Fluorură de poliviniliden - Polyvinylidene fluoride
|
|
| Numele | |
|---|---|
|
Numele IUPAC
Poli (1,1-difluoretilenă)
|
|
| Alte nume
Difluorură de poliviniliden; poli (fluorură de vinilen); Kynar; Hylar; Solef; Sygef; poli (1,1-difluoroetan)
|
|
| Identificatori | |
| ChEBI | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100.133.181 
|
| Plasă | poliviniliden + fluor |
|
PubChem CID
|
|
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
| Proprietăți | |
| - (C 2 H 2 F 2 ) n - | |
| Aspect | Solid albicios sau translucid |
| Insolubil | |
| Structura | |
| 2.1 D | |
| Compuși înrudiți | |
|
Compuși înrudiți
|
PVF , PVC , PTFE |
 verifica ( ce este ?)
  |
|
| Referințe infobox | |
Fluorura de poliviniliden sau difluorura de poliviniliden ( PVDF ) este un fluoropolimer termoplastic extrem de nereactiv produs prin polimerizarea difluorurii de viniliden .
PVDF este un plastic special folosit în aplicații care necesită cea mai mare puritate, precum și rezistență la solvenți, acizi și hidrocarburi. În comparație cu alți fluoropolimeri, cum ar fi politetrafluoretilena (teflon), PVDF are o densitate mică (1,78 g / cm 3 ).
Este disponibil sub formă de produse pentru conducte, foi, tuburi, filme, plăci și un izolator pentru sârmă premium. Poate fi injectat, turnat sau sudat și este utilizat în mod obișnuit în industria chimică, semiconductoare, medicală și de apărare, precum și în bateriile litiu-ion . De asemenea, este disponibil ca spumă cu celule închise reticulate , utilizată din ce în ce mai mult în aplicații aeronautice și aerospațiale și ca filament de imprimantă 3D exotic. Poate fi, de asemenea, utilizat în contact repetat cu produsele alimentare, deoarece este conform cu FDA și netoxic sub temperatura sa de degradare.
Ca o pulbere fină, este un ingredient în vopselele de înaltă calitate pentru metale. Aceste vopsele PVDF au o retenție extrem de bună a luciului și a culorii. Acestea sunt utilizate în multe clădiri proeminente din întreaga lume, cum ar fi Turnurile Petronas din Malaezia și Taipei 101 din Taiwan, precum și pe acoperișurile metalice comerciale și rezidențiale.
Membranele PVDF sunt utilizate în western blots pentru imobilizarea proteinelor, datorită afinității sale nespecifice pentru aminoacizi.
PVDF este, de asemenea, utilizat ca componentă de liant pentru electrodul de carbon din supercondensatoare și pentru alte aplicații electrochimice.
Numele
PVDF este vândut sub o varietate de nume de marcă, inclusiv KF ( Kureha ), Hylar ( Solvay ), Kynar ( Arkema ) și Solef (Solvay).
Proprietăți
În 1969, s-a observat o piezoelectricitate puternică în PVDF, cu coeficientul piezoelectric de poli (plasat sub un câmp electric puternic pentru a induce un moment net dipolar) de pelicule subțiri de 6-7 pC / N : de 10 ori mai mare decât cel observat în orice alt polimer .
PVDF are o temperatură de tranziție a sticlei ( T g ) de aproximativ -35 ° C și este de obicei 50-60% cristalină. Pentru a conferi materialului proprietățile sale piezoelectrice, acesta este întins mecanic pentru a orienta lanțurile moleculare și apoi este polizat sub tensiune. PVDF există în mai multe forme: faze alfa (TGTG '), beta (TTTT) și gamma (TTTGTTTG'), în funcție de conformațiile lanțului ca legături trans (T) sau gauche (G). Când este polizat, PVDF este un polimer feroelectric , care prezintă proprietăți piezoelectrice și piroelectrice eficiente . Aceste caracteristici îl fac util în aplicații cu senzori și baterii . Filmele subțiri de PVDF sunt utilizate în unele senzori termici mai noi .
Spre deosebire de alte materiale piezoelectrice populare, cum ar fi titanatul de zirconat de plumb (PZT), PVDF are o valoare negativă d 33 . Din punct de vedere fizic, aceasta înseamnă că PVDF se va comprima în loc să se extindă sau invers când este expus aceluiași câmp electric.
Termic
Rășina PVDF a fost supusă unor experimente la căldură ridicată pentru a testa stabilitatea termică a acesteia. PVDF a fost ținut timp de 10 ani la 302 ° F (150 ° C) și în urma măsurătorilor a indicat că nu s-a produs nicio defalcare termică sau oxidativă. Rășina PVDF a fost înregistrată stabilă până la 705 ° F (375 ° C).
Compatibilitate chimică
PVDF prezintă o rezistență chimică sporită și compatibilitate între materialele termoplastice. PVDF este considerat a avea o rezistență excelentă / inertă la:
- acizi puternici, acizi slabi,
- soluții ionice, sărate,
- compuși halogenați,
- hidrocarburi,
- solvenți aromatici,
- solvenți alifatici,
- oxidanți,
- baze slabe.
Sensibilitate chimică
PVDF, similar cu alți fluoropolimeri , prezintă sensibilitate chimică, în general, cu următoarele familii chimice:
- baze puternice, caustice,
- esteri,
- cetone.
Proprietăți intrinseci și rezistență
Fluorura de poliviniliden exprimă caracteristici de rezistență inerente în anumite aplicații cu focalizare ridicată. Și anume acestea sunt: reacții de oxidare a ozonului, radiații nucleare, daune UV și microbiologice, creșterea ciupercilor. Rezistența PVDF la aceste condiții este destul de distinctivă printre materialele termoplastice . Stabilitatea elementară a carbonului și fluorurii PVDF contribuie la această rezistență, precum și la integrarea polimerică a PVDF în timpul procesării sale.
Prelucrare
PVDF poate fi sintetizat din monomerul fluorurat de viniliden gazos (VDF) printr-un proces de polimerizare cu radicali liberi (sau cu radicali controlați). Acest lucru poate fi urmat de procese cum ar fi turnarea prin topire sau prelucrarea dintr-o soluție (de exemplu turnarea soluției, acoperirea prin centrifugare și turnarea peliculei). Au fost realizate și filme Langmuir – Blodgett . În cazul procesării pe bază de soluție, solvenții tipici utilizați includ dimetilformamida și butanona mai volatilă . În polimerizarea apoasă în emulsie , acidul perfluorononanoic fluorosurfactant este utilizat sub formă de anion ca ajutor de procesare prin solubilizarea monomerilor. Comparativ cu alți fluoropolimeri, are un proces de topire mai ușor datorită punctului său de topire relativ scăzut de aproximativ 177 ° C.
Materialele prelucrate sunt de obicei în faza alfa ne-piezoelectrică. Materialul trebuie fie întins, fie recoacut pentru a obține faza beta piezoelectrică. Excepția de la aceasta este pentru filmele subțiri PVDF (grosimea în ordinea micrometrilor). Tensiunile reziduale dintre filmele subțiri și substraturile pe care sunt prelucrate sunt suficient de mari pentru a determina formarea fazei beta.
Pentru a obține un răspuns piezoelectric, materialul trebuie mai întâi polizat într-un câmp electric mare. Polizarea materialului necesită de obicei un câmp extern de peste 30 M V / m. Filmele groase (de obicei> 100 µm ) trebuie încălzite în timpul procesului de polizare pentru a obține un răspuns piezoelectric mare. Filmele groase sunt de obicei încălzite la 70-100 ° C în timpul procesului de polizare.
Un proces cantitativ de defluorare a fost descris de mecanochimie , pentru prelucrarea sigură a deșeurilor PVDF ecologice.
Aplicații
PVDF este un termoplastic care exprimă versatilitate pentru aplicații similare cu alte termoplastice, în special fluoropolimeri. Rășina PVDF este încălzită și manipulată pentru a fi utilizată în extrudare și turnare prin injecție pentru a produce țevi PVDF , foi, acoperiri, filme și produse PVDF turnate, cum ar fi containerele vrac. Aplicațiile obișnuite din industrie pentru termoplastele PVDF includ:
- prelucrare chimică,
- electricitate, baterii și componente electronice,
- construcții și arhitectură,
- asistență medicală și farmaceutică,
- cercetare biomedicală,
- aplicații ultra-pure,
- manipularea deșeurilor nucleare,
- petrochimice, petrol și gaze,
- procesarea alimentelor, băuturilor,
- managementul apei, apelor uzate.
În electronică / electricitate
PVDF este utilizat în mod obișnuit ca izolație pe fire electrice, datorită combinației sale de flexibilitate, greutate redusă, conductivitate termică scăzută, rezistență ridicată la coroziune chimică și rezistență la căldură. Cea mai mare parte a firului îngust cu ecartament 30 utilizat în ansamblul circuitului de înfășurare a firelor și a prelucrării plăcilor de circuite imprimate este izolat PVDF. În această utilizare, firul este denumit în general „sârmă Kynar”, de la denumirea comercială.
Proprietățile piezoelectrice ale PVDF sunt exploatate în fabricarea matricilor de senzori tactili , a manometrelor ieftine și a traductoarelor audio ușoare . Panourile piezoelectrice realizate din PVDF sunt utilizate pe contorul de praf studențesc Venetia Burney, un instrument științific al sondei spațiale New Horizons care măsoară densitatea prafului în sistemul solar exterior .
PVDF este materialul liant standard utilizat la producerea de electrozi compoziti pentru baterii litiu-ion. Soluția de PVDF 1−2% în masă în N -metil-2-pirolidonă (NMP) este amestecată cu un material activ de stocare a litiului, cum ar fi grafit, siliciu, staniu, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 sau LiFePO 4 și un conductor aditiv precum negru de fum sau nanofibre de fum . Această suspensie este aruncată pe un colector de curent metalic, iar NMP este evaporat pentru a forma un electrod compozit sau pastă . PVDF este utilizat deoarece este inert din punct de vedere chimic în intervalul potențial utilizat și nu reacționează cu electrolitul sau cu litiul.
În știința biomedicală
În științele biomedicale, PVDF este utilizat în imunoblotare ca membrană artificială (de obicei cu dimensiuni de pori de 0,22 sau 0,45 micrometri), pe care proteinele sunt transferate folosind electricitate (vezi Western blot ). PVDF este rezistent la solvenți și, prin urmare, aceste membrane pot fi ușor decupate și reutilizate pentru a privi alte proteine. Membranele PVDF pot fi utilizate în alte aplicații biomedicale ca parte a unui dispozitiv de filtrare a membranei, adesea sub forma unui filtru de seringă sau filtru cu roți. Diferitele proprietăți ale acestui material, cum ar fi rezistența la căldură, rezistența la coroziune chimică și proprietățile scăzute de legare a proteinelor, fac acest material valoros în științele biomedicale pentru prepararea medicamentelor ca filtru de sterilizare și ca filtru pentru pregătirea probelor pentru tehnici analitice. precum cromatografia lichidă de înaltă performanță (HPLC), în care cantități mici de particule pot deteriora echipamentele sensibile și costisitoare.
Traductoarele PVDF au avantajul de a fi dinamic mai potrivite pentru testarea modală decât traductoarele piezorezistive semiconductoare și mai compatibile pentru integrarea structurală decât traductoarele piezoceramice . Din aceste motive, utilizarea senzorilor activi PVDF este o piatră de temelie pentru dezvoltarea viitoarelor metode de monitorizare a sănătății structurale, datorită costului și conformității lor reduse.
În procesele la temperaturi ridicate
PVDF este utilizat ca țevi, tablă și acoperiri interne în aplicații cu temperaturi ridicate, acid fierbinte, mediu de radiații datorită caracteristicilor de rezistență ale PVDF și pragurilor de temperatură superioare. Ca conductă, PVDF este evaluat până la 248 ° F (120 ° C). Exemple de utilizări ale PVDF includ manipularea deșeurilor reactoarelor nucleare, sinteza și producția chimică ( acid sulfuric , comun), pline de aer și conducta de serviciu a cazanelor.
Alte utilizări
PVDF este utilizat pentru liniile de pescuit monofilament de specialitate , vândute ca înlocuitoare de fluorocarbon pentru monofilament de nylon. Suprafața este mai dură, deci este mai rezistentă la abraziune și la dinții ascuțiți de pește. Densitatea sa optică este mai mică decât nylonul, ceea ce face ca linia să fie mai puțin perceptibilă pentru ochii ascuțiți de pește. De asemenea, este mai dens decât nylonul, făcându-l să se scufunde mai repede spre pești.
Alte forme
Copolimeri
Copolimerii PVDF sunt utilizați și în aplicații piezoelectrice și electrostrictive . Unul dintre copolimerii cel mai frecvent utilizați este P (VDF-trifluoretilenă), disponibil de obicei în raporturi de aproximativ 50:50 și 65:35 în masă (echivalent cu aproximativ 56:44 și 70:30 fracții molare). Un altul este P (VDF- tetrafluoretilenă ). Acestea îmbunătățesc răspunsul piezoelectric prin îmbunătățirea cristalinității materialului.
În timp ce structurile unitare ale copolimerilor sunt mai puțin polare decât cea a PVDF pur, copolimerii au de obicei o cristalinitate mult mai mare. Acest lucru are ca rezultat un răspuns piezoelectric mai mare: valorile d 33 pentru P (VDF-TFE) au fost înregistrate ca fiind de până la -38 p C / N comparativ cu -33 pC / N în PVDF pur.
Terpolimeri
Terpolimerii PVDF sunt cei mai promițători în ceea ce privește tulpina indusă electromecanic. Terpolimerii pe bază de PVDF utilizați cel mai frecvent sunt P (VDF-TrFE-CTFE) și P (VDF-TrFE-CFE). Acest terpolimer feroelectric pe bază de relaxor este produs prin încorporarea aleatorie a celui de-al treilea monomer voluminos ( clorotrifluoretilenă , CTFE) în lanțul polimeric al copolimerului P (VDF-TrFE) (care este de natură feroelectrică). Această încorporare aleatorie a CTFE în copolimerul P (VDF-TrFE) perturbă ordonarea pe termen lung a fazei feroelectrice polare, rezultând formarea domeniilor nano-polare. Când se aplică un câmp electric, domeniile nano-polare dezordonate își modifică conformația în conformația all- trans , ceea ce duce la o tensiune electrostrictivă mare și la o constantă dielectrică la temperatura camerei ridicată de ~ 50.