สิ่งที่เราควรรู้เกี่ยวกับวัสดุ PVDF (polyvinylidene fluoride)

ชื่อ PVDF อาจฟังดูแปลก ๆ เล็กน้อย แต่มันมีแอพพลิเคชั่นที่หลากหลายในชีวิตของเรา

ชื่อของมันคือ polyvinylidene fluoride และยังมีนามแฝงเช่น polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride resin, polyvinylidene fluoride resin และอื่น ๆ ในแง่ของลักษณะที่ปรากฏมักจะเป็นผงสีขาวหรือเม็ด

โพลี (ไวนิลดีนฟลูออไรด์) ตัวย่อเป็น PVDF ส่วนใหญ่หมายถึง homopolymers ของ vinylidene fluoride หรือโคพอลิเมอร์ของ vinylidene fluoride และ monomers ไวนิลที่มีฟลูออรีนอื่น ๆ Piezoelectricity, อิเล็กทริกและคุณสมบัติพิเศษอื่น ๆ เช่น thermoelectricity ฯลฯ มันเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใหญ่เป็นอันดับสองในการผลิตพลาสติกที่มีฟลูออรีนที่มีกำลังการผลิตทั่วโลก 10,000 ตันนอกเหนือจากการดื้อยาทางเคมีที่ดีความต้านทานอุณหภูมิสูง , ความต้านทานต่อสภาพอากาศและความต้านทานรังสี, มันยังมี piezoelectricity, อิเล็กทริก, เทอร์โมอิเล็กทริกและคุณสมบัติพิเศษอื่น ๆ

โครงสร้างทางเคมีของฟลูออโรคาร์บอนถูกรวมเข้ากับพันธะฟลูออรีนคาร์บอนและโครงสร้างนี้ที่มีคุณสมบัติพันธะสั้นเป็นพันธะที่มีความเสถียรและแข็งแกร่งที่สุดกับไฮโดรเจนไอออน ดังนั้นการเคลือบฟลูออโรคาร์บอนจึงมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีเป็นพิเศษไม่เพียง แต่มีความต้านทานการสึกหรอที่แข็งแกร่งและความต้านทานต่อแรงกระแทกเท่านั้น แต่ยังอยู่ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและรุนแรงมากมีความต้านทานสูงต่อประสิทธิภาพการจางหายไป

คุณสมบัติทางกายภาพ

PVDF ส่วนใหญ่จะใช้เมื่อต้องการความบริสุทธิ์อย่างมากรวมถึงความต้านทานต่อตัวทำละลายและกรดและเบส PVDF มีความหนาแน่นต่ำกว่า (1.78 g/cm) กว่าฟลูออโรโพลีเมอร์อื่น ๆ เช่น PTFE

PVDF สามารถใช้ในการผลิตท่อแผ่นฟิล์มพื้นผิวและแจ็คเก็ตฉนวนสำหรับสายเคเบิล นอกจากนี้ยังสามารถฉีดขึ้นรูปหรือเชื่อมและใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมสารเคมีเซมิคอนดักเตอร์ยาและอุตสาหกรรมการป้องกันซึ่งสามารถใช้งานได้เช่นเพื่อทำแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน นอกจากนี้ยังสามารถทำเป็นโฟมเซลล์ปิดที่เชื่อมโยงข้ามซึ่งถูกนำมาใช้มากขึ้นในแอปพลิเคชันการบินและอวกาศ

เกรดผงละเอียดของ PVDF เช่น Kynar 500 PVDF และ Hylar 5000 PVDF สามารถใช้สำหรับการเคลือบโลหะระดับไฮเอนด์ การเคลือบเหล่านี้มีความเงางามและความเสถียรของสีที่สูงมาก การเคลือบเหล่านี้สามารถพบได้ในอาคารที่มีชื่อเสียงหลายแห่งเช่น Twin Peaks Tower และ Taipei 101 นอกจากนี้ยังใช้ในอาคารพาณิชย์และหลังคาโลหะปูที่อยู่อาศัย

ฟิล์ม PVDF สามารถใช้ในการตรึงโปรตีนในการตรวจชิ้นส่วนการซับแบบตะวันตกเนื่องจากความสัมพันธ์ที่ไม่เฉพาะเจาะจงสำหรับกรดอะมิโน

ในปี 1969 นักวิจัยค้นพบว่า PVDF มีเอฟเฟกต์ piezoelectric ที่แข็งแกร่ง: ค่าสัมประสิทธิ์ piezoelectric ของโพลาไรซ์ (เช่นวางลงในสนามไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง ใหญ่กว่าค่าที่สอดคล้องกันสำหรับโพลีเมอร์ที่พบในเวลานั้น

PVDF มีอุณหภูมิการเปลี่ยนแก้ว (TG) ประมาณ -35 ° C และผลึกโดยทั่วไป 50-60% เพื่อที่จะให้คุณสมบัติ piezoelectric กับวัสดุวัสดุมักจะยืดกลไกในทิศทางของโซ่โมเลกุลและจากนั้นโพลาไรซ์ภายใต้ความตึงเครียด PVDF มีอยู่ในเฟสของแข็ง ที่ หลากหลาย: เฟส α (TGTG ') ) และ γ เฟส (tttgtttg ') ความแตกต่างระหว่างเฟสเหล่านี้คือไม่ว่าห่วงโซ่โมเลกุลคือ CIS (T) หรือ Trans (G. ) PVDF กลายเป็นพอลิเมอร์ ferroelectric เมื่อโพลาไรซ์และมีคุณสมบัติ piezoelectric และ pyroelectric ที่ดี คุณสมบัติเหล่านี้อนุญาตให้ใช้ในการผลิตเซ็นเซอร์และแบตเตอรี่เช่นเซ็นเซอร์กล้องเทอร์โมกราฟิกใหม่บางตัวที่ใช้ฟิล์ม PVDF

ซึ่งแตกต่างจากวัสดุ piezoelectric อื่น ๆ เช่น PZT, PVDF มีค่า D33 เชิงลบ ในแง่กายภาพซึ่งหมายความว่าในขณะที่วัสดุอื่น ๆ ขยายตัวในสนามไฟฟ้าสัญญา PVDF และในทางกลับกัน

คุณสมบัติหลัก

โดยทั่วไปแล้ว PVDF นั้นผลิตโดยการระงับโพลีเมอไรเซชันหรืออิมัลชันพอลิเมอไรเซชันของไวนิลดีนฟลูออไรด์สมการปฏิกิริยาคือ: ch₂ = cf₂-(ch₂cf₂) n

ในแง่ของคุณสมบัติทางกายภาพ PVDF มีความหนาแน่นสัมพัทธ์ 1.76 ถึง 1.79 จุดหลอมเหลว 160 ° C ถึง 170 ° C สามารถใช้ในอุณหภูมิที่หลากหลายตั้งแต่ -60 ° C ถึง +150 ° C และเป็น ละลายได้ในตัวทำละลายขั้วที่แข็งแกร่งเช่น dimethylacetamide

PVDF มีคุณสมบัติที่โดดเด่นมากมาย ครั้งแรกมันมีความต้านทานความร้อนที่ดีและรักษาเสถียรภาพแม้ที่อุณหภูมิสูง ประการที่สองมันมีความเสถียรทางเคมีที่ยอดเยี่ยมและทนต่อสารเคมีที่หลากหลาย ความต้านทานต่อสภาพอากาศความต้านทานรังสียูวีและความต้านทานต่อรังสีพลังงานสูงก็ยอดเยี่ยมเช่นกัน นอกจากนี้ PVDF มีขั้วสูงค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงและมุมการสูญเสียอิเล็กทริกสูง

ในแง่ของการประมวลผล PVDF นั้นค่อนข้างง่ายและสามารถใช้วิธีการปั้นการอัดขึ้นรูปและการฉีดขึ้นรูปทั่วไปได้

ในแง่ของเงื่อนไขการขึ้นรูปการอบแห้งไม่จำเป็นสำหรับแพ็คเกจดั้งเดิม อุณหภูมิการฉีดมักจะถูกควบคุมที่ 180-230 ℃; อุณหภูมิแม่พิมพ์คือ 60-90 ℃; อุณหภูมิการอัดรีดคือ 180-265 ℃; และอุณหภูมิหัวตายคือ 66-140 ℃

สำหรับการจัดเก็บควรเก็บ PVDF ที่ 5-30 ℃ในสภาพแวดล้อมที่สะอาดและแห้งเพื่อป้องกันสิ่งสกปรกเช่นฝุ่นและความชื้นจากการผสม การขนส่งควรได้รับการปฏิบัติเป็นสินค้าที่ไม่เป็นอันตรายและควรหลีกเลี่ยงความร้อนความชื้นหรือการสั่นสะเทือนที่รุนแรงในระหว่างกระบวนการ

PVDF มีบทบาทสำคัญในหลายสาขา

ในสนามปิโตรเคมีเนื่องจากความต้านทานทางเคมีที่ดีความสามารถในการประมวลผลที่ยอดเยี่ยมและความเหนื่อยล้าที่ยอดเยี่ยมและความต้านทานการคืบมันได้กลายเป็นหนึ่งในตัวเลือกที่เหมาะสำหรับปั๊มทั้งหมดหรือที่มีเส้นวาล์ว, ท่อ, ท่อท่อ, ถังและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในของเหลวในของเหลว ระบบการจัดการอุปกรณ์ปิโตรเคมี

PVDF ยังใช้ในสนามไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยความเสถียรทางเคมีที่ดีและคุณสมบัติฉนวนไฟฟ้ามันถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์สำหรับการจัดเก็บและการขนส่งสารเคมีที่มีความบริสุทธิ์สูงในอุปกรณ์ที่ตรงกับ TOCs และข้อกำหนดของสารหน่วงไฟ

PVDF ยังเป็นหนึ่งในวัตถุดิบหลักสำหรับการเคลือบฟลูออโรคาร์บอนซึ่งตอนนี้อยู่ในรุ่นที่หกของพวกเขา การเคลือบเหล่านี้ใช้ในสถานีพลังงานสนามบินทางหลวงอาคารสูงและสถานที่อื่น ๆ เนื่องจากความต้านทานต่อสภาพอากาศที่เหนือกว่าซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถใช้งานกลางแจ้งเป็นเวลานานโดยไม่ต้องบำรุงรักษา

นอกจากนี้เรซิน PVDF ยังสามารถผสมกับการปรับเปลี่ยนเรซินอื่น ๆ ตัวอย่างเช่นวัสดุคอมโพสิตที่ได้จากการผสมกับเรซิน ABS ได้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการก่อสร้างการตกแต่งรถยนต์เปลือกเครื่องและสาขาอื่น ๆ

PVDF ยังมีคุณสมบัติพิเศษและการใช้งาน

ตัวอย่างเช่นมันมี piezoelectricity, thermoelectricity และฟังก์ชั่นอื่น ๆ สามารถทำให้เป็นรูปทรงที่ซับซ้อนของเซ็นเซอร์วัสดุทางการแพทย์ ในการจัดลำดับโปรตีนเมมเบรน PVDF เป็นทางเลือกที่เหมาะสำหรับเยื่อหุ้มไนโตรเซลลูโลสซึ่งสามารถผูกโปรตีนและแยกโปรตีนชิ้นเล็ก ๆ

พวกเขาจำเป็นต้องได้รับการเตรียมไว้ด้วยเมทานอลที่ปราศจากน้ำก่อนใช้เพื่อเปิดใช้งานกลุ่มที่มีประจุบวกบนพื้นผิวของพวกเขาซึ่งทำให้ง่ายต่อการผูกกับโปรตีนที่มีประจุลบ บัฟเฟอร์การถ่ายโอนที่ปราศจากเมทานอลสามารถใช้ในการถ่ายโอนเมมเบรน PVDF ที่เตรียมไว้ล่วงหน้า

พื้นที่แอปพลิเคชัน

PVDF มักใช้เป็นแจ็คเก็ตฉนวนสำหรับสายไฟฟ้าเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมหลายอย่างเช่นความยืดหยุ่นน้ำหนักต่ำการนำความร้อนต่ำความต้านทานทางเคมีสูงและความต้านทานความร้อน ลวด 30 เกจบางซึ่งมักใช้ในวงจรลวดวาวและแผงวงจรพิมพ์มักจะถูกหุ้มด้วย PVDF สายเคเบิลที่มีฉนวน PVDF มักเรียกว่า [Kynar Wire "ภายใต้ชื่อเครื่องหมายการค้าของ PVDF

เนื่องจากคุณสมบัติ piezoelectric ทำให้ PVDF มักใช้ในการผลิตอาร์เรย์เซ็นเซอร์สัมผัส, เกจวัดความเครียดราคาไม่แพงและทรานสดิวเซอร์เสียงที่มีน้ำหนักเบา

PVDF ยังเป็นสารยึดเกาะมาตรฐานสำหรับอิเล็กโทรดคอมโพสิตสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม: PVDF ละลายใน N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) ที่มีแรงโน้มถ่วงที่เฉพาะเจาะจง 1-2% ผสมกับกราไฟท์ซิลิคอนดีบุกวัสดุเก็บลิเธียม Licoo2, LIMN2O4 หรือ LIFEPO4 และสารเติมแต่งนำไฟฟ้าเช่นคาร์บอนแบล็กหรือนาโนคาร์บอน จากนั้นสารละลายจะถูกเทลงบนตัวเก็บโลหะและ NMP จะถูกระเหยเพื่อสร้างอิเล็กโทรดคอมโพสิตหรืออิเล็กโทรดวาง PVDF สามารถใช้ในแอปพลิเคชันนี้ได้เนื่องจากเป็นสารเคมีเฉื่อยในช่วงที่มีศักยภาพของการชาร์จแบตเตอรี่ อิเล็กโทรไลต์หรือลิเธียม

ในสนามชีวการแพทย์ฟิล์ม PVDF มักจะใช้สำหรับ immunoblotting ซึ่งโปรตีนถูกอิเล็กโทรโฟย เนื่องจาก PVDF ทนทานต่อการกัดกร่อนของตัวทำละลายฟิล์มที่ใช้ในการทดสอบสามารถลอกออกได้อย่างง่ายดายและนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อตรวจจับโปรตีนอื่น ๆ ภาพยนตร์ PVDF จึงสามารถใช้ในการสร้างอุปกรณ์กรองเมมเบรนแบบเข็มฉีดยาหรือล้อ ความต้านทานความร้อนและสารเคมีของวัสดุและคุณสมบัติการจับโปรตีนต่ำช่วยให้สามารถใช้เป็นตัวกรองการฆ่าเชื้อในการเตรียมยาและเป็นตัวกรองในการเตรียมตัวอย่างสำหรับการวิเคราะห์เช่น HPLC ของฝุ่นละอองในตัวอย่างเหล่านี้

PVDF ยังใช้ในการทำสายประมงแบบพิเศษแบบโมโนฟิลเมนต์เป็นทางเลือกแทนไนลอนแบบดั้งเดิม พื้นผิวที่แข็งของมันทำให้ทนต่อการเสียดสีจากฟันปลาที่คมชัดและความหนาแน่นของแสงนั้นต่ำกว่าไนลอนทำให้เส้นมองเห็นน้อยลงด้วยสายตาที่แหลมคมของปลา นอกจากนี้ยังหนาแน่นกว่าไนลอนทำให้เส้นจมลงไปทางปลาเร็วขึ้น

ทรานสดิวเซอร์ PVDF นั้นเหมาะสมกว่าสำหรับการทดสอบโมดอลแบบไดนามิกมากกว่าทรานสดิวเซอร์ semiconductor piezoresistive และมีข้อดีในการรวมโครงสร้างมากกว่า transducers piezoceramic เนื่องจากต้นทุนที่ต่ำกว่าและเข้ากันได้มากขึ้นทรานสดิวเซอร์ที่ใช้งานการใช้ PVDF จึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการพัฒนาในอนาคตในการตรวจสอบสุขภาพโครงสร้าง

New Energy Field เป็นหนึ่งในทิศทางแอปพลิเคชันที่สำคัญที่สุด

ในด้านยานพาหนะพลังงานใหม่ PVDF (Polyvinylidene Fluoride) มีบทบาทสำคัญ

ส่วนใหญ่ทำหน้าที่เป็นสารยึดเกาะและวัสดุเคลือบไดอะแฟรม ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็วของยอดขายรถยนต์ไฟฟ้าความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

PVDF ได้กลายเป็นหนึ่งในวัสดุสำคัญที่ขาดไม่ได้ในห่วงโซ่อุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียมเนื่องจากความต้านทานทางเคมีที่ยอดเยี่ยมฉนวนไฟฟ้าและลักษณะอื่น ๆ

ในฐานะขั้วบวก PVDF ยากที่จะถูกแทนที่ในระยะสั้น

แบตเตอรี่ลิเธียมมีความต้องการสูงเกี่ยวกับประสิทธิภาพของสารยึดเกาะซึ่งควรจะสามารถแทรกซึมได้โดยอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์และต้านทานการกัดเซาะของมันไม่ละลายละลายน้อยลงและรักษาประสิทธิภาพพันธะที่ดีภายใต้สภาพแวดล้อมของอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์และในเวลาเดียวกัน ความเสถียรทางเคมีไฟฟ้าควรจะยอดเยี่ยมและแรงดันไฟฟ้าการสลายตัวจะต้องสูงกว่า 4.5V

ด้วยความเสถียรทางเคมีที่ยอดเยี่ยมและความต้านทานการกัดกร่อน PVDF สามารถต้านทานการกัดเซาะของอิเล็กโทรไลต์ตัวทำละลายอินทรีย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีประสิทธิภาพการเชื่อมที่ดีดังนั้นจึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการใช้สารยึดเกาะแบตเตอรี่ลิเธียมซึ่งคิดเป็น 90% ในปัจจุบัน

เพื่อปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพจำเป็นต้องใช้สารยึดเกาะแบตเตอรี่ลิเธียมในปริมาณเล็กน้อยและผลผูกพันที่ดี เพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพการเชื่อมที่ยอดเยี่ยม PVDF เกรดแบตเตอรี่โดยทั่วไปจำเป็นต้องมีน้ำหนักโมเลกุลสูงโดยปกติจะมากกว่า 1.1 ล้านและต้องใช้สารยึดเกาะเพื่อให้มีปริมาณน้ำต่ำ

นอกจากนี้เพื่อให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสม่ำเสมอผู้ผลิตแบตเตอรี่จำเป็นต้องมีความสอดคล้องในระดับสูงในประสิทธิภาพของแบตช์ที่ต่างกันของ PVDF ที่ซื้อมา

สรุป

PVDF เป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมและแอปพลิเคชันที่กว้าง ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องและการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีพื้นที่การใช้งานอาจขยายและลึกซึ้งยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตามในกระบวนการใช้งานเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจลักษณะและความเสี่ยงที่เป็นไปได้อย่างเต็มที่เพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ