Поливинилфторид ( ПВФ ) или –(CH 2 CHF) n – полимерный материал, который в основном используется в огнезащитных покрытиях салонов самолетов и задних листах фотоэлектрических модулей . [2] Он также используется в плащах и металлических листах. Поливинилфторид представляет собой термопластичный фторполимер с повторяющейся винилфторидной единицей, структурно очень похожий на поливинилхлорид .
Пленка на основе ПВФ была впервые коммерциализирована в 1961 году компанией DuPont под названием Tedlar. [3] [4]
Наиболее широко используется полимеризация VF в водных суспензиях или эмульсиях . Требуются высокие давления из-за нестабильности VF . Высокая электроотрицательность фтора затрудняет полимеризацию по сравнению с другими винилгалогенидами . [4] Температуры полимеризации варьируются от 50 °C до 150 °C и могут влиять на кристалличность , температуру плавления и разветвление продукта. Инициирование осуществляется пероксидами или азосоединениями . [3]
Резонансная стабилизация распространяющегося интермедиата ( радикала VF ) плохая, что часто приводит к обращению мономера , реакциям разветвления и передачи цепи . Наличие примесей сильно влияет на молекулярную массу и термическую стабильность продукта, так как радикал ВФ обладает высокой реакционной способностью. Это также ограничивает выбор сред полимеризации , поверхностно-активных веществ , инициаторов или других добавок. [4]
Жидкий ВФ суспендируют в воде и стабилизируют водорастворимыми полимерами на основе целлюлозы или поливинилового спирта . Неорганические соли также могут действовать как стабилизаторы. Суспензионную полимеризацию обычно инициируют органические пероксиды ( например, диизопропилпероксидикарбонат), но также можно использовать УФ-свет или ионизирующее излучение . Однако, когда радикалов нет , УФ - излучение разлагает VF на ацетилен и HF . [4]
Эмульсионную полимеризацию можно проводить при значительно пониженном давлении и более низких температурах по сравнению с суспензионной полимеризацией . Улучшенный контроль процесса и отвод тепла от реакции приводят к увеличению молекулярной массы , скорости реакции и выхода . Фторированные поверхностно-активные вещества , такие как перфторкарбоновые кислоты, сохраняют высокую скорость реакции даже после 40% конверсии , они термически и химически стабильны , и их введение не ухудшает свойства ПВФ. Другие эмульгаторы ( сульфаты жирных спиртов , алкансульфонаты и т. д.) не столь эффективны. [4]
ПВФ обычно преобразуется в тонкие пленки и покрытия . Однако из-за его водородных связей и кристалличности для растворения ПВФ в латентных растворителях необходима температура выше 100 ° C . Обработка методом экструзии расплава зависит от скрытой сольватации ПВФ в высокополярных растворителях и его последующей коалесценции . Введение добавок ( пластификаторов , пигментов , стабилизаторов и т.д.) осуществляется путем диспергирования ПВФ в скрытом растворителе . Растворитель испаряют после экструзии . _ _ [4]
Для создания биаксиально ориентированных пленок ПВФ, диспергированный в растворителе , должен перемещаться как в поперечном , так и в двухосном направлениях, что приводит к более высокой прочности на разрыв . Неориентированные пленки также слегка растягиваются после отливки . Они более податливы и формуемы и демонстрируют более высокое удлинение при разрыве, чем ориентированные пленки. [5]
Большинство связей в ПВФ – «голова к хвосту», и только 12–18 % связей – «голова к голове». Эти неравномерности, вероятно, являются причиной колебаний температуры плавления , которая колеблется от 185 до 210 °C. Кристалличность ПВФ колеблется от 20 до 60%, в зависимости от метода полимеризации и термической истории полимера . Было обнаружено, что более низкая температура полимеризации приводит к уменьшению связей «голова к головке» и, как следствие, к увеличению температуры плавления , поскольку высокорегулярные структуры демонстрируют более высокую кристалличность . Что касается стереорегулярности , то ПВФ преимущественно атакичный , но это не оказывает существенного влияния на температуру плавления . Коммерческая атактическая пленка ПВФ имеет пик температуры плавления при 190 °C. [3] [4] [5]
Ниже температуры плавления возникает несколько переходных фаз , в основном при нижней T g от -15 до -20 °C и при верхней T g в диапазоне температур от 40 до 50 °C. [6]
ПВФ нерастворим в обычных растворителях при температуре ниже 100 °C. При повышении температуры он растворяется в полярных растворителях ( амидах , кетонах и т. д.). При комнатной температуре пленки ПВФ устойчивы как к кислотам и щелочам , так и к алифатическим , ароматическим и спиртовым жидкостям . [3]
Термическая стабильность ПВФ лучше, чем у других винилгалогенидных полимеров , что свидетельствует о расщеплении основной цепи и потере HF в инертной атмосфере при 450 ° C, тогда как на воздухе потеря HF происходит при 350 ° C. [4]
Поскольку ПВФ обладает исключительной термической стабильностью , он намного безопаснее, чем ПВХ , который легче разлагается. Если происходит деградация PVF, образуется высокореактивная HF-кислота , которая быстро впитывается в окружающие материалы и рассеивается. [7]
Мономер ВФ горюч и высокореактивен, образует взрывоопасную смесь с воздухом и классифицируется как «вероятно канцерогенный для человека » . [7]
ПВФ не вызвал каких-либо кожных реакций или токсических эффектов , хотя после чрезмерного воздействия содержание фторида в моче увеличивалось. Перегрев изделий из ПВФ может привести к взаимодействию с такими добавками, как пигменты или наполнители , что может представлять собой дополнительный риск. Некоторые составы пленок Тедлара могут содержать соединения тяжелых металлов , которые могут присутствовать в пыли , образующейся в результате вторичных операций (например, шлифования ). [7]
Наружная и внутренняя отделка ПВФ не создает дополнительной опасности пожара в жилых и промышленных зданиях, поскольку гораздо опаснее угарный газ , образующийся при горении других строительных материалов . [7]
Основным применением ПВФ являются защитные и декоративные покрытия , благодаря его термической стабильности и общей инертности по отношению к химикатам , коррозионным и красящим веществам . Существует два способа нанесения ПВФ: в виде предварительно отформованной пленки ( ламинирование ) или дисперсии ( покрытие ). Эти покрытия могут быть прозрачными или пигментированными . [4]
В автомобильной промышленности грунтовка ПВФ используется для улучшения адгезии краски , а в аэрокосмической промышленности пленка ПВФ наносится на изоляционные пакеты, содержащие стекловолокно , которые используются на наружных стенах самолетов , в грузовых отсеках и воздуховодах кондиционирования воздуха . [4]
На верхней части фотоэлектрических элементов прозрачная пленка PVF защищает от влаги , а на их нижней поверхности используется пленка с белым пигментом . [4]
Пленки ПВФ не прилипают к фенольным , акриловым и эпоксидным смолам и поэтому могут использоваться в качестве разделительных пленок , обычно при высокотемпературной обработке этих смол . [4]