Які властивості та області застосування фторованих ПАР?

2025-03-25 07:36:57

I. Характеристика фторованих поверхнево-активних речовин

Фторовані поверхнево-активні речовини (скорочено FS) є особливим типом поверхнево-активних речовин, які поступово почали комерціалізувати в останні роки. На відміну від звичайних поверхнево-активних речовин, фторовані поверхнево-активні речовини в основному використовують перфторалкільні або перфторовінільні групи або частково фторовані алкільні групи як гідрофобну частину поверхнево-активної речовини, а потім вводять відповідні зв’язувальні групи та гідрофільні групи, якщо це необхідно. Залежно від природи гідрофільної групи можуть бути отримані різні серії фторованих поверхнево-активних речовин, таких як аніонний, катіонний, неіонний та амфотерний типи.

Завдяки особливій будові фторованих ПАР атоми фтору заміщають атоми водню на гідрофобній групі звичайних ПАР, перетворюючи структуру зв'язків С-Н на зв'язки С-F. Таким чином, він демонструє деякі відмінні властивості, унікальні для фторвуглеців, і має як гідрофобні, так і олеофобні властивості. Висока поверхнева активність фторованих поверхнево-активних речовин залежить від надзвичайно сильної гідрофобності їхніх молекулярних вуглець-фторних зв’язків і нижчої внутрішньої молекулярної когезії. Він може знизити поверхневий натяг води до дуже низького значення, тоді як використовувана концентрація дуже мала. Як правило, концентрація вуглецево-водневих поверхнево-активних речовин має становити від 0,1% до 1%. У цей час поверхневий натяг водного розчину можна зменшити лише до 30–35 дин/см (1 дин = 10-3 Н/м). Коли кількість поверхнево-активної речовини зв’язку вуглець-фтор становить від 0,005% до 0,1%, поверхневий натяг водного розчину може бути знижений нижче 20 дин/см. Крім того, фторовані поверхнево-активні речовини також демонструють хорошу поверхневу активність в органічних розчинниках, особливо після введення N-заміщеного перфтороктанаміду, який може зменшити поверхневий натяг вуглеводневих ацетиленових розчинників на 5-15 дин/см. Чудова термічна стабільність і хімічна інертність, які демонструють фторовані поверхнево-активні речовини, в основному зумовлені заміною гідрофобної групи вуглець-водневого ланцюга на гідрофобну групу фторвуглецевого ланцюга. Оскільки енергія зв’язку C-F (116 ккал/моль) більша, ніж енергія зв’язку C-H (99,5 ккал/моль), зв’язок C-F більш стабільний, ніж зв’язок C-H, і його нелегко розірвати. Крім того, оскільки атом фтору більший за атом водню, зв’язок C-C захищений екрануючим ефектом атома фтору, так що спочатку не дуже висока енергія зв’язку C-C також стабілізується. Завдяки цьому фторована поверхнево-активна речовина має хімічну та термічну стабільність, яких не має вуглецево-воднева поверхнево-активна речовина. Наприклад: температура використання C9F17OC6H4SO3K може становити близько 300°C, тоді як проміжний продукт C9H17OC6H5 обробляється при 80°C у 50% сірчаній кислоті або 25% водному розчині гідроксиду натрію протягом 48 годин без розкладання.

Дослідження показали, що висока поверхнева активність фторованих поверхнево-активних речовин зумовлена ​​малими ван-дер-ваальсовими силами між їхніми молекулами. Напруга, необхідна для переміщення молекул поверхнево-активної речовини з водного розчину на поверхню розчину, невелика, що призводить до великого накопичення молекул поверхнево-активної речовини на поверхні розчину, утворюючи сильну поверхневу адсорбцію. Ці сполуки не тільки мають невелику спорідненість до води, але також мають невелику спорідненість до вуглеводнів. Таким чином, вони формують як гідрофобні, так і олеофобні характеристики, але їхній вплив на межфазний натяг на поверхні розділу масло/вода не є сильним. Якщо фторовані поверхнево-активні речовини використовуються в поєднанні з вуглеводневими поверхнево-активними речовинами, фторовані поверхнево-активні речовини можуть бути вибірково адсорбовані на поверхні води для зменшення поверхневого натягу; тоді як вуглеводневі поверхнево-активні речовини можуть бути адсорбовані на межі розділу масло/вода, щоб зменшити міжфазний натяг, що неминуче покращить змочуваність водного розчину.

II. Застосування фторованих ПАР

З огляду на характеристики фторованих поверхнево-активних речовин, вони мають широке застосування в деяких областях, особливо в промисловій сфері. Його основні застосування такі:

(1) Розсіюваність

Фторовані поверхнево-активні речовини можуть бути використані як диспергатори під час дисперсійної полімеризації різних фторсмол. Фторовані поверхнево-активні речовини використовуються як диспергатори в емульсійно-дисперсійній полімеризації фторованих мономерів, таких як тетрафторетилен, трифторхлоретилен і вініліденфторид. У гальванічних добавках, очисних засобах та інших засобах для обробки поверхонь можна використовувати їх високу здатність до диспергування.

(2) Зневоднення, відокремлювач

Фторовані поверхнево-активні речовини мають хороші дегідратаційні властивості, що дуже корисно для дегідратації поверхні деяких типів декоративних покриттів. Фторовані поверхнево-активні речовини також можна використовувати як розділові агенти, які не тільки мають хороші властивості звільнення для термопластичних полімерів, але також мають чудові властивості звільнення для термореактивних полімерів і еластомерів силіконового каучуку, і немає забруднення заготовки після звільнення, яку можна безпосередньо піддати вторинній обробці (наприклад, друку, фарбування, склеювання тощо), і можна використовувати кілька разів після одного використання. Відділювач, виготовлений із фторованих поверхнево-активних речовин, поступово сформував серійний продукт, який включає типи на основі розчинників і на основі води. Його можна використовувати не тільки в промисловості переробки органічних полімерних еластомерів, а й у промисловості обробки твердих тіл (таких як тягання міді, сталевих труб, пресування, штампування деталей лиття під тиском тощо). Зараз фторовані (високоефективні) антиадгезиви отримали високу оцінку користувачів у пластмасовій, гумовій та інших галузях обробки.

(3) Антистатик

Антистатик, виготовлений на основі фторованих поверхнево-активних речовин, поєднує миючі та пилозахисні функції. Після випробування відповідними відділами: після обробки поверхні основи ПВХ-листів її поверхневий опір падає з початкових 1012 Ом до 108 Ом. Це значно зменшує явище, коли поверхня основи листа легко притягує пил через статичну електрику. Використання таких антистатичних засобів для очищення поверхні барабана та магнітної головки у відеореєстраторі має набагато кращий ефект, ніж звичайні очисники чи чистячі стрічки, і може продовжити термін служби барабана та магнітної головки. Після очищення гучність звуку плівки або щільного запису можна збільшити на 3 дБ під час відтворення. Використовуючи такі антистатики, побутову техніку, пластикові вироби, екрани телевізорів та інші високоякісні меблі та точні інструменти також можна очистити та захистити від пилу без побічних ефектів.

(4) Вирівнювач

Після додавання невеликої кількості поверхнево-активної речовини до таких продуктів, як пігменти та покриття, це може запобігти затвердінню, покращити дисперсійність. Додавання його до фарб і чорнила може зменшити їх поверхневий натяг, покращити змочуваність, запобігти утворенню бульбашок і зробити колір більш однорідним.

(5) Інші програми

Додавання фторованих поверхнево-активних речовин до воску для підлоги може покращити блиск підлоги, підвищити її зносостійкість і захист від забруднення. Фторовані поверхнево-активні речовини також можуть бути використані для допоміжних засобів вилучення нафти, збирання нафти на поверхні моря, інгібіторів корозії металів і засобів для обробки металевого блиску.