以其獨(dú)特的聚偏性高、耐熱性好、耐蝕性強(qiáng)、耐磨性好等優(yōu)良的物理和化學(xué)性能,PVDF樹脂廣泛的應(yīng)用于海洋的船舶涂料、航空的涂料、電機(jī)的絕緣、化工的設(shè)備的涂層等方面,已成為了目前最為可靠的耐蝕性材料之一.
1. 基本概念、結(jié)構(gòu)
聚偏氟乙烯〔Poly(vinylidene fluoride),簡稱PVDF〕是偏氟乙烯〔VDF〕單體均聚物,屬于結(jié)晶性氟聚合物。其分子鏈由交替 –CH?–CF?– 單元組成,結(jié)晶度可達(dá)60%–80%,含氟量約為59%,因此含極高化學(xué)惰性、熱穩(wěn)固性[]。PVDF 既擁有氟樹脂耐腐蝕、耐候特性,又保持了熱塑性樹脂可熔融加工性,是一種兼具韌性、強(qiáng)度工程塑料。
3. 合成、生產(chǎn)工藝
- 氣相聚合法:于高壓、低溫條件下將 VDF 單體于惰性氣體中聚合,是工業(yè)上最常用生產(chǎn)方式,能夠得到高結(jié)晶度 PVDF 粒子。
- 乳液聚合法 / 懸浮聚合法:適用于大規(guī)模生產(chǎn),能夠調(diào)控粒徑、分子量分布,近年來國內(nèi)已逐步從乳液轉(zhuǎn)向懸浮工藝,以提升產(chǎn)品均勻性、性能穩(wěn)固性。
借助對(duì)PVDF的共混、共聚(如PVDF-TrFE、PVDF-CTFE)或表面活性劑的改性等手段可對(duì)其的親水/疏水性、介電或壓電性能等多個(gè)指標(biāo)都做出較大的調(diào)節(jié),從而更好地滿足其在各個(gè)特定的用途的需求。
4. 加工方式
PVDF 熔融溫度、熱分解溫度相差約?100?℃,加工窗口寬,常用成型方法包括:
- 擠出:制備薄膜、管材、棒材;可進(jìn)一步加工成復(fù)合膜或涂層。
- 注塑 / 模塑:用于生產(chǎn)復(fù)雜形狀零部件,如件,如閥門、泵體。
采用對(duì)高質(zhì)量的薄膜、隔膜的廣泛的應(yīng)用如鋰離子電池的隔膜等的需求的驅(qū)動(dòng)手段,已將澆鑄/溶劑鑄造推向了百萬噸的生產(chǎn)規(guī)模.。
- 3D 打?。夯诠夤袒蛉廴诔练e PVDF 樹脂已用于生產(chǎn)壓電功能結(jié)構(gòu)件。
5. 典型用途行業(yè)
1. 建筑、防腐涂料
- PVDF 樹脂是性能很好氟碳涂料關(guān)鍵成膜物質(zhì),含耐候、耐鹽霧、耐紫外線“三防”特性,常用于外墻裝飾、橋梁、海洋設(shè)施[][]。
- 水性 PVDF 涂料已實(shí)現(xiàn)、溶劑型相同超耐候性能,滿足低VOC 環(huán)保要求[]。
2. 薄膜、膜材料
- 鋰離子電池隔膜:PVDF 薄膜因其高機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)惰性、熱穩(wěn)固性成為主流隔膜材料。
- 壓電/鐵電薄膜:利用其壓電效應(yīng),可制備傳感器、執(zhí)行器、能量收集器件。
- 水處理膜:通過親水改性實(shí)現(xiàn)高通量過濾,用途于海水淡化、廢水處理[][]。
3. 電氣、
- 電容器薄膜:高介電常數(shù)、低損耗使 PVDF 成為高能量密度電容器理想介質(zhì)[]。
- 柔性:PVDF?TrFE 共聚物于柔性壓電傳感器、可穿戴設(shè)備中表現(xiàn)出優(yōu)秀電機(jī)耦合性能[]。
4. 管材、閥門
- 因?yàn)槟透g、耐高溫特性,PVDF 被用于化工管道、閥門、泵體關(guān)鍵部件,尤其于石油、化工、海洋輸送系統(tǒng)中得到大量用途。
5. 新能源、光伏
- PVDF 薄膜用于光伏組件背板,提供防潮、防紫外線保護(hù),與此同時(shí)含優(yōu)良機(jī)械強(qiáng)度、電不導(dǎo)電性。
6. 市場(chǎng)、發(fā)展趨勢(shì)
- 國內(nèi) PVDF 產(chǎn)能正從傳統(tǒng)乳液工藝向懸浮聚合法轉(zhuǎn)型,以提升產(chǎn)品均勻性、高端性能。
- 高端用途〔如鋰電池隔膜、壓電傳感器〕仍依賴進(jìn)口高純度 PVDF,推動(dòng)國產(chǎn)高分子改性技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)能擴(kuò)張。
- 未來研發(fā)重點(diǎn)于于多功能化〔如與此同時(shí)含壓電、介電、親水/疏水特性〕還有綠色加工〔水性涂料、低VOC 體系〕,以滿足環(huán)保法規(guī)、性能很好需求[]。
7. 小結(jié)
聚偏氟乙烯樹脂憑借其特殊化學(xué)結(jié)構(gòu),兼具氟樹脂耐腐蝕、耐候性、熱塑性樹脂加工便利性,已成為航空、化工、能源、建筑多個(gè)行業(yè)關(guān)鍵材料。隨著合成工藝升級(jí)、功能改性技術(shù)進(jìn)步,PVDF 正向更性能很好、更環(huán)保方向發(fā)展,未來于柔性、智能傳感、新能源行業(yè)用途前景尤為廣闊。