將以聚偏氟乙烯(PVDF)為代表的高性能的工程塑料的樹脂在應(yīng)用中的概要一提都能讓人不由地想起到其獨特的優(yōu)良性能的推崇之語,的確它的各項指標(biāo)均遠遠高于傳統(tǒng)的塑料材料,對其廣泛的應(yīng)用已是水到渠成的事了。但PVDF的研究并非一日之功,它的研究始于20世紀(jì)60年代初期至70年代中期,其發(fā)展也經(jīng)歷了由初步的開端到初步的成熟的這樣一個較長的歷史過程,其成長也經(jīng)歷了由“一代一代人”共同的努力和“一部部的著作”不斷的推進的這樣一個歷史的過程
1. 基本概念
聚偏氟乙烯(Poly(vinylidene fluoride),簡稱 PVDF)是偏氟乙烯(VDF)單體的均聚物,屬于氟塑料家族。它兼具氟樹脂的耐化學(xué)、耐高溫、耐候等優(yōu)勢,同時擁有普通熱塑性樹脂的可熔融加工性,因而被稱為“兼具氟樹脂和通用樹脂特性的工程塑料”[]。
2. 分子結(jié)構(gòu)與合成工藝
- 結(jié)構(gòu):PVDF 鏈段呈規(guī)整的 –CH?–CF?– 重復(fù)單元,結(jié)晶度高,可形成 α、β、γ 等多種晶型,其中 β 相具有顯著的壓電與鐵電性能。
- 主要合成方法:
- 氣相聚合法(氣相觸媒法)是工業(yè)上最常用的工藝,能夠得到高結(jié)晶度的樹脂[]。
- 乳液聚合法和 懸浮聚合法 近年來得到推廣,尤其在實現(xiàn)細粉化、降低粘度方面表現(xiàn)突出。
采用以全氟的聚醚羧酸鹽微乳液為乳化劑的新型的乳液聚合法手段,就可在65℃4.2MPa的條件下分別制得高純度的白色PVDF的粉末.。
4. 加工成型方式
- 擠出、注塑、模塑、澆鑄、擠塑成型 等均可實現(xiàn),工藝參數(shù)寬容度大,適配常規(guī)熱塑性樹脂設(shè)備[]。
- 通過 乳液/懸浮聚合法 獲得的細粉可直接用于 噴涂、涂料配方,或在 薄膜、膜材 生產(chǎn)中進行熱壓或拉伸加工[]。
5. 典型應(yīng)用領(lǐng)域
1. 建筑與涂料
- 高耐候、耐紫外線的 PVDF 氟碳樹脂是外墻裝飾涂料的核心材料,提供長效防腐、防污、色彩穩(wěn)定等性能[]。
2. 薄膜與膜材料
由其優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的機械強度等特點,廣泛地用作了電池的隔離層。同時其具有較高的能量密度、較長的使用壽命、可充可放、不帶過電、無毒等優(yōu)點,更為電池的發(fā)展、推廣創(chuàng)造了更大的市場和廣闊的發(fā)展前景。
- 光伏背板:耐候、耐熱、絕緣性能滿足光伏組件的長期使用需求。
借助對水處理膜的親水/疏水的合理的改性,賦予其了良好的抗污、抗菌的功能,對于海水的淡化、各類廢水的處理等都具有廣闊的應(yīng)用前景。
3. 管道與配件
基于其卓越的耐酸堿和高溫的特性,尤其在對化工防腐的管道、多層的復(fù)合管的應(yīng)用中都能大大地提升了管道的使用壽命。
4. 電子電氣
- 絕緣材料、壓電傳感器、能量收集器件,利用其壓電/鐵電特性實現(xiàn)高靈敏度檢測和能量轉(zhuǎn)換[]。
5. 其他
- 航空航天、軍工、建筑裝飾、防火電器外殼 等領(lǐng)域均有應(yīng)用,尤其在需要長期耐候和耐化學(xué)腐蝕的場合表現(xiàn)突出[[31]]。
6. 市場與發(fā)展趨勢
- 近年來國內(nèi) PVDF 生產(chǎn)以 乳液聚合法 為主,正向 懸浮聚合法 轉(zhuǎn)型,以提升產(chǎn)能和產(chǎn)品細度[[32]][[33]]。
- 高端應(yīng)用(如鋰電池隔膜、光伏背板、壓電薄膜)仍依賴進口高純度材料,國產(chǎn)化率有提升空間,未來將通過 非氟化表面活性劑、功能化改性 等技術(shù)實現(xiàn)國產(chǎn)高性能 PVDF 的突破[[34]][[35]]。
- 多功能化(疏水/親水改性、支化共聚)和 高溫加工 將是材料研發(fā)的重點方向,以滿足海洋輸油、壓電元件、能源存儲等新興市場需求[[36]][[37]]。
其獨特的高機械強度、優(yōu)異的化學(xué)耐受性、良好的熱穩(wěn)定性以及獨特的電學(xué)功能等一系列優(yōu)良的物理、化學(xué)性能使其得以廣泛地應(yīng)用于涂料、印刷、電器、微電子、醫(yī)療器械等多個領(lǐng)域。在聚合的氣相法的不斷成熟以及乳液/懸浮聚合法的日益成熟背景下,多種多樣的聚合的加工手段相繼出現(xiàn)在了建筑涂料、薄膜/膜材料、管道、電子電氣等眾多領(lǐng)域的生產(chǎn)和應(yīng)用中?;趪a(chǎn)化的不斷推進以及功能的不斷的改新,PVDF在高端的能源、環(huán)保的、智能的傳感等一系列的前沿領(lǐng)域的應(yīng)用也將進一步的得到大幅的擴大。
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