Каковы характеристики и области применения фторированных ПАВ?

2025-03-25 07:36:57

I. Характеристики фторсодержащих ПАВ.

Фторированные поверхностно-активные вещества (сокращенно ФС) представляют собой особый тип поверхностно-активных веществ, который в последние годы постепенно стал коммерциализироваться. В отличие от обычных поверхностно-активных веществ, фторированные поверхностно-активные вещества в основном используют перфторалкильные или перфторвинильные группы или частично фторированные алкильные группы в качестве гидрофобной части поверхностно-активного вещества, а затем при необходимости вводят соответствующие связывающие группы и гидрофильные группы. В зависимости от природы гидрофильной группы можно получить различные серии фторсодержащих поверхностно-активных веществ, такие как анионные, катионные, неионогенные и амфотерные типы.

Благодаря особой структуре фторированных ПАВ атомы фтора замещают атомы водорода в гидрофобной группе обычных ПАВ, трансформируя структуру связей C-H в связи C-F. Таким образом, он демонстрирует некоторые превосходные свойства, уникальные для фторуглеродов, и обладает как гидрофобными, так и олеофобными характеристиками. Высокая поверхностная активность фторированных ПАВ обусловлена ​​чрезвычайно сильной гидрофобностью их молекулярных связей углерод-фтор и меньшей внутренней молекулярной когезией. Он может снизить поверхностное натяжение воды до очень низкого значения, при этом используемая концентрация очень мала. Обычно концентрация поверхностно-активных веществ с углеродно-водородной цепью должна составлять от 0,1% до 1%. В это время поверхностное натяжение водного раствора можно снизить только до 30–35 дин/см (1 дин = 10-3 Н/м). Когда количество поверхностно-активного вещества, связанного углерод-фтор, составляет от 0,005% до 0,1%, поверхностное натяжение водного раствора может быть снижено до уровня ниже 20 дин/см. Кроме того, фторированные ПАВ проявляют также хорошую поверхностную активность в органических растворителях, особенно после введения N-замещенного перфтороктанамида, что позволяет снизить поверхностное натяжение углеводородных ацетиленовых растворителей на 5-15 дин/см. Превосходная термическая стабильность и химическая инертность, демонстрируемые фторированными поверхностно-активными веществами, обусловлены главным образом заменой гидрофобной группы углерод-водородной цепи на гидрофобную группу фторуглеродной цепи. Поскольку энергия связи CF (116 ккал/моль) больше, чем у связи CH (99,5 ккал/моль), связь CF более стабильна, чем связь CH, и ее нелегко разорвать. Кроме того, поскольку атом фтора больше атома водорода, связь CC защищена экранирующим эффектом атома фтора, так что первоначально не очень высокая энергия связи CC также стабилизируется. Это придает фторированному поверхностно-активному веществу химическую стабильность и термическую стабильность, которой нет у углеродно-водородного поверхностно-активного вещества. Например: температура использования C9F17OC6H4SO3K может составлять около 300°C, тогда как промежуточный продукт C9H17OC6H5 обрабатывается при 80°C в 50% серной кислоте или 25% водном растворе гидроксида натрия в течение 48 часов без разложения.

Исследования показали, что высокая поверхностная активность фторированных ПАВ обусловлена ​​малыми силами Ван-дер-Ваальса между их молекулами. Натяжение, необходимое для перемещения молекул ПАВ из водного раствора на поверхность раствора, невелико, что приводит к большому скоплению молекул ПАВ на поверхности раствора, образуя сильную поверхностную адсорбцию. Эти соединения не только имеют небольшое сродство к воде, но также имеют небольшое сродство к углеводородам. Следовательно, они образуют как гидрофобные, так и олеофобные характеристики, но их влияние на межфазное натяжение границы раздела масло/вода не является сильным. Если фторированные поверхностно-активные вещества используются в сочетании с углеводородными поверхностно-активными веществами, фторированные поверхностно-активные вещества могут избирательно адсорбироваться на поверхности воды, чтобы уменьшить поверхностное натяжение; в то время как углеводородные поверхностно-активные вещества могут быть адсорбированы на границе раздела масло/вода для снижения межфазного натяжения, что неизбежно улучшит смачиваемость водного раствора.

II. Применение фторированных поверхностно-активных веществ

Учитывая характеристики фторированных поверхностно-активных веществ, они имеют широкое применение в некоторых областях, особенно в промышленной сфере. Его основные области применения заключаются в следующем:

(1) Дисперсность

Фторированные ПАВ можно использовать в качестве диспергаторов при дисперсионной полимеризации различных фторсодержащих смол. Фторированные поверхностно-активные вещества используются в качестве диспергаторов при эмульсионной дисперсионной полимеризации фторированных мономеров, таких как тетрафторэтилен, трифторхлорэтилен и винилиденфторид. В гальванических добавках, чистящих средствах и других средствах для обработки поверхности можно использовать их высокую диспергируемость.

(2) Обезвоживание, разделительный агент

Фторированные поверхностно-активные вещества обладают хорошими обезвоживающими свойствами, что очень полезно при обезвоживании поверхности некоторых типов декоративных покрытий. Фторированные поверхностно-активные вещества также могут использоваться в качестве разделительных агентов, которые не только обладают хорошими разделительными свойствами для термопластичных полимеров, но также обладают отличными разделительными свойствами для термореактивных полимеров и эластомеров силиконового каучука, а также не загрязняют заготовку после выпуска, которая может быть непосредственно подвергнута вторичной обработке (например, печати, покраске, склеиванию и т. д.) и может использоваться несколько раз после одного использования. Разделительный агент, приготовленный из фторированных поверхностно-активных веществ, постепенно превратился в серийный продукт, который включает типы на основе растворителей и воды. Его можно использовать не только в перерабатывающей промышленности органических полимерных эластомеров, но и в перерабатывающей промышленности твердых тел (таких как медь, волочение стальных труб, прессование, литье под давлением, штамповка деталей и т. д.). В настоящее время фторированные (высокоэффективные) разделительные средства получили высокую оценку пользователей в пластмассовой, резиновой и других перерабатывающих отраслях.

(3) Антистатический агент

Антистатик, приготовленный на основе фторсодержащих ПАВ, сочетает в себе чистящую и пылезащитную функции. После испытаний соответствующими отделами: после обработки поверхности основания из листового ПВХ его поверхностное сопротивление падает с исходных 1012 Ом до 108 Ом. Это значительно снижает вероятность того, что поверхность листового основания легко притягивает пыль из-за статического электричества. Использование таких антистатиков для очистки поверхности барабана и магнитной головки видеорегистратора дает гораздо лучший эффект, чем обычные чистящие средства или чистящие ленты, и позволяет продлить срок службы барабана и магнитной головки. После очистки громкость звука фильма или плотной пластинки при воспроизведении можно увеличить на 3 дБ. С помощью таких антистатиков бытовая техника, пластиковые изделия, экраны телевизоров и другая высококачественная мебель и точные инструменты также могут быть очищены и защищены от пыли без побочных эффектов.

(4) Выравниватель

После добавления небольшого количества поверхностно-активного вещества в такие продукты, как пигменты и покрытия, оно может предотвратить затвердевание и улучшить диспергируемость. Добавление его в краски и чернила позволяет снизить их поверхностное натяжение, улучшить смачиваемость, предотвратить образование пузырьков и сделать цвет более однородным.

(5) Другие приложения

Добавление фторсодержащих поверхностно-активных веществ в воск для пола может улучшить блеск пола, повысить его износостойкость и свойства защиты от загрязнения. Фторированные поверхностно-активные вещества также могут использоваться в качестве средств нефтедобычи, нефтесборщиков на поверхности моря, ингибиторов коррозии металлов и средств для придания блеска металлам.