A polivinilidén-fluorid, más néven polivinilidén-difluorid hőre lágyuló, enyhén reakcióképes fluortartalmú polimer. 1,1-Difluoretén polimerizációjával állítható elő. Képlete .

Speciális műanyag, melyet nagy tisztaságot, oldószereknek, savaknak és szénhidrogéneknek való ellenállás szükségessége esetén használnak. Sűrűsége alacsony (1,78 g/cm3) más fluorpolimerekhez, például a PTFE-hez képest.

Csővezetékekben, lapkákban, filmekben és szigetelőként is elérhető magas minőségű vezetékekhez. Injektálható, alakítható vagy hegeszthető, és gyakran használják a vegy-, a félvezető-, az orvosi és a védelmi iparban, valamint lítiumion-akkumulátorokban. Keresztkötött zártcella-habként is kapható, ezt egyre gyakrabban használják a repülésben és a légtérben, valamint egzotikus 3D-nyomtató-szálként. Használható ételekkel érintkezésben is, mivel megfelel az FDA előírásainak, és bomlási hőmérséklete alatt nem mérgező.

Finom porként magas minőségű fémfestékek összetevője. Ezek a festékek jól tartják fényességüket és színüket. Sok épületen használják, például a malajziai Petronas-tornyokon és a tajvani Taipei 101-en, valamint kereskedelmi és lakóépületek fémtetőin.

Használják ezenkívül western blotokban is fehérjék rögzítésére.

Szuperkondenzátorok szénelektródjának kötőanyagaként és más elektrokémiai alkalmazásokban is előfordul. Nevek A PVDF-ot több márkanéven árulják, ilyenek például a KF (Kureha), a Hylar (Solvay), a Kynar (Arkema) és a Solef (Solvay). Jellemzők 1969-ben erős piezoelektromosságot figyeltek meg a PVDF-ben, az dipólusmomentum-indukcióhoz erős elektromos mező alá helyezett vékony filmek esetén ez 6–7  volt, 10-szer nagyobb bármely más polimerénél.

Üvegesedési hőmérséklete () −35 °C, de általában 50–60%-ban kristályos. Piezolektromosságához mechanikusan megnyújtják a molekulaláncok elrendezéséhez, majd polarizálják. A PVDF több formában létezhet a lánc transz- (T) vagy gauche- (G) konformációjától függően: az α- és δ-fázis TGTG’, a β-fázis TTTT, a γ- és ε-fázis TTTGTTTG’ elrendezésben található. Az α- ε-fázis nem piezoelektromos az elemi cellán belül ellentétes irányú dipólusok miatt. A β-, γ- és δ-fázisok dipólusai azonban párhuzamosak, így poláris kristályok 0-tól eltérő dipólusmomentummal. E fázisok közül a β-fázis emelkedik ki jelentős maradékpolarizációja és az elemi cellánkénti legmagasabb dipólusmomentumával, így nagyobb érdeklődés övezi a többi fázishoz képest. A polarizált PVDF ferroelektromos polimer, erős piezo- és piroelektromossággal. Ezek hasznossá teszik szenzorokban és akkumulátorokban. Vékony PVDF-filmeket használnak egyes újabb hőkamerák szenzoraiban.

Más gyakori piezoelektromos anyagoktól, például az ólom-cirkonát-titanáttól (PZT) eltérően a PVDF d33-értéke negatív. Ez azt jelenti, hogy azonos elektromos mezőnek kitéve csökken a térfogata növekedés helyett vagy fordítva.

Termikus A PVDF-gyanta 375 °C-ig stabilnak bizonyult. Kémiai szenzitivitás A PVDF más fluorpolimerekhez hasonlóan az erős bázisokkal, a kausztikumokkal, az észterekkel és a ketonokkal szemben érzékeny.

Szintézis A PVDF előállítható 1,1-difluoreténből (vinilidén-fluorid, VDF) szabad vagy kontrollált gyökös polimerizációval, ez azonban nem regiospecifikus, ennek eredményeképp orientációs izomerek jöhetnek létre, ahol a monomerek konfigurációja fej-fej vagy fej-farok lehet. bélyegkép|200px|középre|class=skin-invert-image|3 orientációs PVDF-izomer

A regiospecificitás javítására használható a kopolimerizáció. Egy ilyen módszer a prekurzorpolimer 1-klór- vagy 1-bróm-2,2-difluoreténnel való reakciója. A klórozott és brómozott monomereket a -oldali szénatomon támadja a növekvő –· gyökkel. A tributilón-hidriddel történő redukciós deklórozás vagy debrómozás után ezek a végső polimerben ismét egységgé alakulnak. Így a PVDF regioizomerje alakul ki.

bélyegkép|200px|középre|class=skin-invert-image|Regioszelektív polimerszintézis sematikus rajza

bélyegkép|200px|class=skin-invert-image|A 2 leggyakoribb konformáció (tg+tg− és mind-transz) sematikus ábrája. Sárgával a fluor, fehérrel a hidrogén, szürkével a szén atom van jelölve. Feldolgozás Többek közt kiöntésre és oldatalapú feldolgozásra (például oldatöntés, forgó bevonás, filmbevonás) használják. PVDF-ből előállítható Langmuir–Blodgett-film is. Oldatalapú feldolgozáskor a leggyakoribb oldószerek a dimetilformamid és az illékonyabb butanon. Vizes emulziós polimerizáció során a felületaktív heptadekafluornonanoátot használják a monomer oldhatóságát javító feldolgozássegítő anyagként. Könnyebben olvasztható, mert olvadáspontja más fluorpolimerekénél alacsonyabb – mintegy 177 °C.

A feldolgozott anyagok általában a nem piezoelektromos α-fázisban vannak, nyújtás vagy hőkezelés után keletkezik a piezoelektromos β-fázis. Kivétel ez alól a mikrométeres nagyságrendű vastagságú PVDF vékony film. A vékony filmek és a szubsztrátok közti maradékfeszültség általában elég nagy, hogy létrehozza a β-fázist.

A piezoelektromos válaszhoz az anyag nagy elektromos térben polarizálandó. Az anyag polarizálása általában 30 MV/m feletti külső teret igényel. A vastag (általában feletti) filmek ez alatt hevítendők a nagy piezoelektromos válaszhoz, általában 70–100 °C-ra hevítik ez alatt.

Egy kvantitatív defluorozási folyamatot írtak le 2001-ben mechanokémiailag a biztonságos és környezetbarát PVDF-hulladék-feldolgozáshoz. Alkalmazás bélyegkép|jobbra|Ultratiszta vizet szállító PVDF cső A PVDF termoplasztikus műanyag a többi termoplasztikus műanyaghoz, különösen a fluorpolimerekhez hasonló alkalmazásokkal. A PVDF-gyantát hevítik és kezelik az extrúziós és injekciós formázáshoz PVDF csövek, lapok, bevonatok, filmek és formázott PVDF termékek, például tartályok előállítása végett. Gyakori ipari alkalmazásai például: kémiai feldolgozás, elektromos, elektronikai részek, akkumulátorok, építészet, egészségügy, gyógyszerészet, orvosi kutatás, ultratisztaságot igénylő alkalmazások, nukleárishulladék-kezelés, kőolaj-, földgázszármazékok kezelése, étel-, italfeldolgozás, víz- és szennyvízkezelés. Az elektronikában A PVDF gyakori elektromosvezeték-szigetelő réteg, mert rugalmas, alacsony tömegű, kevéssé vezeti a hőt, ellenáll a kémiai korróziónak és a hőnek. A tekercselt huzalkötéssel létrehozott áramkörökben és a nyomtatott áramkörök átdolgozásában használt legtöbb 0,315 mm átmérőjű huzalt PVDF szigeteli. Ez alkalmazási területekben nevezik Kynar-huzalnak is a védjegynév alapján.

A PVDF piezoelektromos tulajdonságait használják az érintésérzékelő-sorokban, az olcsóbb nyúlásmérő bélyegekben és a könnyű hangtranszduktorokban. A PVDF piezoelektromos paneleket használja a New Horizons egy, a külső Naprendszer porsűrűségét mérő műszere, a Venetia Burney Student Dust Counter.

A PVDF szabványos kötőanyag a lítiumion-akkumulátorok összetett elektródjainak előállításához. 1–2 tömegszázalék PVDF N-metilpirrolidin-2-onos oldatát keverik aktív lítiumtároló anyaggal, például grafittal, szilíciummal, ónnal, -dal, -dal vagy -tal és egy elektromos vezető adalékanyaggal, például korommal vagy szénszálakkal. E keveréket féms kollektorra öntik, majd az NMP-t elpárologtatják összetett elektródot adva. A PVDF-használat oka, hogy a használati tartományon belül inert, és nem reagál az elektrolittal vagy a lítiummal. Az orvostudományban Az orvostudományban a PVDF-et az immunblotokhoz mesterséges membránként használják (általában 0,22 vagy pórusmérettel), melyen a fehérjéket elektromosan szállítják (például western blothoz). A PVDF ellenáll az oldószereknek, ezért e membránok könnyen leválaszthatók, majd más fehérjék elemzésére újrahasználhatók. A PVDF membránok más orvosi alkalmazásokban is előfordulhatnak például membrános filtrációs eszközökben fecskendő- vagy kerékszűrőkhöz. Az anyag bizonyos tulajdonságai, például a hőállóság és kémiai ellenállóság, valamint az alacsony fehérjeaffinitás az anyagot értékessé teszik az orvostudományban gyógyszer-előkészítéshez sterilizáló szűrőként és analitikai minták elemzésére használt szűrőként például magas teljesítményű folyadékkromatográfia (HPLC) esetén, ahol kis mennyiségű részecske is károsíthatja az érzékeny és drága eszközöket.

A PVDF transzduktorok előnye, hogy dinamikusan jobban megfelel a modális teszteléshez, mint a félvezetős piezorezisztív transzduktorok, és a szerkezetbe jobban integrálhatók, mint a piezokerámiás transzduktorok. Ezért és alacsony költségük miatt a PVDF szenzorok alkalmazása a szerkezeti és egészségi mérőrendszerek fontos része.

Magas hőmérsékleten A PVDF használatos csövek, lapok és belső burkolatok anyagaként magas hőmérsékletű, forró savas, magas sugárzású környezetekben a PVDF ellenálló-képessége és felső hőmérsékleti határai révén. Csőalapanyagként 120 °C-ig megbízható. Például alkalmazzák nukleáris reaktorok hulladékának kezeléséhez, kémiai szintézishez és termeléshez (például kénsavhoz), légterekhez és kazáncsövekhez. További használat A PVDF használatos speciális egyszálas damilokhoz a poliamid szálak fluorozott helyettesítőjeként. Felszíne keményebb, így ellenállóbb az abrázióval és az éles halfogakkal szemben. Abszorbanciája kisebb, így kevésbé különböztethető meg a halszemeknek, ezenkívül sűrűbb, így gyorsabban süllyed.Seaguar history — Kureha America, Inc. manufacturer's site. Egyéb formák Kopolimerek A poli(vinilidén-fluorid-ko-hexafluorpropilén) vagy PVDF-HFP a műfűben használt kopolimer.

A PVDF-kopolimereket használják piezoelektromos és elektrostrikciós célra is. Az egyik leggyakoribb kopolimer a P(VDF-TrFE) (poli(vinilidén-fluorid-trifluoretilén)), mely 50:50 és 65:35 tömegarányokban (56:44 és 70:30 móltörtnek megfelelő) kapható. További példa a P(VDF-TFE) (poli(vinilidén-fluorid-tetrafluoretilén)). Ez a piezoelektromos választ a kristályszerkezet javításával növeli.

While the copolymers' unit structures are less polar than that of pure PVDF, the copolymers typically have a much higher crystallinity. This results in a larger piezoelectric response: d33 values for P(VDF-TFE) have been recorded to be as high as −38 p C/N compared to −33 pC/N in pure PVDF. Terpolimerek A PVDF-terpolimerek a legígéretesebbek az elektromechanikailag indukált feszültésg terén. A leggyakoribb PVDF-alapú terpolimerek a P(VDF-TrFE-CTFE) és a P(VDF-TrFE-CFE). E relaxoralapú ferroelektromos terpolimer a harmadik monomer (klór-trifluoretén, CTFE) ferroelektromos P(VDF-TrFE) kopolimerbe való véletlenszerű beágyazódásával keletkezik. E véletlenszerű beágyazódás megtöri a ferroelektromos poláris fázis hosszú távú rendezettségét, nanopoláris doméneket létrehozva. Elektromos tér alkalmazásakor e domének konformációja mind transz állapotba vált, jelentős elektrostriktív feszültséget és standard hőmérsékleten 50 körüli dielektromos állandót eredményezve. Jegyzetek

Fordítás

További információk

Kategória:Műanyagok