将以聚偏氟乙烯(PVDF)为代表的高性能的工程塑料的树脂在应用中的概要一提都能让人不由地想起到其独特的优良性能的推崇之语,的确它的各项指标均远远高于传统的塑料材料,对其广泛的应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世纪60年代初期至70年代中期,其发展也经历了由初步的开端到初步的成熟的这样一个较长的历史过程,其成长也经历了由“一代一代人”共同的努力和“一部部的著作”不断的推进的这样一个历史的过程
1. 基本概念
聚偏氟乙烯(Poly(vinylidene fluoride),简称 PVDF)是偏氟乙烯(VDF)单体的均聚物,属于氟塑料家族。它兼具氟树脂的耐化学、耐高温、耐候等优势,同时拥有普通热塑性树脂的可熔融加工性,因而被称为“兼具氟树脂和通用树脂特性的工程塑料”[]。
2. 分子结构与合成工艺
- 结构:PVDF 链段呈规整的 –CH₂–CF₂– 重复单元,结晶度高,可形成 α、β、γ 等多种晶型,其中 β 相具有显著的压电与铁电性能。
- 主要合成方法:
- 气相聚合法(气相触媒法)是工业上最常用的工艺,能够得到高结晶度的树脂[]。
- 乳液聚合法和 悬浮聚合法 近年来得到推广,尤其在实现细粉化、降低粘度方面表现突出。
采用以全氟的聚醚羧酸盐微乳液为乳化剂的新型的乳液聚合法手段,就可在65℃4.2MPa的条件下分别制得高纯度的白色PVDF的粉末.。
4. 加工成型方式
- 挤出、注塑、模塑、浇铸、挤塑成型 等均可实现,工艺参数宽容度大,适配常规热塑性树脂设备[]。
- 通过 乳液/悬浮聚合法 获得的细粉可直接用于 喷涂、涂料配方,或在 薄膜、膜材 生产中进行热压或拉伸加工[]。
5. 典型应用领域
1. 建筑与涂料
- 高耐候、耐紫外线的 PVDF 氟碳树脂是外墙装饰涂料的核心材料,提供长效防腐、防污、色彩稳定等性能[]。
2. 薄膜与膜材料
由其优良的化学稳定性和良好的机械强度等特点,广泛地用作了电池的隔离层。同时其具有较高的能量密度、较长的使用寿命、可充可放、不带过电、无毒等优点,更为电池的发展、推广创造了更大的市场和广阔的发展前景。
- 光伏背板:耐候、耐热、绝缘性能满足光伏组件的长期使用需求。
借助对水处理膜的亲水/疏水的合理的改性,赋予其了良好的抗污、抗菌的功能,对于海水的淡化、各类废水的处理等都具有广阔的应用前景。
3. 管道与配件
基于其卓越的耐酸碱和高温的特性,尤其在对化工防腐的管道、多层的复合管的应用中都能大大地提升了管道的使用寿命。
4. 电子电气
- 绝缘材料、压电传感器、能量收集器件,利用其压电/铁电特性实现高灵敏度检测和能量转换[]。
5. 其他
- 航空航天、军工、建筑装饰、防火电器外壳 等领域均有应用,尤其在需要长期耐候和耐化学腐蚀的场合表现突出[[31]]。
6. 市场与发展趋势
- 近年来国内 PVDF 生产以 乳液聚合法 为主,正向 悬浮聚合法 转型,以提升产能和产品细度[[32]][[33]]。
- 高端应用(如锂电池隔膜、光伏背板、压电薄膜)仍依赖进口高纯度材料,国产化率有提升空间,未来将通过 非氟化表面活性剂、功能化改性 等技术实现国产高性能 PVDF 的突破[[34]][[35]]。
- 多功能化(疏水/亲水改性、支化共聚)和 高温加工 将是材料研发的重点方向,以满足海洋输油、压电元件、能源存储等新兴市场需求[[36]][[37]]。
其独特的高机械强度、优异的化学耐受性、良好的热稳定性以及独特的电学功能等一系列优良的物理、化学性能使其得以广泛地应用于涂料、印刷、电器、微电子、医疗器械等多个领域。在聚合的气相法的不断成熟以及乳液/悬浮聚合法的日益成熟背景下,多种多样的聚合的加工手段相继出现在了建筑涂料、薄膜/膜材料、管道、电子电气等众多领域的生产和应用中。基于国产化的不断推进以及功能的不断的改新,PVDF在高端的能源、环保的、智能的传感等一系列的前沿领域的应用也将进一步的得到大幅的扩大。
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