klortrifluoretylen , CTFE) i polymerkedjan av P (VDF -TrFE) sampolymer (som är ferroelektrisk till sin natur). Denna slumpmässiga införlivande av CTFE i P (VDF-TrFE) sampolymer stör den långsiktiga ordningen av den ferroelektriska polära fasen, vilket resulterar i bildandet av nanopolära domäner. När ett elektriskt fält appliceras ändrar de oordnade nanopolära domänerna sin konformation till all- trans- konformation, vilket leder till stor elektrostriktiv belastning och en hög rumstemperatur dielektrisk konstant på ~ 50.

Languages

In other projects