Имена | |
---|---|
Название ИЮПАК Поли (1,1-дифторэтилен) [1] | |
Другие имена Поливинилидендифторид; поли (виниленфторид); Кынар; Хилар; Solef; Sygef; поли (1,1-дифторэтан) | |
Идентификаторы | |
ЧЭБИ | |
ChemSpider |
|
ECHA InfoCard | 100.133.181 |
MeSH | поливинилиден + фторид |
PubChem CID | |
CompTox Dashboard ( EPA ) | |
Характеристики | |
- (C 2 H 2 F 2 ) п - | |
Внешность | Беловатое или полупрозрачное твердое вещество |
Нерастворимый | |
Структура | |
2.1 D [2] | |
Родственные соединения | |
Родственные соединения | ПВФ , ПВХ , ПТФЭ |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
проверить ( что есть ?) | |
Ссылки на инфобоксы | |
Поливинилиденфторид или поливинилидендифторид ( ПВДФ ) представляет собой термопластичный фторполимер с высокой инертной реакционной способностью, полученный полимеризацией винилидендифторида .
PVDF - это специальный пластик, используемый в приложениях, требующих высочайшей чистоты, а также устойчивости к растворителям, кислотам и углеводородам. По сравнению с другими фторполимерами, такими как политетрафторэтилен (тефлон), ПВДФ имеет низкую плотность (1,78 г / см 3 ).
Он доступен в виде трубных изделий, листов, труб, пленок, пластин и изолятора для проводов высшего качества. Его можно лить под давлением, отливать или сваривать, и он обычно используется в химической, полупроводниковой, медицинской и оборонной промышленности, а также в литий-ионных батареях . Он также доступен в виде сшитого пенопласта с закрытыми порами , который все чаще используется в авиации и космонавтике. Его также можно использовать при многократном контакте с пищевыми продуктами, поскольку он соответствует требованиям FDA и абсолютно не токсичен. [3]
В качестве тонкого порошка он входит в состав высококачественных красок для металлов. Эти краски PVDF обладают очень хорошим блеском и сохранением цвета. Они используются на многих известных зданиях по всему миру, таких как башни Петронас в Малайзии и Тайбэй 101 на Тайване, а также на металлических крышах коммерческих и жилых домов.
Мембраны PVDF используются в вестерн-блоттинге для иммобилизации белков из-за их неспецифического сродства к аминокислотам.
PVDF также используется в качестве связующего компонента для углеродного электрода в суперконденсаторах и для других электрохимических применений.
Имена [ править ]
PVDF продается под различными торговыми марками, включая KF ( Kureha ), Hylar ( Solvay ), Kynar ( Arkema ) и Solef (Solvay).
Свойства [ править ]
В 1969 году сильное пьезоэлектричество было обнаружено в PVDF с пьезоэлектрическим коэффициентом поляризованных (помещенных в сильное электрическое поле для создания суммарного дипольного момента) тонких пленок величиной 6–7 пКл / Н : в 10 раз больше, чем у любого другого другой полимер . [4]
PVDF имеет температуру стеклования ( T g ) около -35 ° C и обычно на 50-60% кристаллический. Чтобы придать материалу пьезоэлектрические свойства, его механически растягивают для ориентации молекулярных цепочек, а затем поляризуют под действием напряжения. PVDF существует в нескольких формах: альфа (TGTG '), бета (TTTT) и гамма (TTTGTTTG') фазы, в зависимости от конформации цепи как транс (T) или гош (G) связи. В полюсном состоянии ПВДФ представляет собой сегнетоэлектрический полимер, демонстрирующий эффективные пьезоэлектрические и пироэлектрические свойства. [5] Эти характеристики делают его полезным в датчике и батарее.Приложения. Тонкие пленки ПВДФ используются в некоторых новых датчиках тепловизоров .
В отличие от других популярных пьезоэлектрических материалов, таких как цирконат-титанат свинца (PZT), PVDF имеет отрицательное значение d 33 . Физически это означает, что PVDF будет сжиматься, а не расширяться, или наоборот при воздействии того же электрического поля. [6]
Термальный [ править ]
Смола PVDF была подвергнута испытаниям при высоких температурах для проверки ее термической стабильности. PVDF выдерживали в течение 10 лет при 302 ° F (150 ° C), и следующие измерения показали, что термического или окислительного разрушения не происходило [ необходима цитата ] . Смола ПВДФ была зарегистрирована стабильной до 707 ° F (375 ° C). [7]
Химическая совместимость [ править ]
PVDF демонстрирует повышенную химическую стойкость и совместимость среди термопластических материалов. PVDF обладает отличной / инертной стойкостью к: [ необходима цитата ]
- сильные кислоты, слабые кислоты,
- ионные, солевые растворы,
- галогенированные соединения,
- углеводороды,
- ароматические растворители,
- алифатические растворители,
- окислители,
- слабые базы.
Химическая чувствительность [ править ]
PVDF, как и другие фторполимеры , проявляет химическую чувствительность, как правило, к следующим химическим семействам:
- сильные основания, каустики,
- сложные эфиры,
- кетоны. [8]
Внутренние свойства и сопротивление [ править ]
Поливинилиденфторид проявляет характеристики внутреннего сопротивления в определенных сферах применения. А именно: реакции окисления озона, ядерное излучение, ультрафиолетовое повреждение и микробиологический рост грибков. [ необходима цитата ] Стойкость ПВДФ к этим условиям весьма характерна для термопластичных материалов. Устойчивость PVDF к углеродным и фторидным элементам способствует этому сопротивлению, а также полимерной интеграции PVDF во время его обработки. [ необходима цитата ]
Обработка [ править ]
PVDF может быть синтезирован из мономера газообразного винилиденфторида (VDF) с помощью процесса свободнорадикальной (или контролируемой радикальной) полимеризации. За этим могут следовать такие процессы, как литье из расплава или обработка из раствора (например, литье из раствора, нанесение покрытия центрифугированием и литье пленки). Снимались также фильмы Ленгмюра – Блоджетт . В случае обработки на основе раствора типичные используемые растворители включают диметилформамид и более летучий бутанон . В водной эмульсионной полимеризации , то фторсодержащее perfluorononanoic кислота используется в анионной форме в качестве технологической добавки путем солюбилизации мономеров. [9]По сравнению с другими фторполимерами, он имеет более легкий процесс плавления из-за его относительно низкой температуры плавления около 177 ° C.
Обработанные материалы обычно находятся в непьезоэлектрической альфа-фазе. Для получения пьезоэлектрической бета-фазы материал необходимо либо растянуть, либо отжечь. Исключение составляют тонкие пленки ПВДФ (толщина порядка микрометров). Остаточные напряжения между тонкими пленками и подложками, на которых они обрабатываются, достаточно велики, чтобы вызвать образование бета-фазы.
Чтобы получить пьезоэлектрический отклик, материал сначала необходимо полюсить в большом электрическом поле. Для полировки материала обычно требуется внешнее поле выше 30 М В / м. Толстые пленки (обычно> 100 мкм ) необходимо нагревать во время процесса полирования, чтобы получить большой пьезоэлектрический отклик. Толстые пленки обычно нагревают до 70–100 ° C в процессе полировки.
Количественный процесс дефторирования был описан механохимией , [10] для переработки отходов ПВДФА безопасной экологически чистые.
Приложения [ править ]
PVDF - это термопласт, который демонстрирует универсальность применения, аналогичную другим термопластам, особенно фторполимерам. Смола ПВДФ нагревается и обрабатывается для использования в экструзии и литье под давлением для производства труб , листов, покрытий, пленок и формованных изделий из ПВДФ, таких как контейнеры для массовых грузов, из ПВДФ. Общие промышленные применения термопластов ПВДФ включают: [8]
- химическая обработка,
- электричество, аккумуляторы и электронные компоненты,
- строительство и архитектура,
- здравоохранение и фармацевтика,
- биомедицинские исследования,
- сверхчистые приложения,
- обращение с ядерными отходами,
- нефтехимия, нефть и газ,
- еда, производство напитков,
- водоснабжение, очистка сточных вод.
В электронике / электричестве [ править ]
PVDF обычно используется в качестве изоляции электрических проводов из-за сочетания гибкости, малого веса, низкой теплопроводности, высокой химической коррозионной стойкости и термостойкости. Большая часть узкого провода 30-го калибра, используемого при сборке проводов и ремонте печатных плат, имеет изоляцию из ПВДФ. В этом случае проволока обычно упоминается как «проволока Kynar» по торговому наименованию.
Пьезоэлектрические свойства PVDF используются при производстве матриц тактильных датчиков , недорогих тензодатчиков и легких преобразователей звука . Пьезоэлектрические панели из ПВДФ используются в счетчике пыли Venetia Burney Student, научном инструменте космического зонда New Horizons, который измеряет плотность пыли во внешней Солнечной системе . [ необходима цитата ]
PVDF - стандартный связующий материал, используемый при производстве композитных электродов для литий-ионных батарей. [11] Раствор PVDF 1-2% по массе в N- метил-2-пирролидоне (NMP) смешивают с активным материалом-накопителем лития, таким как графит, кремний, олово, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 или LiFePO 4. и проводящая добавка, такая как углеродная сажа или углеродные нановолокна . Эта суспензия заливается на металлический токоприемник, и NMP испаряется, образуя композитный или пастообразный электрод.. PVDF используется, потому что он химически инертен в используемом диапазоне потенциалов и не реагирует с электролитом или литием.
В биомедицине [ править ]
В биомедицине PVDF используется в иммуноблоттинге в качестве искусственной мембраны (обычно с размером пор 0,22 или 0,45 микрометра), на которую белки переносятся с помощью электричества (см. Вестерн-блоттинг).). PVDF устойчив к растворителям, поэтому эти мембраны можно легко удалить и повторно использовать для анализа других белков. Мембраны из ПВДФ могут использоваться в других биомедицинских приложениях как часть мембранного фильтрационного устройства, часто в форме шприцевого фильтра или колесного фильтра. Различные свойства этого материала, такие как термостойкость, устойчивость к химической коррозии и низкое связывание белков, делают этот материал ценным в биомедицинских науках для приготовления лекарств в качестве стерилизующего фильтра и в качестве фильтра для подготовки образцов для аналитических методов. такие как высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), где небольшие количества твердых частиц могут повредить чувствительное и дорогое оборудование.
PVDF используется в специальных лесках из моноволокна , которые продаются как фторуглеродные заменители нейлоновых моноволокон. Поверхность тверже, поэтому она более устойчива к истиранию и острым рыбьим зубам. Его оптическая плотность ниже, чем у нейлона, что делает леску менее заметной для острого рыбьего глаза. Кроме того, он плотнее нейлона, поэтому быстрее тонет по направлению к рыбе. [12]
Преобразователи из ПВДФ имеют то преимущество, что они более подходят для динамического тестирования, чем полупроводниковые пьезорезистивные преобразователи, и более гибкие для структурной интеграции, чем пьезокерамические преобразователи . По этим причинам использование активных датчиков PVDF является краеугольным камнем для разработки будущих методов мониторинга состояния конструкций из-за их низкой стоимости и соответствия требованиям. [13]
В высокотемпературных процессах [ править ]
PVDF используется в качестве трубопроводов, листов и внутренних покрытий в высокотемпературных, горячих кислотных и радиационных средах из-за характеристик сопротивления PVDF и верхних пороговых значений температуры. В качестве трубопровода ПВДФ рассчитан на температуру до 248 ° F (120 ° C). Примеры использования ПВДФ включают обращение с отходами ядерных реакторов, химический синтез и производство ( серная кислота , обычная), воздухозаборники и трубопровод для обслуживания котла.
Другие формы [ править ]
Сополимеры [ править ]
Сополимеры PVDF также используются в пьезоэлектрических и электрострикционных приложениях. Одним из наиболее часто используемых сополимеров является P (VDF-трифторэтилен), обычно доступный в соотношении примерно 50:50 и 65:35 по массе (что эквивалентно примерно 56:44 и 70:30 молярным долям). Другой - П (ВДФ- тетрафторэтилен ). Они улучшают пьезоэлектрический отклик за счет улучшения кристалличности материала.
Хотя структурные единицы сополимеров менее полярны, чем у чистого ПВДФ, сополимеры обычно имеют гораздо более высокую кристалличность. Это приводит к большему пьезоэлектрическому отклику: зарегистрированные значения d 33 для P (VDF-TFE) достигают -38 p C / N [14] по сравнению с -33 пКл / N в чистом PVDF. [15]
Терполимеры [ править ]
Терполимеры ПВДФ являются наиболее перспективными с точки зрения электромеханической деформации. Наиболее часто используемые терполимеры на основе ПВДФ - это П (VDF-TrFE-CTFE) и P (VDF-TrFE-CFE). [16] [17] Этот сегнетоэлектрический тройной сополимер на основе релаксора получают путем случайного включения объемного третьего мономера ( хлортрифторэтилена , CTFE) в полимерную цепь сополимера P (VDF-TrFE) (который по своей природе является сегнетоэлектрическим). Это случайное включение CTFE в сополимер P (VDF-TrFE) нарушает дальнее упорядочение сегнетоэлектрической полярной фазы, что приводит к образованию нанополярных доменов. При приложении электрического поля неупорядоченные нанополярные домены меняют свою конформацию на полностью трансконформация, что приводит к большой электрострикционной деформации и высокой диэлектрической проницаемости при комнатной температуре ~ 50. [18]
См. Также [ править ]
- Сегнетоэлектрические полимеры
- Закон клайбера
- Сегнетоэлектричество
- Пироэлектричество
Ссылки [ править ]
- ^ "поли (виниленфторид) (CHEBI: 53250)" . Проверено 14 июля 2012 года .
- ^ Zhang, QM, Бхарти, В., Kavarnos Г. Шварц, М. (ред.), (2002). «Поли (винилиденфторид) (ПВДФ) и его сополимеры», Энциклопедия интеллектуальных материалов, тома 1–2 , John Wiley & Sons, 807–825.
- ^ https://www.plasticsintl.com/shop-by-material/pvdf
- ↑ Кавай, Хейджи (1969). «Пьезоэлектричество поливинилиденфторида». Японский журнал прикладной физики . 8 (7): 975–976. Bibcode : 1969JaJAP ... 8..975K . DOI : 10,1143 / JJAP.8.975 .
- ^ Лолла, Динеш; Горс, Джозеф; Киселёвский, Кристиан; Мяо, Цзяюань; Тейлор, Филип Л .; Чейз, Джордж Дж .; Ренекер, Даррелл Х. (17 декабря 2015 г.). «Молекулы поливинилиденфторида в нановолокнах, полученные в атомном масштабе с помощью электронной микроскопии с коррекцией аберраций» . Наноразмер . 8 (1): 120–128. Bibcode : 2015Nanos ... 8..120L . DOI : 10.1039 / c5nr01619c . ISSN 2040-3372 . PMID 26369731 .
- ^ Лолла, Динеш; Лолла, Манидип; Абуталеб, Ахмед; Шин, Хён Ю .; Ренекер, Даррелл Х .; Чейз, Джордж Г. (2016-08-09). «Изготовление, поляризация электретных волокон из поливинилиденфторида электроспрядения и влияние на улавливание твердых аэрозолей в наномасштабе» . Материалы . 9 (8): 671. Bibcode : 2016Mate .... 9..671L . DOI : 10,3390 / ma9080671 . PMC 5510728 . PMID 28773798 .
- ^ «Физические и механические свойства» . Arkema, Inc. Инновационная химия .
- ^ a b «Данные о характеристиках и характеристиках ПВДФ» (PDF) . Решения для пластиковых труб .
- ^ Prevedouros К., Казинс IT, Buck RC, Корженевский SH (январь 2006). «Источники, судьба и транспорт перфторкарбоксилатов». Environ. Sci. Technol . 40 (1): 32–44. Bibcode : 2006EnST ... 40 ... 32P . DOI : 10.1021 / es0512475 . PMID 16433330 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Чжан, Циву; Лу, Цзиньфэн; Сайто, Фумио; Барон, Мишель (2001). «Механохимическая твердофазная реакция между поливинилиденфторидом и гидроксидом натрия». Журнал прикладной науки о полимерах . 81 (9): 2249. DOI : 10.1002 / app.1663 .
- ^ Ордоньес, Дж .; Gago, EJ; Жирар, А. (01.07.2016). «Процессы и технологии переработки и утилизации отработанных литий-ионных аккумуляторов». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии . 60 : 195–205. DOI : 10.1016 / j.rser.2015.12.363 . ISSN 1364-0321 .
- ^ История компании Seaguar - сайт производителя Kureha America, Inc. Архивировано 20 июня 2010 года в Wayback Machine.
- ^ Guzman, E .; Cugnoni, J .; Гмюр, Т. (2013). «Живучесть интегрированных пленочных датчиков PVDF в условиях ускоренного старения в авиационных / аэрокосмических конструкциях». Smart Mater. Struct . 22 (6): 065020. Bibcode : 2013SMaS ... 22f5020G . DOI : 10.1088 / 0964-1726 / 22/6/065020 .
- ^ Омотэ, Kenji; Охигаши, Хиродзи; Кога, Кейко (1997). «Температурная зависимость упругих, диэлектрических и пьезоэлектрических свойств« монокристаллических »пленок сополимера винилиденфторида и трифторэтилена». Журнал прикладной физики . 81 (6): 2760. Bibcode : 1997JAP .... 81.2760O . DOI : 10.1063 / 1.364300 .
- ^ Nix, EL; Уорд, И.М. (1986). «Измерение сдвиговых пьезоэлектрических коэффициентов поливинилиденфторида». Сегнетоэлектрики . 67 : 137–141. DOI : 10.1080 / 00150198608245016 .
- ^ Сюй, Хайшэн; Cheng, Z.-Y .; Олсон, Дана; Mai, T .; Чжан, QM; Каварнос, Г. (16 апреля 2001 г.). «Сегнетоэлектрические и электромеханические свойства тройного сополимера поливинилиденфторид – трифторэтилен – хлортрифторэтилен». Письма по прикладной физике . AIP Publishing LLC, Американский институт физики. 78 (16): 2360–2362. Bibcode : 2001ApPhL..78.2360X . DOI : 10.1063 / 1.1358847 .
- ^ Бао, Хуэй-Минь; Сун, Цзяо-Фань; Чжан, Хуан; Шен, Цюнь-Донг; Ян, Чанг-Чжэн; Чжан, QM (3 апреля 2007 г.). «Фазовые переходы и поведение сегнетоэлектрического релаксора в терполимерах P (VDF-TrFE-CFE)». Макромолекулы . Публикации ACS. 40 (7): 2371–2379. DOI : 10.1021 / ma062800l .
- ^ Ахмед, Саад; Арроджадо, Эрика; Сигамани, Нирмал; Унайес, Зубейда (14 мая 2015 г.). Goulbourne, Nakhiah C. (ред.). "Оригами структуры, реагирующие на электрическое поле, с использованием активных материалов на основе электрострикции". Труды SPIE: Поведение и механика многофункциональных материалов и композитов 2015 . Поведение и механика многофункциональных материалов и композитов 2015. Сообщество инженеров фотографического приборостроения (SPIE). 9432 : 943206. Bibcode : 2015SPIE.9432E..06A . DOI : 10.1117 / 12.2084785 . ISBN 9781628415353. S2CID 120322803 .