ポリフッ化ビニリデン

概要

項目	内容
材料名	ポリフッ化ビニリデン
略記号	PVDF
IUPAC	Poly(1,1-difluoroethylene)
英語名	Polyvinylidene Fluoride / Poly(vinylidene fluoride)
日本語名	ポリフッ化ビニリデン、ポリビニリデンフルオライド、二フッ化ビニリデン樹脂
分類	結晶性フッ素樹脂、熱可塑性樹脂、エンジニアリングプラスチック
プラスチック分類	エンプラ系フッ素樹脂。用途や要求特性によってはスーパーエンプラ系材料として扱われる場合がある。
化学式または代表構造	−[CH₂−CF₂]−_n、または (C₂H₂F₂)_n
CAS No.	24937-79-9
構造・主成分	フッ化ビニリデンを主成分として重合した半結晶性高分子である。分子中にフッ素原子と水素原子を含む。
主な用途	薬液配管、バルブ、ポンプ部品、フィルム、チューブ、電線被覆、リチウムイオン電池バインダー、耐候性塗料、建材用フィルム、センサー材料など。

ポリフッ化ビニリデン（PVDF）は、フッ化ビニリデンを重合して得られる代表的な溶融成形可能フッ素樹脂である。ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）ほどの最高レベルの耐薬品性、耐熱性は示さないが、機械的強度、耐候性、耐摩耗性、成形加工性のバランスに優れる材料である。

PVDFは、フッ素樹脂の中では比較的高い結晶性と極性を持ち、誘電特性、圧電性、耐薬品性、耐紫外線性を併せ持つ。一般に白色から半透明の外観を示し、射出成形、押出成形、フィルム成形、チューブ成形などに対応しやすい。

一方で、PVDFは分子中に水素を含むため、完全フッ素化樹脂であるPTFE、PFA、FEPなどと比較すると、強アルカリ、高温アルカリ、アミン類、一部の極性溶剤には注意が必要である。実使用では、グレード、温度、薬品濃度、応力、接触時間を確認する必要がある。

特徴

項目	内容
長所	耐薬品性、耐候性、耐紫外線性、機械的強度、耐摩耗性、難燃性、成形加工性に優れる。フッ素樹脂の中では溶融成形しやすい。
短所	強アルカリ、高温アルカリ、アミン類、一部のケトン、エステル、極性溶剤で膨潤、応力割れ、物性低下を生じる場合がある。
外観	一般に白色から乳白色、半透明である。フィルムや薄肉成形品では半透明性を示す場合がある。
耐熱性	融点は一般に約165〜175℃であり、連続使用温度は代表値として約120〜150℃程度である。荷重条件や薬品環境により使用可能温度は低下する。
耐薬品性	酸、酸化剤、ハロゲン系薬品、油、脂肪族炭化水素、水、温水に対して良好である。一方、強アルカリ、アミン、DMF、DMSO、NMP、アセトンなどには条件により注意を要する。
加工性	射出成形、押出成形、ブロー成形、フィルム成形、チューブ成形が可能である。熱分解時にはフッ化水素を発生するおそれがあるため、過熱滞留を避ける。
分類上の注意	PVDFはフッ素樹脂であるが、完全フッ素化樹脂ではない。耐薬品性は高いが、PTFEやPFAと同一視しないことが重要である。
難燃性	一般に自己消火性を示し、グレードによりUL94 V-0相当の難燃性を持つ場合がある。酸素指数は比較的高い。
注意点	高温成形時の熱劣化、金属腐食、アウトガス、成形収縮、残留応力、薬品中での応力割れに注意する。

構造式

PVDFの代表的な構造単位は、以下のように表される。

項目	内容
構造式の表記	−[CH₂−CF₂]−_n
化学式	(C₂H₂F₂)_n
モノマー	フッ化ビニリデン、Vinylidene fluoride、CH₂=CF₂
代表的な構成単位	メチレン基（−CH₂−）とジフルオロメチレン基（−CF₂−）が交互に連なる構造である。
構造上の特徴	C−F結合による耐候性、耐薬品性と、C−H結合に由来する極性、接着性、溶融加工性を併せ持つ。
共重合体・変性グレード	VDFを主成分とし、HFP、CTFE、TFEなどを共重合した柔軟グレード、低融点グレード、接着改良グレードがある。粉体塗料用、電池バインダー用、フィルム用、配管用など用途別に調整される。

種類

種類の名称	主成分または特徴	長所	短所	主な用途
汎用PVDF	VDF単独重合体を主体とする標準グレード	耐薬品性、機械強度、加工性のバランスが良い	柔軟性は限定的で、強アルカリや極性溶剤には注意が必要	配管、バルブ、ポンプ部品、タンクライニング、切削素材
耐熱PVDF	高結晶性、高分子量設計のグレード	高温下での強度保持、耐クリープ性に優れる	成形温度管理が難しく、流動性が低い場合がある	化学装置部品、熱水配管、工業用継手
柔軟PVDF共重合体	VDF-HFPなどの共重合体	柔軟性、耐屈曲性、低温特性に優れる	ホモポリマーより耐熱性、剛性、耐薬品性が低下する場合がある	チューブ、電線被覆、フィルム、シール材
GF強化PVDF	ガラス繊維を配合した強化グレード	剛性、寸法安定性、荷重たわみ温度が向上する	靭性、成形品表面性、溶着性が低下する場合がある	構造部品、ポンプ部品、バルブ部品、機械部品
CF・導電PVDF	カーボン繊維、カーボンブラックなどを配合	導電性、帯電防止性、耐摩耗性を付与できる	電気絶縁性や溶融流動性が低下する場合がある	静電気対策部品、半導体関連部品、摺動部材
摺動PVDF	PTFE、炭素系充填材、無機充填材などを配合	摩擦摩耗特性、寸法安定性を改善できる	成形条件や相手材により摩耗粉、摩擦係数が変動する	軸受、ブッシュ、スライダー、ギア
食品接触・高純度PVDF	抽出物、金属不純物を抑えたグレード	クリーン性、耐薬品性、食品・医療関連用途への適性がある	適合規格はグレードごとに確認が必要である	食品機械部品、薬液配管、医療・分析機器部品
電池バインダー用PVDF	リチウムイオン電池電極用に分子量や溶解性を調整	電極活物質との結着性、耐電解液性、電気化学的安定性に優れる	NMPなど特定溶剤を用いる場合が多く、環境・安全対策が必要	リチウムイオン電池正極・負極バインダー
塗料・粉体塗装用PVDF	耐候性塗膜形成用に設計されたグレード	耐紫外線性、耐汚染性、色調保持性に優れる	焼付条件、下地処理、相溶樹脂の影響を受ける	建材外装、金属パネル、屋外塗装、保護フィルム

成形加工

成形加工法	適性	内容	注意点
射出成形	◎	バルブ、継手、ポンプ部品、電気部品などの成形に適する。	シリンダー内の過熱滞留を避け、耐食性のある成形機部材を選定する。
押出成形	◎	パイプ、チューブ、シート、フィルム、電線被覆に適する。	冷却条件により結晶化度、寸法、透明性が変化する。
ブロー成形	○	中空成形品、容器、タンクライナーなどに用いられる場合がある。	溶融張力と肉厚制御を考慮する必要がある。
圧縮成形	○	厚板、丸棒、ブロック材などに用いられる。	冷却速度、内部応力、結晶化による反りに注意する。
真空成形	△	シート材の二次成形に使用される場合がある。	成形温度範囲が狭く、深絞りやシャープな形状では白化、割れに注意する。
切削加工	◎	丸棒、板材から精密部品を加工できる。	加工熱、バリ、残留応力、寸法変化に注意する。
溶接加工	○	熱風溶接、押出溶接、突合せ溶着などに対応する。	溶接条件、グレード差、汚染、結晶化状態により強度が変化する。
接着	△	表面処理や専用接着剤により接着可能な場合がある。	フッ素樹脂であるため一般接着剤では接着しにくい。
3Dプリント	△	フィラメントや粉末材料として利用される場合がある。	反り、結晶化、温度管理、装置の耐食性に注意する。

代表的な成形条件

項目	代表条件	備考
乾燥温度	60〜90℃	PVDFは吸水率が低いが、吸湿や表面水分がある場合は乾燥する。
乾燥時間	2〜4時間	ペレット保管状態、グレード、成形品要求により調整する。
シリンダー温度	190〜240℃	一般的な目安であり、グレードにより異なる。過熱滞留は避ける。
金型温度	50〜100℃	結晶化、寸法安定性、表面性に影響する。
押出温度	190〜250℃	パイプ、チューブ、フィルムでは冷却条件も重要である。
成形収縮率	約1.5〜3.5％	結晶性樹脂であり、肉厚、流動方向、金型温度、充填材により変化する。
注意点	熱劣化、アウトガス、金属腐食	分解温度域では腐食性ガスを発生するおそれがあるため、換気と温度管理を行う。

代表的な物性値又は機械的性質

項目	単位	PVDF 標準グレード	PVDF GF強化	PVDF 導電・CF系	備考
密度	g/cm³	1.75〜1.80	1.85〜2.00	1.80〜1.95	充填材量により変化する。
比重	−	約1.78	約1.9	約1.85	代表値である。
引張強さ	MPa	35〜55	60〜90	45〜80	温度、成形条件、結晶化度により変化する。
伸び	％	20〜400	2〜10	2〜20	ホモポリマー、共重合体、充填材で大きく異なる。
曲げ弾性率	MPa	1,200〜2,500	4,000〜8,000	3,000〜7,000	GF、CF配合により大きく上昇する。
アイゾット衝撃強さ	kJ/m²	5〜15	3〜10	3〜10	ノッチ付き代表値。グレードにより大きく異なる。
荷重たわみ温度	℃	90〜120	130〜155	120〜150	1.8MPa条件の目安である。
融点	℃	165〜175	165〜175	165〜175	ホモポリマーでは約170℃前後が代表値である。
ガラス転移温度	℃	約−40	約−40	約−40	測定法により差がある。
連続使用温度	℃	120〜150	120〜150	120〜150	荷重、薬品、空気中、温水中で異なる。
吸水率	％	0.03〜0.10	0.03〜0.10	0.03〜0.10	低吸水で寸法安定性に優れる。
体積抵抗率	Ω・cm	10¹³〜10¹⁵	10¹²〜10¹⁵	10²〜10⁸	導電グレードでは大きく低下する。
誘電率	−	約8〜12	グレードによる	グレードによる	フッ素樹脂の中では比較的高い。
酸素指数	％	約40〜45	約40以上	約40以上	自己消火性を示す材料である。
UL94	等級	V-0相当のグレードあり	V-0相当のグレードあり	グレードによる	認証は個別グレードで確認する。

耐薬品性

薬品分類	代表薬品	評価	備考
酸類	塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸	◎	多くの酸に良好である。ただし高温・高濃度酸化性酸では確認が必要である。
アルカリ類	水酸化ナトリウム、KOH、アンモニア水	○〜△	常温・低濃度では比較的安定であるが、高温強アルカリでは劣化、変色、物性低下に注意する。
低級アルコール類	メタノール、エタノール、IPA	◎〜○	一般に良好である。応力がかかる成形品では事前確認が望ましい。
高級アルコール類	ブタノール、グリセリン、MMB	○	多くは使用可能であるが、温度、添加剤、混合溶剤条件により変化する。
芳香族炭化水素類	トルエン、キシレン、エチルベンゼン	○〜△	短時間では比較的安定な場合があるが、長時間、高温、応力下では膨潤に注意する。
脂肪族炭化水素類	ヘキサン、ヘプタン、ミネラルスピリット	◎〜○	一般に良好である。
ケトン	アセトン、MEK、MIBK、シクロヘキサノン	△〜×	PVDFは一部ケトンで膨潤、軟化、溶解傾向を示す。特に高温では注意する。
エステル	酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル	△	条件により膨潤、白化、応力割れの可能性がある。
塩素系溶剤	ジクロロメタン、クロロホルム、トリクロロエチレン	△	温度、時間、応力により膨潤する場合がある。使用前に確認する。
強極性溶剤	DMF、DMAc、DMSO、NMP	×	PVDFを溶解または大きく膨潤させる代表的溶剤である。電池バインダー用途ではNMP溶液として使用される。
水・温水	水、温水、純水	◎	吸水率が低く、一般に良好である。熱水、蒸気、薬品混入水では条件確認が必要である。
油	鉱物油、潤滑油、作動油、植物油	◎〜○	多くの油に良好である。添加剤や高温条件では確認が必要である。
燃料	ガソリン、軽油、アルコール混合燃料	○	燃料透過性、添加剤、温度、応力条件を確認する。
酸化剤	次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素	○〜△	濃度、pH、温度、金属イオンの影響を受けるため、長期使用では試験が必要である。

SP値（溶解度パラメータ）

項目	内容
PVDFの代表的なSP値	約17.2 MPa^1/2
特徴	PVDFはフッ素樹脂の中では比較的極性が高く、SP値が近い極性溶剤では膨潤または溶解しやすい場合がある。
注意点	SP値は溶解・膨潤傾向を推定する目安であり、耐薬品性を単独で判断するものではない。結晶化度、温度、応力、添加剤、薬品濃度、混合溶剤、接触時間を考慮する必要がある。

溶解性の目安

SP値差	溶解・膨潤の目安	判定
0〜2	膨潤・軟化しやすい	×
2〜5	条件により膨潤する	△
5〜8	短時間接触では比較的安定	○
8以上	溶解・膨潤しにくい	◎

SP値から見た耐溶剤性

PVDFの代表SP値を17.2 MPa^1/2として、代表的な溶剤とのSP値差を示す。SP値差が小さいほど溶解・膨潤しやすい傾向があるが、実際の耐薬品性は温度、結晶化度、薬品濃度、応力、時間により変化する。

薬品名	代表SP値 MPa^1/2	PVDFとの差	評価	備考
ヘキサン	14.9	2.3	○	SP値差は小さめだが、非極性であり一般に比較的安定である。
トルエン	18.2	1.0	△	長時間、高温、応力下では膨潤に注意する。
キシレン	18.0	0.8	△	短時間接触では使用可能な場合があるが、条件確認が必要である。
アセトン	20.0	2.8	△〜×	膨潤、軟化、応力割れに注意する。
MEK	19.0	1.8	△〜×	PVDFに対して影響を与えやすい溶剤である。
酢酸エチル	18.6	1.4	△	膨潤や白化の可能性がある。
エタノール	26.0	8.8	◎〜○	一般に良好である。
IPA	23.5	6.3	○	通常条件では比較的安定である。
水	47.9	30.7	◎	低吸水であり、水に対して良好である。
NMP	23.0	5.8	×	SP値差だけでは良好に見えるが、PVDFの代表的な溶解溶剤であるため不適である。
DMF	24.8	7.6	×	PVDFを溶解または強く膨潤させる場合がある。
DMSO	26.7	9.5	×	SP値差のみでは判断できず、強極性溶剤として注意が必要である。

製法

工程	内容	注意点
原料	主原料はフッ化ビニリデン（CH₂=CF₂）である。	フッ素系モノマーであり、重合条件、純度、安全管理が重要である。
重合方法	一般に懸濁重合、乳化重合などのラジカル重合により製造される。	分子量、粒子形状、結晶性、末端構造が用途特性に影響する。
基本反応式	n CH₂=CF₂ → −[CH₂−CF₂]−_n	開始剤、温度、圧力、分散剤などにより重合を制御する。
共重合	HFP、CTFE、TFEなどを共重合して柔軟性、低温特性、溶融流動性を調整する場合がある。	共重合比率が増えると、結晶性、融点、剛性、耐薬品性が変化する。
ペレット化	重合後の粉体を乾燥し、溶融混練、押出、カットによりペレット化する。	熱履歴を抑え、異物混入を避ける必要がある。
コンパウンド	ガラス繊維、カーボン繊維、導電材、摺動改良材、顔料、安定剤などを配合する。	充填材により耐薬品性、溶着性、成形収縮、摩耗性が変化する。
塗料化・分散化	粉体、分散液、溶液として塗料やコーティング材料に加工される。	溶剤選定、焼付条件、下地密着、耐候性評価が重要である。

詳細な利用用途

分野	用途例	採用理由	注意点
自動車	燃料チューブ、燃料系ライナー、センサー部品、電線被覆、電池部材	耐燃料性、耐薬品性、耐候性、難燃性を利用する。	燃料透過性、低温衝撃、長期熱劣化を確認する。
電気・電子	電線被覆、コネクタ、絶縁フィルム、圧電フィルム、電池バインダー	絶縁性、誘電特性、難燃性、耐薬品性を利用する。	導電グレードでは絶縁性が低下する。電池用途では溶剤、電解液との適合性を確認する。
機械部品	ギア、軸受、ブッシュ、スライダー、ポンプ部品、バルブ部品	耐摩耗性、耐薬品性、機械強度、寸法安定性を利用する。	相手材、荷重、摺動速度、潤滑状態により摩耗挙動が変化する。
医療・分析機器	チューブ、継手、分析装置部品、薬液接触部品	耐薬品性、低吸水性、クリーン性を利用する。	医療用途では生体適合性、滅菌条件、規格適合グレードを確認する。
食品機械	配管、バルブ、継手、シール周辺部品、搬送部品	耐水性、耐薬品性、洗浄薬品への耐性を利用する。	食品接触規格、洗浄温度、アルカリ洗浄剤への耐性を確認する。
建築・設備	外装塗膜、金属パネル塗装、耐候フィルム、屋外部材	耐紫外線性、耐候性、耐汚染性に優れる。	下地処理、塗膜厚、焼付条件、顔料との相性を確認する。
化学工業	薬液配管、タンクライニング、ポンプ、バルブ、スクラバー部品	酸、塩類、酸化剤、多くの溶剤に対する耐性を利用する。	強アルカリ、アミン、極性溶剤、高温薬液では個別試験が必要である。
半導体・液晶	薬液配管、ウェットプロセス部品、フィルター部品、継手	耐薬品性、低溶出、高純度グレードを利用する。	金属イオン、パーティクル、抽出物、洗浄仕様を確認する。
フィルム・シート	耐候フィルム、太陽電池バックシート、保護フィルム、多層フィルム	耐候性、耐薬品性、バリア性、耐汚染性を利用する。	接着層、ラミネート条件、熱収縮、屋外暴露条件を確認する。

比較材料	特徴	対象材料との違い
ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）	最高レベルの耐薬品性、低摩擦性、耐熱性を持つフッ素樹脂である。	PTFEはPVDFより耐薬品性、耐熱性に優れるが、通常の溶融成形が難しい。PVDFは射出成形、押出成形しやすい。
PFA	PTFEに近い耐薬品性を持ちながら溶融成形可能なフッ素樹脂である。	PFAはPVDFより高温薬液、半導体薬液用途に強いが、価格が高く、剛性や接着性の面ではPVDFが選ばれる場合がある。
FEP	透明性、耐薬品性、溶融成形性に優れるフッ素樹脂である。	FEPはPVDFより耐薬品性が高い場合が多いが、機械強度、剛性、耐摩耗性ではPVDFが有利な場合がある。
ETFE	機械強度、耐衝撃性、耐候性に優れる溶融成形可能なフッ素樹脂である。	ETFEはPVDFより耐熱性や耐薬品性に優れる場合がある。PVDFは極性が高く、塗料、電池バインダー、圧電用途に適する。
ポリクロロ・トリフルオロエチレン（PCTFE）	低透過性、寸法安定性、低温特性に優れるフッ素樹脂である。	PCTFEはガスバリア性、寸法安定性に優れる。PVDFは加工性、耐候性、汎用性、入手性に優れる。
ポリビニルフルオライド（PVF）	耐候フィルム、表面保護用途に多いフッ素樹脂である。	PVFはフィルム用途に偏る。PVDFはフィルムだけでなく、射出成形品、配管、チューブ、バインダーにも広く使用される。
ECTFE	耐透過性、耐薬品性、塩素系薬品への耐性に優れるフッ素樹脂である。	ECTFEは薬液ライニング、耐透過用途に強い。PVDFは機械強度、成形加工性、塗料・電池用途で選ばれる。
フッ素樹脂	PTFE、PFA、FEP、ETFE、PVDFなどを含む高耐薬品性樹脂群である。	PVDFはフッ素樹脂の中で、耐薬品性と機械強度、溶融成形性、極性機能のバランスに特徴がある。

代表的なメーカー

メーカー	代表製品・ブランド	概要
アルケマ（Arkema）	Kynar、Kynar Flex	PVDFの主要メーカーであり、射出成形、押出、フィルム、塗料、電池バインダー用途などに展開している。
Solvay	Solef	高純度PVDF、配管、フィルム、電池、化学装置用途向けのグレードを展開している。
クレハ	KF Polymer	日本の代表的なPVDFメーカーであり、リチウムイオン電池バインダー、成形材料、フィルム用途などで知られる。
ダイキン工業	NEOFLON、関連フッ素樹脂グレード	フッ素樹脂の主要メーカーであり、PVDFを含むフッ素系材料を展開している。取り扱いグレードは時期により確認が必要である。
3M	Dyneon PVDF	フッ素樹脂ブランドとして知られる。現在の供給状況、グレード体系は個別確認が必要である。
Röchling	Polystone PVDF	板材、丸棒、加工素材としてPVDF材料を展開している。
三菱ケミカルアドバンスドマテリアルズ	Ketron、Symalit PVDFなどの加工素材系グレード	樹脂素材、板材、丸棒、切削加工用材料としてPVDFを扱う場合がある。製品体系は地域により異なる。

法規制・規格上の注意

項目	内容	確認事項
RoHS	一般的なPVDF樹脂はRoHS対応グレードが多い。	顔料、充填材、難燃剤、添加剤を含むグレードでは個別証明を確認する。
REACH	欧州向けではREACH、SVHCの確認が必要である。	原料、添加剤、加工助剤、着色剤を含めて確認する。
食品衛生	食品接触用途に対応したPVDFグレードがある。	日本の食品衛生法、FDA、EU規則など、用途地域ごとの適合グレードを選定する。
FDA	FDA適合を示すグレードが存在する。	樹脂メーカーの適合証明、使用温度、食品種、抽出条件を確認する。
医療用途	分析機器、医療機器部品に使用される場合がある。	生体適合性、滅菌条件、抽出物、薬機法関連要件を個別に確認する。
難燃規格	UL94 V-0相当のグレードがある。	厚み、色、充填材、認証ファイル番号を確認する。
PFAS関連規制	PVDFはフッ素系高分子であり、PFAS規制動向の対象として扱われる可能性がある。	地域別法規制、用途、輸出先、顧客要求を最新情報で確認する。

用途別選定の目安

用途	推奨されるグレード	選定ポイント	注意点
ギア	摺動PVDF、GF強化PVDF	耐摩耗性、寸法安定性、剛性を重視する。	荷重、周速、相手材、潤滑条件を確認する。
軸受・ブッシュ	摺動PVDF、導電PVDF	低摩擦、耐薬品性、静電気対策を考慮する。	摩耗粉、発熱、クリープを確認する。
チューブ	柔軟PVDF、押出用PVDF	耐屈曲性、耐薬品性、透明性、寸法精度を重視する。	薬品透過、低温曲げ、溶出物を確認する。
筐体	射出成形用PVDF、GF強化PVDF	難燃性、耐薬品性、剛性、寸法安定性を重視する。	成形収縮、反り、ウェルド強度を確認する。
フィルム	フィルム用PVDF、柔軟PVDF共重合体	耐候性、耐薬品性、バリア性、柔軟性を重視する。	ラミネート接着、熱収縮、屋外耐久性を確認する。
コネクタ	難燃PVDF、GF強化PVDF	難燃性、絶縁性、寸法安定性を重視する。	導電グレード使用時は絶縁性に注意する。
薬液配管	高純度PVDF、押出用PVDF	耐薬品性、低溶出、溶着性、耐圧性を重視する。	強アルカリ、アミン、極性溶剤、高温薬液は個別確認する。
電池バインダー	電池用PVDF	分子量、溶解性、電極密着性、電解液耐性を重視する。	NMPなどの溶剤管理、残留溶剤、電極プロセス条件を確認する。