ポリビニリデンフルオライド

概要

材料名	ポリビニリデンフルオライド
略記号	PVDF
英語名	Polyvinylidene Fluoride
別名	ポリフッ化ビニリデン、二フッ化ビニリデン樹脂
分類	結晶性フッ素樹脂、エンジニアリングプラスチック
構造・主成分	ビニリデンフルオライドを重合したフッ素系高分子
主な用途	配管、バルブ、ポンプ部品、電線被覆、リチウムイオン電池用バインダー、膜材料、耐候性塗料

ポリビニリデンフルオライドは、ビニリデンフルオライドを主成分とする結晶性フッ素樹脂である。 PTFEに比べて溶融成形しやすく、耐薬品性、耐候性、耐摩耗性、難燃性、電気特性のバランスが良い。フッ素樹脂の中では機械的強度が高く、射出成形、押出成形、フィルム成形、コーティングに適用しやすい材料である。

特徴

耐薬品性が良く、酸、塩類、多くの脂肪族炭化水素に対して安定である。
耐候性、耐紫外線性が良く、屋外用途や化学設備部品に使用される。
フッ素樹脂としては機械的強度が高く、耐摩耗性も良い。
融点は約170℃前後で、PTFEより低温で溶融成形できる。
難燃性が高く、UL94 V-0相当のグレードが多い。
誘電特性、絶縁性が良く、電線被覆や電子材料に使用される。
強アルカリ、高温アルカリ、極性溶媒、アミン類、ケトン類、エステル類では膨潤・溶解・劣化に注意が必要である。

構造式

ポリビニリデンフルオライドは、ビニリデンフルオライドの付加重合により得られる。

繰り返し構造：
－[ CH₂－CF₂ ]_n－

基本反応式：
n CH₂=CF₂ → －[ CH₂－CF₂ ]_n－

種類

種類の名称	特徴	主な用途	長所	短所
PVDFホモポリマー	標準的なPVDFで、強度、耐薬品性、耐候性のバランスが良い。	配管、バルブ、ポンプ、継手、シート、丸棒	剛性、耐薬品性、耐候性が良い。	低温衝撃性や柔軟性は共重合タイプに劣る。
PVDFコポリマー	柔軟性、耐衝撃性、低温特性を改良したタイプである。	チューブ、フィルム、ライニング、電線被覆	柔軟性、耐ストレスクラック性が良い。	ホモポリマーより剛性や耐熱性が低い場合がある。
高純度PVDF	抽出物や金属不純物を低減したタイプである。	半導体、医薬、超純水、薬液配管	清浄性、耐薬品性が良い。	一般グレードより高価である。
PVDFフィルム	薄膜化したPVDFで、耐候性、圧電性、誘電性を利用する。	センサー、コンデンサ、膜材料、保護フィルム	薄膜加工性、電気特性が良い。	厚肉構造材には適さない。
PVDF塗料・粉体塗装用	耐候性塗膜を形成するグレードである。	建材外装、金属パネル、屋外部材	耐候性、耐汚染性、光沢保持性が良い。	専用の配合、焼付け条件が必要である。

長所

耐薬品性、耐候性、耐紫外線性が良い。
フッ素樹脂の中では機械的強度が高い。
PTFEより溶融成形しやすい。
難燃性、低吸水性、電気絶縁性が良い。

短所

強アルカリ、アミン類、極性溶媒には注意が必要である。
連続使用温度はPTFE、PFA、FEPより低い。
汎用樹脂より高価である。
成形時の熱履歴や結晶化条件により物性が変化しやすい。

成形加工

加工方法	適正	概要
射出成形	◎	コネクタ、バルブ、ポンプ部品、機械部品に適する。
押出成形	◎	パイプ、チューブ、シート、丸棒、電線被覆に適する。
フィルム成形	○	電池、膜材料、圧電フィルム、保護フィルムに使用される。
圧縮成形	○	厚板、切削素材、特殊部材に用いられる。
粉体塗装・コーティング	○	耐候性、耐薬品性を付与する塗膜用途に適する。
切削加工	○	丸棒、板材から精密部品を加工できる。

SP値（溶解度パラメータ）

項目	SP値（δ） MPa^1/2	備考
PVDF 標準グレード	23.0	耐薬品性は良いが、極性溶媒では膨潤・溶解に注意する。
PVDF ホモポリマー	22.5～23.5	剛性と耐薬品性に優れる。強アルカリ、アミン類には注意が必要である。
PVDF コポリマー	22.0～23.0	柔軟性が高く、低温衝撃性が良い。溶剤耐性はグレード差がある。
PVDF フィルム	23.0	薄膜では溶剤による膨潤、応力割れ、寸法変化に注意する。
PVDF GF強化	23.0	樹脂相のSP値はほぼ同等である。剛性、寸法安定性が向上する。
PVDF CF強化	23.0	耐摩耗性、導電性、寸法安定性を付与したグレードである。

溶解性の目安

Δδ	挙動
0〜2	溶解しやすい
2〜5	膨潤・軟化
5以上	溶解しにくい

SP値から見た耐溶剤

溶剤・薬品	SP値（δ） MPa^1/2	評価	備考
水	47.9	◎	吸水率が低く、寸法安定性は良い。
メタノール	29.7	○	常温では概ね良好である。
エタノール	26.0	○	常温では概ね良好である。
アセトン	20.1	△	膨潤、応力割れに注意する。
メチルエチルケトン	19.0	△	長時間接触、高温では注意が必要である。
酢酸エチル	18.6	△	グレード、応力状態により膨潤する場合がある。
トルエン	18.2	○	常温では比較的良好である。
ヘキサン	14.9	◎	脂肪族炭化水素には良好である。
NMP	23.0	×	PVDFを溶解・膨潤させる代表的な溶媒である。
DMF	24.8	×	溶解性があり、使用は避ける。
DMAc	22.7	×	溶解性があり、使用は避ける。
DMSO	26.7	△～×	高温や長時間接触では注意が必要である。
希硫酸	－	◎	酸には比較的強い。
水酸化ナトリウム水溶液	－	△	高温、濃アルカリでは劣化に注意する。

評価基準：◎：非常に良好　○：概ね良好　△：注意が必要　×：不適

上表はPVDFのSP値中央値23.0 MPa^1/2を基準として、溶剤のSP値、極性、実使用での化学的影響を併せて評価した目安である。

注意：NMP、DMF、DMAc、DMSO、アミン類、強アルカリ、高温アルカリ、ケトン類、エステル類では、膨潤、溶解、応力割れ、強度低下が起こる場合がある。実使用では温度、濃度、応力、接触時間を確認する必要がある。

代表的な物性値又は機械的性質

項目	単位	代表値	備考
密度	g/cm³	1.75～1.80	標準グレードの代表範囲である。
融点	℃	165～178	結晶性フッ素樹脂である。
ガラス転移温度	℃	約-40	低温でも比較的靭性を保つ。
引張強さ	MPa	35～55	フッ素樹脂の中では高い。
引張弾性率	GPa	1.5～2.5	グレード、結晶化度で変化する。
伸び	%	20～300	ホモポリマー、コポリマーで差が大きい。
曲げ強さ	MPa	50～100	成形条件により変動する。
ロックウェル硬さ	－	R80～R120	比較的硬質で耐摩耗性が良い。
吸水率	%	0.03～0.05	低吸水で寸法安定性が良い。
連続使用温度	℃	約120～150	条件、グレードにより異なる。
体積抵抗率	Ω・cm	10¹⁴以上	電気絶縁性が良い。
燃焼性	UL94	V-0相当	難燃性が高い。

耐薬品性

薬品分類	耐薬品性	備考
水・塩類水溶液	◎	吸水率が低く、寸法安定性が良い。
無機酸	◎	希酸、多くの酸に対して良好である。
アルカリ	△	常温低濃度では使用できる場合があるが、高温・高濃度では注意が必要である。
脂肪族炭化水素	◎	ヘキサン、鉱物油などに対して良好である。
芳香族炭化水素	○	常温では比較的良好であるが、温度と応力に注意する。
アルコール	○	常温では概ね良好である。
ケトン	△	アセトン、MEKでは膨潤や応力割れに注意する。
エステル	△	酢酸エチルなどではグレード差がある。
アミド系溶媒	×	NMP、DMF、DMAcは溶解性があり不適である。
ハロゲン系溶剤	△～○	種類、温度、応力により評価が変わる。

更に詳しくはプラスチックの耐薬品性一覧表を参照

製法

PVDFは、ビニリデンフルオライド（VDF）を乳化重合、懸濁重合などによりラジカル重合して製造される。重合後、洗浄、乾燥、造粒を行い、射出成形用、押出成形用、フィルム用、塗料用、電池バインダー用などのグレードに調整される。