Які характеристики та області застосування фторповерхнево-активних речовин?

2025-04-09 08:47:51

I. Характеристика фторповерхнево-активних речовин

Фторповерхнево-активні речовини (скорочено FS) - це поверхнево-активні речовини зі спеціальними властивостями, які поступово комерціалізуються в останні роки. На відміну від звичайних ПАР, фторповерхнево-активні речовини в основному використовують перфторалкільні, перфторалкенільні або частково фторовані алкільні групи як гідрофобну частину ПАР. Потім при необхідності вводять відповідні зв'язувальні групи та гідрофільні групи. Відповідно до природи гідрофільних груп отримують різні серії продуктів фторповерхнево-активної речовини, такі як аніонні, катіонні, неіонні та амфотерні.

Завдяки особливій структурі фторповерхнево-активних речовин атоми фтору заміщають атоми водню на гідрофобних групах звичайних поверхнево-активних речовин, перетворюючи структуру зв'язку C - H у форму зв'язку C - F. Таким чином, він демонструє деякі відмінні властивості, унікальні для фторвуглеців, і в той же час він має характеристики як гідрофобності, так і олеофобності. Висока поверхнева активність фторповерхнево-активних речовин залежить від надзвичайно сильної гідрофобності вуглець-фторних зв'язків у їхніх молекулах і низької міжмолекулярної когезії. Він може знизити поверхневий натяг води до дуже низького значення, використовуючи дуже малу концентрацію. Зазвичай концентрація поверхнево-активних речовин із вуглеводневим ланцюгом 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 дозування поверхнево-активних речовин із фторвуглецевим ланцюгом становить від 0,005% до 0,1%, поверхневий натяг водного розчину може бути зменшений до менш ніж 20 дин/см. Крім того, фторповерхнево-активні речовини також демонструють хорошу поверхневу активність в органічних розчинниках. Особливо, коли вводиться N-заміщений перфтороктамід, він може зменшити поверхневий натяг вуглеводневих розчинників на 5-15 дин/см. Відмінна термічна стабільність і хімічна інертність, яку демонструють фторповерхнево-активні речовини, головним чином пояснюється тим, що після заміни гідрофобної групи фторвуглецевого ланцюга на гідрофобну групу вуглеводневого 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 є більш стабільним, ніж зв’язок C–H, і не легко зламати. Крім того, після того, як атоми фтору замінюють атоми водню, завдяки більшому об’єму атомів фтору, ніж атомів водню, зв’язок C-C захищається екрануючим ефектом атомів фтору, так що зв’язок C-C з початково не надто високою енергією також стабілізується. Таким чином, фторповерхнево-активні речовини мають хімічну стабільність і термічну стабільність, яких не мають вуглеводневі поверхнево-активні речовини. Наприклад, температура використання C₉F₁₇OC₆H₄SO₃K може становити близько 300 °C, а проміжна сполука C₉H₁₇OC₆H₅ цієї сполуки не розкладається під час обробки в 50% сірчаній кислоті або 25% водному розчині гідроксиду натрію при 80 °C протягом 48 годин.

Дослідження показують, що висока поверхнева активність фторповерхнево-активних речовин зумовлена ​​невеликою силою Ван-дер-Ваальса між їхніми молекулами. Напруга, необхідна для переміщення молекул поверхнево-активної речовини з водного розчину на поверхню розчину, невелика, що призводить до великомасштабної агрегації молекул поверхнево-активної речовини на поверхні розчину, утворюючи сильну поверхневу адсорбцію. І такі сполуки не тільки мають низьку спорідненість до води, але й низьку спорідненість до вуглеводнів. Таким чином, вони формують характеристики як гідрофобні, так і олеофобні. Однак його вплив на межфазний натяг на межі розділу масло/вода не є сильним. Якщо фторповерхнево-активні речовини використовуються в поєднанні з вуглеводневими поверхнево-активними речовинами, фторповерхнево-активні речовини можуть бути вибірково адсорбовані на поверхні води, щоб зменшити поверхневий натяг, тоді як вуглеводневі поверхнево-активні речовини можуть бути адсорбовані на поверхні розділу масло/вода, щоб зменшити міжфазний натяг. Це, безумовно, покращить змочуваність водного розчину.

II. Застосування фторповерхнево-активних речовин

Враховуючи характеристики фторповерхнево-активних речовин, вони мають широке застосування в певних галузях, особливо в промисловій сфері з різним використанням. Основні програми:

(1) Розсіюваність

Фторповерхнево-активні речовини можуть бути використані як диспергатори в дисперсійній полімеризації різних фторопластів. Фторповерхнево-активні речовини використовуються як диспергатори в емульсійно-дисперсійній полімеризації фторвмісних мономерів, таких як тетрафторетилен, хлортрифторетилен і вініліденфторид. Їх високу здатність до диспергування можна використовувати в засобах для обробки поверхонь, таких як добавки для гальванічного покриття та засоби для чищення.

(2) Зневоднювачі та відокремлювачі

Фторповерхнево-активні речовини мають гарну водовідштовхувальну здатність, що дуже корисно для дегідратації поверхні деяких типів декоративних покриттів. Фторповерхнево-активні речовини також можна використовувати як антиадгезиви. Вони не тільки мають хороші властивості звільнення для термопластичних полімерів, але також мають відмінні властивості звільнення для термореактивних полімерів і силіконовмісних гумових еластомерів. І немає ніякого забруднення на деформованих заготовках, і вторинна обробка (така як друк, фарбування, склеювання тощо) може бути здійснена безпосередньо, і багаторазове виймання може бути досягнуто за допомогою одного використання. Розділювальні агенти, виготовлені з фторповерхнево-активних речовин, поступово сформували серію продуктів, включаючи 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 волочіння мідних і сталевих труб, пресування штифтів, штампування лиття під тиском тощо). В даний час фторвмісні (високоефективні) розділові агенти отримали високу оцінку користувачів у промисловості обробки пластмас і гуми.

(3) Антистатики

Антистатик, виготовлений із фторповерхнево-активних речовин, який поєднує очисну та пилозахисну функції, був протестований відповідними відділами: після обробки поверхні плівки з ПВХ основи її поверхневий опір знижується з початкових 10¹² Ω до 10⁸ Ω. У результаті явище легкого поглинання пилу через статичну електрику на поверхні основи плівки значно зменшується. Використання цього типу антистатичного засобу для очищення поверхні магнітного барабана та магнітної головки у відеомагнітофоні має набагато кращий ефект, ніж звичайні засоби для чищення або чистячі стрічки, і може подовжити термін служби магнітного барабана та магнітної головки. Після очищення плівки чи фонографічного запису під час відтворення можна збільшити гучність на 3 дБ. Цей тип антистатика також можна використовувати для очищення поверхонь і захисту від пилу побутової техніки, пластикових виробів, екранів телевізорів та інших високоякісних меблів і точних інструментів без побічних ефектів.

(4) Вирівнювачі

Додавання невеликої кількості поверхнево-активних речовин до таких продуктів, як пігменти та покриття, може запобігти затвердінню, покращити здатність до диспергування. Додавання їх до покриттів і чорнила може зменшити їх поверхневий натяг, покращити змочуваність, запобігти утворенню бульбашок і зробити колір більш рівномірним.

(5) Інші програми

Додавання фторповерхнево-активних речовин до воску для підлоги може покращити блиск підлоги, підвищити її зносостійкість і властивості проти забруднення. Фтороповерхнево-активні речовини також можуть бути використані як допоміжні засоби для видобутку нафти, агенти збору нафти на поверхні моря, консерванти металів, агенти для обробки металевого блиску тощо.