پلی وینیلیدین فلوراید که عموما با نام اختصاری (PVDF) شناخته می شود، عضوی از خانواده فلوروپلیمرها می باشد. فلوروپلیمرها خود زیرمجموعه ای از پلیمرها می باشند که دارای استفاده های خاص و گسترده در صنعت هستند.
فلوروپلیمرها دارای پیوندهای قوی بین مولکولی می باشند که خود حاصل پیوند کووالانسی بین اتم های کربن و فلوئور می باشد.
PVDF به طور اختصاصی برای مواردی استفاده میشود که در آن ها شاخص پیروالکترتیک و پیزوالکتریک میبایست در حد بالایی باشد. و به طور معمول برای ساخت محصولاتی با درصد خلوص، مقاومت و مقاومت شیمیایی بالا بکار میرود. عمده کاربرد این محصول در صنایع الکتریکی، الکترونیکی، سیستم های سیال، نفت و گاز و بیولوژیکی می باشد.
در ادامه شما خواهید خواند:
پلی وینیلیدین فلوراید(PVDF) چگونه ساخته می شود؟
کاربردهای PVDF چیست؟
بازار هدف PVDF چیست و در آینده چه کاربردهایی خواهد داشت؟
پلی وینیلیدین فلوراید چیست؟
PVDF نوعی پلیمر نیمه کریستالی و ترموپلاستیک است. مقدار کریستالزه شده آن، بسته به نوع فرآوری بین 30 الی 70 درصد می باشد. چیزی که این پلیمر را منحصر به فرد می کند، ترکیب ویژه ای بین قابلیت های مکانیکی و شیمیایی آن است. ( برای مثال میتوان به امپدانس ویژه پیزوالکتریکی این محصول اشاره کرد) لازم به ذکر است که این محصول میتواند ویژگی های ماده را حفظ کند یعنی به عبارت دیگر واکنش پذیر نیست و در برابر اکثر مواد شیمیایی از جمله حلال ها، اسیدها و هیدروکربن ها مقاومت بالایی دارد و با آنها واکنش نمی دهد.
ساختار شیمیایی ساده این محصول که به خاطر ساختار مولوکولی ساده و تکرار شونده آن است، و به همین دلیل به این ماده نوعی انعطاف پذیری پلیمری خاص می بخشد که این ویژگی در بین اعضای خانواده ی پلیمرها بی همتاست.
شکل چندگانه کریستالی پیچیده PVDF را نمی توان در سایر پلیمرهای مصنوعی یافت. تاکنون پنج فرم کریستالی برای PVDF ساخته شده است: آلفا، بتا، گاما، دلتا و اپسیلون. فاز بتا بیشترین استفاده را دارد و به همراه آلفا و گاما تشکیل فازهای بزرگ و اصلی را می دهد:
غیر قطبی است و به علت فرآیند مذاب شدن کریستال های اصلی سازنده در دماهای متفاوت ایجاد می شود.
نوعی فاز مداری است که از تغییر شکل مکانیکی نمونه از طریق کشش مکانیکی تک یا دو محوری در دمای زیر 70 درجه سانتی گراد حاصل می شود. این نمونه بیشترین استفاده را برای مقاصد پیزوالکتریک دارد.
نوعی ترکیب خاص است که فقط تحت شرایطی خاص قابل فرم دهی و تولید است. این فاز فقط در حالت کریستالیزه کردن فاز بتا که نزدیک به نقطه ذوب می باشد، قابل ساخت می باشد.
پلی وینیلیدین فلوراید از پلیمریزاسیون رادیکال آزاد مونومر وینیلیدین دی فلوراید تولید می شود. این فرآیند در حضور پایدار کننده و در دمای بین 10 تا 150 درجه سانتیگراد تحت فشار 10 تا 300 اتمسفر رخ می دهد.
مواد PVDF با استفاده از ریختهگری مذاب، پردازش و به قطعات و پوششهایی تبدیل میشوند یا از تکنیکی مانند ریختهگری محلول، پوشش چرخشی و ریختهگری ماده خام پردازش میشوند.
پلیمر را حرارت می دهند تا ذوب شود و سپس در قالبی به شکل دلخواه ریخته می شود تا سرد شده و به فرم جامد دربیاید.
پلیمر در محلول مناسب حل می شود تا غشاهای پلیمری متخلخل ایجاد شود. قطبیت، دما و وزن مولکولی حلال عوامل کلیدی در حلالیت و ساخت PVDF هستند.
پلیمر از فاز بتا بالاتر به لایههای نازک تبدیل میشود، در اینجا پلیمر تحت ولتاژ الکتریکی بالا و فشار زیاد، کشیده شده و ورق های نازک و مقاوم تولید می شود.
با استفاده از یک روش پردازش سفارشی، پلیمر به ورق های یکنواخت با کیفیت بالا و نازک پردازش می شود. این فرآیند به عنوان اکستروژن فیلم نیز شناخته می شود.
برخی از ویژگی های خاص PVDF عبارتند از:
مقاومت کشسانی فوق العاده
پایداری دمایی مطلوب
مقاوم در برابر اشعه فرابنفش و تشعشع های قوی
مقاومت در برابر ساییدگی تحت فشار زیاد
مقاومت دی الکتریکی بالا
مقاوم در برابر انواع خورنده ها، حلال ها و اسیدهای شیمیایی
نفوذپذیری بسیار کم در مقابل آب
از انواع دیگر فلوروپلیمرها ( مثل PTFE) مقاوم نر و بادوام تر است.
دارای استاندارهای لازم برای حمل و نگهداری مواد غذایی ( به علت خاصیت خنثی بودن، غیر سمی و ضد باکتری بودن این محصول)
برخی از مهمترین کاربردهای PVDF عبارتند از:
تولید مواد افزودنی
تولید نیمه هادی ها با خلوص بالا در صنعت الکترونیک
جدا کننده سیم و کابل
غشاهای مصنوعی در حوزه زیست شناسی و پزشکی
پردازش و دفن زباله های هسته ای
کاربردهای لوله و پمپاژ
پردازش شیمیایی زباله
غشاهای تصفیه آب
فرآوری مواد غذایی و دارویی
باتری و سنسور
پوشش کاذب در ساخنمان سازی
بازار هدف PVDF عموما مربوط به لوله ها و اتصالات، باتری های یون لیتیم، نیمه هادی ها می باشد.
تخمین زده می شود که بازار هدف PVDF در بین سالهای 2021 تا 2026 نرخ رشد ترکیبی سالیانه 5 درصدی را تجربه کند. حوزه آسیا و اقیانوسیه، به خصوص چین، بزرگترین تولید کننده و در عین حال مصرف کننده PVDF می باشد که طبق محاسبات صورت گرفته، در بازه زمانی ذکر شده همین ترتیب را خواهیم داشت.
بر اساس ویژگی های زیاد و خاص PVDF ، این محصول در آینده نزدیک به طور وسیعی در حوزه زیست شناسی و پزشکی مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
PVDF یکی از معدود پلیمرهایی است که به علت دارا بودن ویژگی های خاص فیلتر کننده خود مثل خاصیت اتصالی و پمپاژی، به وفور در حوزه غشای نانو و میکرو متخلل در حوزه زیست پزشکی کاربرد دارد. همچنین انتظار میرود که به علت تقاضاهای بالا در حوزه ی پوششها، فیلمهای فتوولتائیک، محصولات نفت و گاز و کاربردهای الکتریکی نیز به رشد این بازار و کاربردهای آن کمک کند.