37. 고분자 소개 - PVDF (Polyvinylidene fluoride)

 

 

PVDF (Polyvinylidene fluoride)

 

 

 

 

① PVDF (Polyvinylidene fluoride)란? 

 

PVDF (Polyvinylidene fluoride)의 개발과 역사는 1960년대 초반부터 시작되었습니다. 초기에는 Dupont 사에서 개발되었으며, 그 후로도 여러 기업과 연구 기관에서 연구 및 개발이 진행되었습니다.

PVDF의 개발은 초기에는 주로 전기 절연 소재로 활용하기 위해 이루어졌습니다. 특히 전기 및 전자 기기에서 필요한 우수한 전기 절연성과 내식성을 제공하는 소재로서의 잠재력이 인식되었습니다.

초기에는 PVDF의 상업적인 생산 및 사용에 어려움이 있었지만, 1960년대 후반부터 제조 공정과 기술이 발전되면서 대량 생산이 가능해졌습니다. PVDF는 그 이후로 다양한 분야에서 활용되기 시작했습니다.

 

화학 산업에서는 내식성이 뛰어난 파이프, 밸브, 탱크 등의 내부 라이닝 소재로 사용되었습니다. 전자 산업에서는 케이블, 저항, 절연 재료 등에 널리 사용되었으며, 특히 고온에서 안정성을 유지하는 특성이 강조되었습니다. 의료 분야에서는 생체 재료로 사용되어 의료 기기 및 생체 적합 재료로 활용되었습니다.

PVDF는 또한 광학 분야에서도 중요한 역할을 합니다. 고투명성과 자외선 투과율이 높아 태양전지, 광학 필름, 광학 기기 등에 사용되었습니다. 현재는 PVDF의 제조 공정 및 기술이 발전하면서 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 연구와 기술의 발전에 따라 PVDF의 성능과 응용 가능성은 계속해서 개선되고 있습니다.

 

PVDF는 이러한 특성을 기반으로 다양한 분야에서 사용됩니다. 주요 용도는 다음과 같습니다.

- 전기 및 전자 산업: PVDF는 전선, 케이블, 저항, 커패시터 등 전기 및 전자 부품의 절연재로 사용됩니다. 뛰어난 전기 절연성과 내식성이 요구되는 환경에서 활용됩니다.

- 화학 산업: PVDF는 화학 처리 시스템, 파이프, 밸브, 탱크 등의 내식성 라이닝으로 사용됩니다. 강한 화학 물질에 대한 내성이 필요한 환경에서 활용됩니다.

- 의료 분야: PVDF는 생체 재료로 사용되며, 의료 기기, 인공심장 밸브, 의료용품 등에 적용됩니다. 생체적으로 호환성이 뛰어나고, 바이오의료 분야에서 사용됩니다.

- 광학 분야: PVDF는 높은 투명성을 가지고 있어 광학적 응용에 사용됩니다. 태양전지, 광학 필름, 광학 기기 등에 활용됩니다.

 

 

② PVDF의 특성

 

- 높은 화학 저항성: PVDF는 강한 화학 물질에 대한 내성을 가지고 있어 다양한 화학적 환경에서 사용될 수 있습니다. 강산, 알칼리, 용제 등에 대한 내식성이 뛰어나며, 이를 통해 내부 라이닝, 파이프, 밸브 등의 화학 산업용 재료로 널리 사용됩니다.

- 우수한 열 안정성: PVDF는 고온에서도 안정성을 유지할 수 있습니다. 이는 고온 환경에서 작동하는 기기 및 시스템에서 안정성이 요구되는 경우에 유용하게 사용됩니다.

- 우수한 전기 절연성: PVDF는 전기 절연 재료로 널리 사용되는 소재입니다. 전기적으로 안정하며, 고주파 및 저주파에서도 우수한 전기 절연 특성을 유지합니다. 이는 전선, 케이블, 저항, 커패시터 등 전기 및 전자 기기에서 사용되는 재료로 적합하게 만들어줍니다.

- 우수한 기계적 특성: PVDF는 낮은 밀도와 뛰어난 강도를 가지고 있어 경량화된 구조물을 제작하는 데 유리합니다. 또한, 낮은 마찰 계수와 내마모성을 가지고 있어 부드러운 작동과 내구성을 요구하는 기계적 응용에서 효과적으로 사용될 수 있습니다.

- 우수한 날씨 및 자외선 저항성: PVDF는 자외선에 대한 저항성이 뛰어나며, 장기간에 걸친 날씨 조건에도 안정성을 유지합니다. 이는 실외 응용 분야에서 널리 사용되는 이유 중 하나입니다.

- 생체적 호환성: PVDF는 생체 재료로서의 용도도 가지고 있습니다. 의료 분야에서 사용되는 인공심장 밸브, 의료용품, 생체 적합 재료 등에 활용됩니다. 생체적으로 안전하며, 생체 재료로 사용될 때 발생할 수 있는 부작용을 최소화합니다. 

 

 

 

③ PVDF의 가공 방법

 

PVDF (Polyvinylidene fluoride)의 가공 방법은 주로 열가소성 가공 방법과 용액 중합 가공 방법으로 나뉩니다.

 

열가소성 가공 방법

- 압출 (Extrusion): PVDF를 고온에서 압출기로 푸시하여 원하는 형태로 만듭니다. 이 과정에서 PVDF는 압출기의 스크루를 통해 녹아 유동성을 갖게 됩니다. 압출은 필름, 시트, 막, 파이프 등의 형태로 PVDF를 가공하는 데 주로 사용됩니다.

- 사출 성형 (Injection Molding): PVDF를 고온에서 액상 상태로 만들고, 사출 기계를 사용하여 사출형으로 주입하여 원하는 모양을 형성합니다. 사출 성형은 복잡한 형상을 갖는 부품을 제작하는 데 주로 사용됩니다.

 

용액 중합 가공 방법

- 용액 중합 (Solution Polymerization): PVDF 몰을 용매에 용해시킨 후 중합시키는 방법입니다. 용액 중합을 통해 생성된 PVDF 용액은 필름 코팅, 도포, 인쇄 등 다양한 가공 방법으로 사용될 수 있습니다.

- 캐스팅 (Casting): PVDF 용액을 평판 또는 드럼 형태의 표면 위에 적층하고, 용매를 제거하여 PVDF 필름을 형성하는 방법입니다. 캐스팅은 평판 필름, 막, 섬유 등의 제조에 사용됩니다.

 

PVDF의 가공은 고온에서 이루어지는 경우가 많으며, 가열과 냉각 단계를 포함합니다. 이는 PVDF가 열가소성 소재로서 특정 온도 범위에서 유동성을 갖고 형태를 조정할 수 있는 성질을 가지기 때문입니다. 가공 시 온도와 압력을 조절하여 PVDF를 원하는 형태로 가공할 수 있습니다. 또한, 가공 후에는 냉각을 통해 PVDF를 고체 상태로 변환하여 최종 제품을 얻을 수 있습니다.