Polyvinylidene fluoride hoặc polyvinylidene Difluoride ( PVDF ) là một loại fluoropolyme nhựa nhiệt dẻo không phản ứng cao được sản xuất bởi phản ứng trùng hợp nhựa vinyl.

PVDF là một loại nhựa đặc biệt được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ tinh khiết cao nhất, cũng như khả năng chống lại dung môi, axit và hydrocarbon. So với các fluoropolyme khác, như polytetrafluoroetylen (Teflon), PVDF có mật độ thấp (1,78 g / cm ³ ).

Nó có sẵn như các sản phẩm đường ống, tấm, ống, phim, tấm và một chất cách điện cho dây cao cấp. Nó có thể được tiêm, đúc hoặc hàn và thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp hóa chất, bán dẫn, y tế và quốc phòng, cũng như trong pin lithium-ion. Nó cũng có sẵn như là một bọt tế bào kín liên kết chéo, được sử dụng ngày càng nhiều trong các ứng dụng hàng không và hàng không vũ trụ. Nó cũng có thể được sử dụng khi tiếp xúc nhiều lần với các sản phẩm thực phẩm, vì nó tuân thủ FDA và hoàn toàn không độc hại. ^[3]

Là một loại bột mịn, nó là một thành phần cao cấp sơn cho kim loại. Những loại sơn PVDF này có độ bóng và giữ màu cực kỳ tốt. Chúng được sử dụng trên nhiều tòa nhà nổi bật trên khắp thế giới, như Tháp đôi Petronas ở Malaysia và Đài Bắc 101 ở Đài Loan, cũng như trên tấm lợp kim loại thương mại và dân dụng.

Màng PVDF được sử dụng trong các blots phương tây để cố định protein, do ái lực không đặc hiệu của nó đối với các axit amin.

PVDF cũng được sử dụng làm thành phần kết dính cho điện cực carbon trong các siêu tụ điện và cho các ứng dụng điện hóa khác.

PVDF được bán dưới nhiều tên thương hiệu bao gồm KF (Kureha), Hylar (Solvay), Kynar (Arkema) và Solef (Solvay).

Thuộc tính [ chỉnh sửa ]

Năm 1969, tính áp điện mạnh được quan sát thấy ở PVDF, với hệ số áp điện của poled (đặt dưới điện trường mạnh để tạo ra một khoảnh khắc lưỡng cực ròng) những bộ phim lớn tới 6 Quay7 pC / N: lớn hơn 10 lần so với các loại polymer khác. ^[4]

PVDF có nhiệt độ chuyển thủy tinh (T _g ) khoảng −35 ° C và thường là 50 tinh thể 60% 60%. Để cung cấp cho vật liệu tính chất áp điện của nó, nó được kéo dài về mặt cơ học để định hướng các chuỗi phân tử và sau đó được kéo căng dưới sức căng. PVDF tồn tại dưới một số hình thức: giai đoạn alpha (TGTG '), beta (TTTT) và gamma (TTTGTTTG'), tùy thuộc vào sự tuân thủ chuỗi như liên kết trans (T) hoặc gauche (G). Khi được poled, PVDF là một loại polymer sắt, thể hiện tính chất áp điện và nhiệt điện hiệu quả. ^[5] Những đặc điểm này làm cho nó hữu ích trong các ứng dụng cảm biến và pin. Màng mỏng của PVDF được sử dụng trong một số cảm biến camera nhiệt mới hơn.

Không giống như các vật liệu áp điện phổ biến khác, chẳng hạn như titanate titanate chì (PZT), PVDF có giá trị âm d ₃₃ . Về mặt vật lý, điều này có nghĩa là PVDF sẽ nén thay vì mở rộng hoặc ngược lại khi tiếp xúc với cùng một điện trường. ^[6]

Nhiệt [ chỉnh sửa ]

Nhựa PVDF đã chịu các thí nghiệm nhiệt độ cao để kiểm tra độ ổn định nhiệt của nó. PVDF đã được tổ chức trong mười năm ở 302 ° F (150 ° C) và các phép đo sau đây cho thấy không có sự cố nhiệt hoặc oxy hóa xảy ra. Nhựa PVDF đã được ghi nhận ổn định lên đến 707 ° F (375 ° C). ^[7]

Tương thích hóa học [ chỉnh sửa ]

PVDF thể hiện khả năng kháng hóa chất và khả năng tương thích giữa các vật liệu nhiệt dẻo. PVDF được coi là có sức đề kháng tuyệt vời / trơ đối với:

• Axit mạnh, axit yếu
• Dung dịch ion, dung dịch muối
• Hợp chất halogen
• Hydrocarbons
• Dung môi thơm
• Dung môi aliphatic
• Chất oxy hóa
• ] [ chỉnh sửa ]

  PVDF, tương tự như các fluoropolyme khác, biểu hiện độ nhạy hóa học, nói chung, với các họ hóa học sau:

  • Các bazơ mạnh, tụ quang
  • Esters
  • Ketones ^[8]

  Tính chất và sức đề kháng nội tại [ chỉnh sửa ]

  Polyvinylidene fluoride thể hiện tính kháng cao nhất định. Cụ thể đó là: phản ứng oxy hóa ozone, bức xạ hạt nhân, tổn hại tia cực tím và vi sinh vật, sự phát triển của nấm. Sức đề kháng của PVDF đối với các điều kiện này khá đặc biệt giữa các vật liệu nhiệt dẻo. Sự ổn định nguyên tố carbon và fluoride của PVDF góp phần vào sự kháng thuốc này cũng như sự tích hợp polymer của PVDF trong quá trình xử lý.

  Xử lý [ chỉnh sửa ]

  PVDF có thể được tổng hợp từ monome vinylidene fluoride (VDF) thông qua quá trình trùng hợp gốc tự do (hoặc gốc được kiểm soát). Điều này có thể được theo sau bởi các quá trình như đúc nóng chảy hoặc xử lý từ một giải pháp (ví dụ: đúc giải pháp, phủ spin và đúc phim). Phim Langmuir-Blodgett cũng đã được thực hiện. Trong trường hợp xử lý dựa trên giải pháp, các dung môi điển hình được sử dụng bao gồm dimethylformamide và butanone dễ bay hơi hơn. Trong phản ứng trùng hợp nhũ tương nước, axit perfluorononanoic fluorosurfactant được sử dụng ở dạng anion như là một chất trợ xử lý bằng cách hòa tan các monome. ^[9] So với các chất fluoropolyme khác, nó có quá trình nóng chảy dễ dàng hơn vì nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp.

  Các vật liệu được xử lý thường ở pha alpha không áp điện. Vật liệu phải được kéo dài hoặc ủ để thu được pha beta áp điện. Ngoại lệ cho điều này là đối với màng mỏng PVDF (độ dày theo thứ tự micromet). Ứng suất dư giữa các màng mỏng và chất nền mà chúng được xử lý đủ lớn để tạo ra pha beta hình thành.

  Để có được phản ứng áp điện, vật liệu trước tiên phải được đánh bóng trong một điện trường lớn. Poling của vật liệu thường yêu cầu một trường bên ngoài trên 30 MV / m. Các màng dày (thường> 100 pha) phải được làm nóng trong quá trình poling để đạt được phản ứng áp điện lớn. Các màng dày thường được làm nóng đến 70 FPV100 ° C trong quá trình poling.

  Một quy trình khử lưu lượng định lượng được mô tả bởi cơ điện tử, ^[10] để xử lý chất thải PVDF thân thiện với môi trường an toàn.

  Ứng dụng [ chỉnh sửa ]

  

  PVDF là một loại nhựa nhiệt dẻo thể hiện tính linh hoạt cho các ứng dụng tương tự như các loại nhựa nhiệt dẻo khác, đặc biệt là fluoropolyme. Nhựa PVDF được gia nhiệt và xử lý để sử dụng trong ép đùn và ép phun để sản xuất ống, tấm, lớp phủ, màng và các sản phẩm PVDF đúc, như thùng chứa số lượng lớn. Các ứng dụng công nghiệp phổ biến cho nhựa nhiệt dẻo PVDF bao gồm: ^[8]

  • Xử lý hóa học
  • Điện, pin và linh kiện điện tử
  • Xây dựng và kiến ​​trúc
  • Nghiên cứu y tế và dược phẩm
  • ] Các ứng dụng siêu tinh khiết
  • Xử lý chất thải hạt nhân
  • Hóa dầu, dầu khí
  • Thực phẩm, chế biến đồ uống
  • Quản lý nước, nước thải

  PVDF trong Điện tử / Điện chỉnh sửa ]]

  PVDF thường được sử dụng làm vật liệu cách điện trên dây điện, vì sự kết hợp linh hoạt, trọng lượng thấp, dẫn nhiệt thấp, chống ăn mòn hóa học cao và chịu nhiệt. Hầu hết các dây 30-mét hẹp được sử dụng trong lắp ráp mạch bọc dây và làm lại bảng mạch in được cách điện PVDF. Trong sử dụng này, dây thường được gọi là "dây Kynar", từ tên thương mại.

  Các tính chất áp điện của PVDF được khai thác trong sản xuất các mảng cảm biến xúc giác, đồng hồ đo biến dạng rẻ tiền và đầu dò âm thanh nhẹ. Các tấm áp điện làm bằng PVDF được sử dụng trên Máy đếm bụi sinh viên Venetia Burney, một công cụ khoa học của tàu thăm dò không gian New Horizons để đo mật độ bụi trong hệ mặt trời bên ngoài. ^{[ cần trích dẫn ]}

  PVDF là vật liệu kết dính tiêu chuẩn được sử dụng trong sản xuất điện cực tổng hợp cho pin lithium-ion. ^{[ cần trích dẫn ]} 1−2% dung dịch trọng lượng của PVDF đã hòa tan trong N -methyl-2-pyrrolidone (NMP) được trộn với một vật liệu lưu trữ lithium hoạt động như than chì, silicon, thiếc, LiCoO ₂ LiMn ₂ O ₄ hoặc LiFePO ₄ và một chất phụ gia dẫn điện như carbon đen hoặc sợi nano carbon. Bùn này được đúc trên bộ thu dòng kim loại và NMP bị bay hơi để tạo thành điện cực tổng hợp hoặc dán. PVDF được sử dụng vì nó trơ về mặt hóa học trong phạm vi tiềm năng được sử dụng và không phản ứng với chất điện phân hoặc lithium.

  PVDF trong Khoa học y sinh [ chỉnh sửa ]

  Trong khoa học y sinh, PVDF được sử dụng trong mô phỏng miễn dịch dưới dạng màng nhân tạo (thường có kích thước lỗ rỗng 0,22 hoặc 0,45 micromet) được chuyển bằng cách sử dụng điện (xem vết rạn phía tây). PVDF có khả năng chống lại các dung môi và do đó, các màng này có thể dễ dàng bị tước và tái sử dụng để xem xét các protein khác. Màng PVDF có thể được sử dụng trong các ứng dụng y sinh khác như một phần của thiết bị lọc màng, thường ở dạng bộ lọc ống tiêm hoặc bộ lọc bánh xe. Các tính chất khác nhau của vật liệu này, chẳng hạn như khả năng chịu nhiệt, chống ăn mòn hóa học và tính chất liên kết với protein thấp, làm cho vật liệu này có giá trị trong khoa học y sinh để điều chế thuốc làm bộ lọc khử trùng và làm bộ lọc để chuẩn bị mẫu cho kỹ thuật phân tích chẳng hạn như sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), trong đó một lượng nhỏ vật chất hạt có thể làm hỏng thiết bị nhạy cảm và đắt tiền.

  PVDF được sử dụng cho các dây câu monofilament đặc biệt, được bán dưới dạng thay thế fluorocarbon cho monofilament nylon. Bề mặt cứng hơn, do đó nó có khả năng chống mài mòn và răng cá sắc nhọn hơn. Mật độ quang học của nó thấp hơn nylon, khiến cho đường kẻ ít rõ ràng hơn với mắt cá sắc nét. Nó cũng đậm đặc hơn nylon, khiến nó chìm nhanh hơn về phía cá. ^[11]

  Các bộ chuyển đổi PVDF có ưu điểm là thích hợp hơn cho thử nghiệm phương thức so với đầu dò áp điện bán dẫn, và phù hợp hơn với tích hợp cấu trúc bán dẫn hơn đầu dò piezoceramic. Vì những lý do đó, việc sử dụng các cảm biến hoạt động PVDF là yếu tố then chốt để phát triển các phương pháp theo dõi sức khỏe cấu trúc trong tương lai, do chi phí thấp và tuân thủ. ^[12]

  PVDF trong quy trình nhiệt độ cao [ chỉnh sửa ]

  PVDF được sử dụng làm đường ống, tấm và lớp phủ bên trong ở nhiệt độ cao, axit nóng, ứng dụng môi trường bức xạ do đặc tính kháng của PVDF và ngưỡng nhiệt độ trên. Là đường ống, PVDF được đánh giá lên tới 248 ° F (120 ° C). Ví dụ về sử dụng PVDF bao gồm xử lý chất thải lò phản ứng hạt nhân, tổng hợp và sản xuất hóa chất, ( axit sulfuric, phổ biến ), ống thông khí và ống dịch vụ nồi hơi.

  Các hình thức khác [ chỉnh sửa ]

  Copolyme [ chỉnh sửa ]

  Copolyme của PVDF cũng được sử dụng trong ứng dụng áp điện. Một trong những copolyme được sử dụng phổ biến nhất là P (VDF-trifluoroetylen), thường có sẵn với tỷ lệ khoảng 50:50 wt% và 65:35 wt% (tương đương khoảng 56:44 mol% và 70:30 mol%). Một số khác là P (VDF-tetrafluoroetylen). Họ cải thiện phản ứng áp điện bằng cách cải thiện độ kết tinh của vật liệu.

  Trong khi cấu trúc đơn vị của copolyme ít cực hơn so với PVDF tinh khiết, copolyme thường có độ kết tinh cao hơn nhiều. Điều này dẫn đến phản ứng áp điện lớn hơn: d ₃₃ giá trị P (VDF-TFE) đã được ghi nhận là cao tới −38 pC / N ^[13] so với −33 pC / N trong PVDF thuần túy. ^[14]

  Terpolyme [ chỉnh sửa ]

  Terpolyme của PVDF là một trong những hứa hẹn nhất về chủng gây ra bởi cơ điện. Các terpolyme dựa trên PVDF được sử dụng phổ biến nhất là P (VDF-TrFE-CTFE) và P (VDF-TrFE-CFE). ^[15][16] terpolyme ferro dựa trên cơ sở thư giãn này được tạo ra bởi sự kết hợp ngẫu nhiên của monome thứ ba cồng kềnh (chlorotrifluoro ) vào chuỗi polymer của chất đồng trùng hợp P (VDF-TrFE) (có tính chất sắt điện trong tự nhiên). Sự kết hợp ngẫu nhiên này của CTFE trong copolyme P (VDF-TrFE) phá vỡ trật tự tầm xa của pha phân cực sắt, dẫn đến sự hình thành các miền cực nano. Khi một điện trường được áp dụng, các miền cực nano bị rối loạn sẽ thay đổi cấu trúc của chúng thành cấu trúc all-trans, dẫn đến biến dạng tĩnh điện lớn và hằng số điện môi ở nhiệt độ phòng cao ~ 50. ^[17]

  Xem thêm [ chỉnh sửa ]

  Tài liệu tham khảo [ chỉnh sửa ]

  1. ^ "poly (vinylene fluoride) (CHEBI: 53250)" . Truy cập ngày 14 tháng 7, 2012 .
  2. ^ Zhang, Q. M., Bharti, V., Kavarnos, G., Schwartz, M. (Ed.), (2002). "Poly (Vinylidene Fluoride) (PVDF) và các chất đồng trùng hợp của nó", Từ điển bách khoa về vật liệu thông minh, Tập 1 [2John Wiley & Sons, 807 Hay825.
  3. ^ http: // www.plasticintl.com/pvdf.htmlm[19659097[[19659094[[19454576[[HawaiiHeiji(1969)"TínhápđiệncủaPoly(vinylideneFluoride)" Tạp chí Vật lý ứng dụng Nhật Bản . 8 (7): 975. doi: 10.1143 / JJAP.8.975.
  4. ^ Lolla, Dinesh; Gorse, Joseph; Kisielowski, Cơ đốc giáo; Miao, Jiayuan; Taylor, Philip L.; Đuổi theo, George G.; Reneker, Darrell H. (2015-12-17). "Các phân tử polyvinylidene fluoride trong sợi nano, được chụp ở quy mô nguyên tử bằng kính hiển vi điện tử hiệu chỉnh quang sai". Nanoscale . 8 (1): 120 Điêu128. doi: 10.1039 / c5nr01619c. ISSN 2040-3372.
  5. ^ Lolla, Dinesh; Lolla, Manideep; Abutaleb, Ahmed; Shin, Hyeon U.; Reneker, Darrell H.; Đuổi theo, George G. (2016-08-09). "Chế tạo, phân cực các sợi Electretat Polyvinylidene Fluoride và hiệu quả đối với việc bắt giữ các sol khí rắn Nanoscale". Tài liệu . 9 (8): 671. doi: 10.3390 / ma9080671.
  6. ^ "Tính chất vật lý và cơ học". Arkema, Inc. Hóa học sáng tạo .
  7. ^ ^{a b} "Dữ liệu về đặc tính và hiệu suất của PVDF" (PDF) . Giải pháp ống nhựa .
  8. ^ Prevedouros K, anh em họ IT, Buck RC, Korzeniowski SH (tháng 1 năm 2006). "Nguồn, số phận và vận chuyển perfluorocarboxylates". Envir Sci Technol . 40 (1): 32 Hàng44. doi: 10.1021 / es0512475. PMID 16433330.
  9. ^ Zhang, QZH; Lu, Kim Phong; Saito, Fumio; Nam tước, Michel (2001). "Phản ứng pha rắn hóa học giữa polyvinylidene fluoride và natri hydroxit". Tạp chí khoa học polymer ứng dụng . 81 (9): 2249. doi: 10.1002 / app.1663.
  10. ^ Lịch sử Seaguar – Trang web của nhà sản xuất Kureha America, Inc. Lưu trữ 2010-06-20 tại Wayback Machine [19659115] ^ Guzman, E.; Cugnoni, J; Gmür, T (2013). "Khả năng sống sót của các cảm biến phim PVDF tích hợp để tăng tốc các điều kiện lão hóa trong các cấu trúc hàng không / hàng không vũ trụ". Cấu trúc phương tiện thông minh . 22 (6): 065020. doi: 10.1088 / 0964-1726 / 22/6/065020.
  11. ^ Omote, Kenji; Ohigashi, Hiroji; Koga, Keiko (1997). "Sự phụ thuộc nhiệt độ của các tính chất đàn hồi, điện môi và áp điện của" màng đơn tinh thể của vinylidene trifluoroetylen copolyme ". Tạp chí Vật lý ứng dụng . 81 (6): 2760. doi: 10.1063 / 1.364300.
  12. ^ Nix, EL; Ward, IM (1986). "Phép đo các hệ số áp điện cắt của polyvinylidene fluoride". Ferroelectrics [1945] ] 67 : 137. doi: 10.1080 / 00150198608245016.
  13. ^ Xu, Haisheng; Cheng, Z.-Y.; Olson, Dana; Mai, T.; Zhang, QM; , G. (16 tháng 4 năm 2001). "Tính chất điện và điện của poly (vinylidene-fluoride, trifluoroetylen chlorotrifluoroetylen) terpolymer". Các chữ cái vật lý ứng dụng . AIP Publishing LLC, American Vật lý học. 78 (16): 2360 Từ2362. Doi: 10.1063 / 1.1358847.
  14. ^ Bao, Hui-Min; Song, Jiao-Fan; Zh ang, Juan; Thần, Qun-Đồng; Dương, Trường-Trịnh; Zhang, Q. M. (3 tháng 4 năm 2007). "Chuyển đổi pha và hành vi thư giãn sắt điện trong các Terpolyme P (VDF − TrFE − CFE)". Các đại phân tử . Ấn phẩm ACS. 40 (7): 2371 Cách2379. doi: 10.1021 / ma062800l.
  15. ^ Ahmed, Saad; Arrojado, Erika; Sigamani, Nirmal; Ounaies, Zoubeida (14 tháng 5 năm 2015). Goulbourne, Nakhiah C., chủ biên. "Cấu trúc origami phản ứng điện trường sử dụng vật liệu hoạt động dựa trên tĩnh điện". Thủ tục tố tụng SPIE: Hành vi và cơ học của vật liệu và vật liệu tổng hợp đa năng 2015 . Hiệp hội kỹ sư thiết bị nhiếp ảnh (SPIE). 9432 . doi: 10.1117 / 12.2084785. ISBN Muff628415353.