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用中的概要一提都能讓人不由地想起到其獨特的優良性能的推崇之語,的確它的各項指標均遠遠高于傳統的塑料材料,對其廣泛的應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60年代初期至70年代中期,其發展也經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、耐高溫、耐候等優勢,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. 分子結構與合成工藝
- 結構:PVDF 鏈段呈規整的 –CH?–CF?– 重復單元,結晶度高,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)是工業上最常用的工藝,能夠得到高結晶度的樹脂[]。
- 乳液聚合法和 懸浮聚合法 近年來得到推廣,尤其在實現細粉化、降低粘度方面表現突出。
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,工藝參數寬容度大,適配常規熱塑性樹脂設備[]。
- 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 生產中進行熱壓或拉伸加工[]。
5. 典型應用領域
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、色彩穩定等性能[]。
2. 薄膜與膜材料
由其優良的化學穩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、無毒等優點,更為電池的發展、推廣創造了更大的市場和廣闊的發展前景。
- 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、多層的復合管的應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/鐵電特性實現高靈敏度檢測和能量轉換[]。
5. 其他
- 航空航天、軍工、建筑裝飾、防火電器外殼 等領域均有應用,尤其在需要長期耐候和耐化學腐蝕的場合表現突出[[31]]。
6. 市場與發展趨勢
- 近年來國內 PVDF 生產以 乳液聚合法 為主,正向 懸浮聚合法 轉型,以提升產能和產品細度[[32]][[33]]。
- 高端應用(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 等技術實現國產高性能 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、優異的化學耐受性、良好的熱穩定性以及獨特的電學功能等一系列優良的物理、化學性能使其得以廣泛地應用于涂料、印刷、電器、微電子、醫療器械等多個領域。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在了建筑涂料、薄膜/膜材料、管道、電子電氣等眾多領域的生產和應用中?;趪a化的不斷推進以及功能的不斷的改新,PVDF在高端的能源、環保的、智能的傳感等一系列的前沿領域的應用也將進一步的得到大幅的擴大。
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