Fluorek winylidenu - Polyvinylidene fluoride

Fluorek winylidenu
Nazwy
	Nazwa IUPAC Poli(1,1-difluoroetylen)
	Inne nazwy Difluorek poliwinylidenu; poli(fluorek winylu); Kynar; Hylar; Sole; Sygefa; poli(1,1-difluoroetan)
Identyfikatory
Numer CAS
CZEBI
ChemSpider
Karta informacyjna ECHA	100.133.181
Siatka	poliwinyliden + fluorek
Identyfikator klienta PubChem
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
Nieruchomości
Wzór chemiczny	−(C 2 H 2 F 2 ) n −
Wygląd zewnętrzny	Białawe lub półprzezroczyste ciało stałe
Rozpuszczalność w wodzie	Nierozpuszczalny
Struktura
Moment dipolowy	2.1 D
Związki pokrewne
Związki pokrewne	PVF , PCV , PTFE
	O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa).
	zweryfikuj ( co to jest ?)
	Referencje do infoboksu

Polifluorek winylidenu lub difluorek winylidenu ( PVDF ) to wysoce niereaktywny termoplastyczny fluoropolimer wytwarzany przez polimeryzację difluorku winylidenu .

PVDF to specjalistyczne tworzywo sztuczne stosowane w aplikacjach wymagających najwyższej czystości, a także odporności na rozpuszczalniki, kwasy i węglowodory. W porównaniu z innymi fluoropolimerami, takimi jak politetrafluoroetylen (Teflon), PVDF ma niską gęstość (1,78 g/cm ³ ).

Jest dostępny w postaci produktów do rurociągów, arkuszy, rurek, folii, płyt i izolatora do drutu premium. Może być wtryskiwany, formowany lub spawany i jest powszechnie stosowany w przemyśle chemicznym, półprzewodnikowym, medycznym i obronnym, a także w akumulatorach litowo-jonowych . Jest również dostępny jako usieciowana pianka o zamkniętych komórkach , coraz częściej stosowana w zastosowaniach lotniczych i kosmicznych oraz jako egzotyczny filament do drukarek 3D. Może być również stosowany w wielokrotnym kontakcie z produktami spożywczymi, ponieważ jest zgodny z FDA i nietoksyczny poniżej temperatury rozkładu.

Jako drobny gatunek proszku jest składnikiem wysokiej jakości farb do metali. Te farby PVDF mają wyjątkowo dobrą trwałość połysku i koloru. Są one używane na wielu znanych budynkach na całym świecie, takich jak Petronas Towers w Malezji i Taipei 101 na Tajwanie, a także na metalowych dachach komercyjnych i mieszkalnych.

Membrany PVDF są stosowane w Western blot do unieruchamiania białek, ze względu na ich nieswoiste powinowactwo do aminokwasów.

PVDF jest również używany jako składnik wiążący dla elektrody węglowej w superkondensatorach oraz w innych zastosowaniach elektrochemicznych.

Nazwy

PVDF jest sprzedawany pod różnymi nazwami, w tym KF ( Kureha ), Hylar ( Solvay ), Kynar ( Arkema ) i Solef (Solvay).

Nieruchomości

W 1969 r. zaobserwowano silną piezoelektryczność w PVDF, ze współczynnikiem piezoelektrycznym zbiegunowanych (umieszczonych w silnym polu elektrycznym w celu wzbudzenia netto momentu dipolowego) cienkich warstw tak dużych jak 6-7 pC / N : 10 razy większych niż obserwowane w dowolnym inny polimer .

PVDF posiada temperaturę zeszklenia ( T _g ) od około -35 ° C, a zazwyczaj 50-60% krystaliczna. Aby nadać materiałowi właściwości piezoelektryczne, jest on mechanicznie rozciągany w celu zorientowania łańcuchów molekularnych, a następnie napinany pod napięciem. PVDF występuje w kilku formach: alfa (TGTG'), beta (TTTT) i gamma (TTTGTTTG'), w zależności od konformacji łańcucha jako wiązania trans (T) lub Gauche (G). Po biegunowaniu PVDF jest polimerem ferroelektrycznym , wykazującym wydajne właściwości piezoelektryczne i piroelektryczne . Te cechy sprawiają, że jest przydatny w zastosowaniach czujników i baterii . Cienkie folie PVDF są stosowane w niektórych nowszych czujnikach kamer termowizyjnych .

W przeciwieństwie do innych popularnych materiały piezoelektryczne, takie jak ołów cyrkonianu-tytanianu (PZT), PVDF ma negatywny d ₃₃ wartości. Fizycznie oznacza to, że PVDF będzie się kompresować zamiast rozszerzać lub odwrotnie, gdy zostanie wystawiony na działanie tego samego pola elektrycznego.

Termiczny

Żywica PVDF została poddana eksperymentom z wysoką temperaturą, aby przetestować jej stabilność termiczną. PVDF przetrzymywano przez 10 lat w 302°F (150°C), a następujące pomiary wykazały, że nie wystąpił rozkład termiczny lub oksydacyjny. Żywica PVDF jest stabilna do 707 °F (375 °C).

Kompatybilność chemiczna

PVDF wykazuje zwiększoną odporność chemiczną i kompatybilność wśród materiałów termoplastycznych. Uważa się, że PVDF ma doskonałą / obojętną odporność na:

mocne kwasy, słabe kwasy,
jonowe, roztwory soli,
związki chlorowcowane,
węglowodory,
rozpuszczalniki aromatyczne,
rozpuszczalniki alifatyczne,
utleniacze,
słabe zasady.

Wrażliwość chemiczna

PVDF, podobnie jak inne fluoropolimery , wykazuje generalnie wrażliwość chemiczną z następującymi rodzinami chemicznymi:

mocne zasady, kaustyki,
estry,
ketony.

Własności wewnętrzne i odporność

Polifluorek winylidenu wykazuje wrodzoną charakterystykę odporności w niektórych zastosowaniach o dużym skupieniu. Mianowicie są to: reakcje utleniania ozonu, promieniowanie jądrowe, uszkodzenia UV oraz mikrobiologiczny rozwój grzybów. Odporność PVDF na te warunki jest dość charakterystyczna wśród materiałów termoplastycznych . Stabilność pierwiastkowa PVDF w postaci węgla i fluoru przyczynia się do tej odporności, jak również do polimerowej integracji PVDF podczas jego przetwarzania.

Przetwarzanie

PVDF można zsyntetyzować z gazowego monomeru fluorku winylidenu (VDF) w procesie polimeryzacji wolnorodnikowej (lub kontrolowanej rodnikowej). Po tym mogą następować procesy takie jak odlewanie ze stopu lub przetwarzanie z roztworu (np. odlewanie z roztworu, powlekanie obrotowe i odlewanie folii). Powstały także filmy Langmuira–Blodgetta . W przypadku przetwarzania w roztworze, typowe stosowane rozpuszczalniki obejmują dimetyloformamid i bardziej lotny butanon . W wodnej polimeryzacji emulsyjnej The fluorowany kwas perfluorononanoic stosuje się anion postaci środka ułatwiającego przetwórstwo według monomerów rozpuszczalność. W porównaniu z innymi fluoropolimerami ma łatwiejszy proces topienia ze względu na stosunkowo niską temperaturę topnienia około 177°C.

Przetwarzane materiały są zwykle w niepiezoelektrycznej fazie alfa. Aby uzyskać piezoelektryczną fazę beta, materiał musi być albo rozciągnięty, albo wyżarzony. Wyjątkiem są cienkie folie PVDF (grubość rzędu mikrometrów). Naprężenia szczątkowe między cienkimi foliami a podłożami, na których są przetwarzane, są wystarczająco duże, aby spowodować powstanie fazy beta.

Aby uzyskać odpowiedź piezoelektryczną, materiał musi być najpierw spolaryzowany w dużym polu elektrycznym. Biegunowanie materiału zazwyczaj wymaga pola zewnętrznego o wartości powyżej 30 M V /m. Grube folie (zwykle >100 µm ) muszą być podgrzewane podczas procesu pollingu w celu uzyskania dużej odpowiedzi piezoelektrycznej. Grube folie są zwykle podgrzewane do 70–100 °C podczas procesu pollingu.

Proces ilościowego odfluorowania został opisany przez mechanochemię , w celu bezpiecznego i przyjaznego dla środowiska przetwarzania odpadów PVDF.

Aplikacje

Rury PVDF używane do transportu ultraczystej wody

PVDF to tworzywo termoplastyczne, które wykazuje wszechstronność w zastosowaniach podobnych do innych tworzyw termoplastycznych, w szczególności fluoropolimerów. Żywica PVDF jest podgrzewana i obsługiwana do stosowania w wytłaczaniu i formowaniu wtryskowym do produkcji rur , arkuszy, powłok, folii i formowanych produktów PVDF, takich jak pojemniki zbiorcze. Typowe zastosowania przemysłowe dla termoplastów PVDF obejmują:

obróbka chemiczna,
elektryczność, baterie i podzespoły elektroniczne,
budownictwo i architektura,
opieka zdrowotna i farmaceutyka,
badania biomedyczne,
ultraczyste aplikacje,
gospodarka odpadami jądrowymi,
petrochemia, ropa i gaz,
przetwórstwo żywności, napojów,
gospodarka wodna, ściekowa.

W elektronice/elektryce

PVDF jest powszechnie stosowany jako izolacja na przewodach elektrycznych, ze względu na połączenie elastyczności, małej wagi, niskiej przewodności cieplnej, wysokiej odporności na korozję chemiczną i odporności na ciepło. Większość wąskiego drutu o średnicy 30, używanego do montażu obwodów owijających i przeróbek płytek drukowanych, jest izolowana PVDF. W tym zastosowaniu drut jest ogólnie określany jako „drut Kynar” od nazwy handlowej.

Właściwości piezoelektryczne PVDF są wykorzystywane w produkcji matryc czujników dotykowych , niedrogich tensometrów i lekkich przetworników audio . Panele piezoelektryczne wykonane z PVDF są używane w Venetia Burney Student Dust Counter, przyrządzie naukowym sondy kosmicznej New Horizons, który mierzy gęstość pyłu w zewnętrznym Układzie Słonecznym .

PVDF jest standardowym materiałem wiążącym stosowanym w produkcji elektrod kompozytowych do akumulatorów litowo-jonowych. Roztwór PVDF 1-2% wagowych w N -metylo-2-pirolidon (NMP), miesza się z aktywnym litowego materiału takiego jak grafit, krzemu, cyny, LiCoO ₂ , LIMN ₂ O ₄ lub LiFePO ₄ i przewodzącą dodatek, taki jak sadza lub nanowłókien węglowych . Ta zawiesina jest wylewana na metalowy kolektor prądu, a NMP jest odparowywany w celu utworzenia elektrody kompozytowej lub pasty . PVDF jest stosowany, ponieważ jest chemicznie obojętny w stosowanym zakresie potencjału i nie reaguje z elektrolitem ani litem.

W naukach biomedycznych

W naukach biomedycznych PVDF jest stosowany w immunoblottingu jako sztuczna membrana (zwykle o wielkości porów 0,22 lub 0,45 mikrometra), na którą przenoszone są białka za pomocą elektryczności (patrz Western blotting ). PVDF jest odporny na rozpuszczalniki i dlatego membrany te można łatwo zdjąć i ponownie wykorzystać do obserwacji innych białek. Membrany PVDF mogą być używane w innych zastosowaniach biomedycznych jako część urządzenia do filtracji membranowej, często w postaci filtra strzykawkowego lub filtra kołowego. Różnorodne właściwości tego materiału, takie jak odporność na ciepło, odporność na korozję chemiczną oraz niskie właściwości wiązania białek sprawiają, że materiał ten jest cenny w naukach biomedycznych do przygotowania leków jako filtr sterylizujący oraz jako filtr do przygotowania próbek do technik analitycznych takich jak wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC), gdzie niewielkie ilości cząstek stałych mogą uszkodzić czuły i drogi sprzęt.

Przetworniki PVDF mają tę zaletę, że są dynamicznie bardziej odpowiednie do testowania modalnego niż półprzewodnikowe przetworniki piezorezystancyjne i są bardziej podatne na integrację strukturalną niż przetworniki piezoceramiczne . Z tych powodów wykorzystanie aktywnych czujników PVDF jest kluczem do rozwoju przyszłych metod monitorowania stanu konstrukcji, ze względu na ich niski koszt i zgodność.

W procesach wysokotemperaturowych

PVDF jest stosowany jako rury, blachy i powłoki wewnętrzne w zastosowaniach wysokotemperaturowych, gorących kwasów i środowiska radiacyjnego ze względu na charakterystykę odporności PVDF i górne progi temperatury. Jako orurowanie, PVDF jest oceniany do 248 °F (120 °C). Przykłady zastosowań PVDF obejmują utylizację odpadów z reaktora jądrowego, syntezę chemiczną i produkcję ( kwas siarkowy , powszechny), komory powietrzne i rurę serwisową kotła.

Inne zastosowania

PVDF jest stosowany do specjalistycznych żyłek z monofilamentem , sprzedawanych jako zamienniki fluorowęglowe do nylonowej żyłki. Powierzchnia jest twardsza, dzięki czemu jest bardziej odporna na ścieranie i ostre rybie zęby. Jej gęstość optyczna jest niższa niż nylonu, co sprawia, że linka jest mniej dostrzegalna dla bystrych rybich oczu. Jest również gęstszy niż nylon, dzięki czemu szybciej tonie w kierunku ryb.

Inne formy

Kopolimery

Kopolimery PVDF są również wykorzystywane w zastosowaniach piezoelektrycznych i elektrostrykcyjnych . Jednym z najczęściej stosowanych kopolimerów jest P(VDF-trifluoroetylen), zwykle dostępny w proporcjach około 50:50 i 65:35 masowych (odpowiednik frakcji molowych około 56:44 i 70:30). Kolejnym jest P(VDF- tetrafluoroetylen ). Poprawiają odpowiedź piezoelektryczną poprzez poprawę krystaliczności materiału.

Chociaż struktury jednostkowe kopolimerów są mniej polarne niż czystego PVDF, kopolimery zazwyczaj mają znacznie wyższą krystaliczność. Prowadzi to do większej piezoelektrycznego reakcji: d ₃₃ wartości P (VDF TFE) zostały zarejestrowane być tak wysoki, jak -38 p C / N w porównaniu do -33 PC / N w czystej PVDF.

Terpolimery

Terpolimery PVDF są najbardziej obiecujące pod względem odkształcenia indukowanego elektromechanicznie. Najczęściej stosowanymi terpolimerami na bazie PVDF są P(VDF-TrFE-CTFE) i P(VDF-TrFE-CFE). Ten relaxor -na ferroelektryczne terpolimer wytwarza się przez losową włączenia objętościowych trzeciego monomeru ( chlorotrifluoroetylenu , CTFE) do łańcucha polimeru P (VDF TrFE) kopolimeru (który jest ferroelektrycznym w naturze). To przypadkowe włączenie CTFE do kopolimeru P(VDF-TrFE) zaburza uporządkowanie dalekiego zasięgu ferroelektrycznej fazy polarnej, powodując powstawanie domen nanopolarnych. Po przyłożeniu pola elektrycznego nieuporządkowane domeny nanopolarne zmieniają swoją konformację na konformację all- trans , co prowadzi do dużego naprężenia elektrostrykcyjnego i wysokiej stałej dielektrycznej w temperaturze pokojowej wynoszącej ~50.

Languages

In other projects