Wat zijn de kenmerken en toepassingsgebieden van gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen?

2025-03-25 07:36:57

I. Kenmerken van gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen

Gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen (afgekort als FS) zijn een speciaal type oppervlakteactieve stoffen die de afgelopen jaren geleidelijk op de markt zijn gekomen. In tegenstelling tot gewone oppervlakteactieve stoffen gebruiken gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen voornamelijk perfluoralkyl- of perfluorvinylgroepen, of gedeeltelijk gefluoreerde alkylgroepen als het hydrofobe deel van de oppervlakteactieve stof, en introduceren vervolgens indien nodig geschikte verbindingsgroepen en hydrofiele groepen. Afhankelijk van de aard van de hydrofiele groep kunnen verschillende series gefluoreerde oppervlakteactieve producten, zoals anionische, kationische, niet-ionische en amfotere typen, worden bereid.

Vanwege de speciale structuur van gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen vervangen fluoratomen de waterstofatomen van de hydrofobe groep van gewone oppervlakteactieve stoffen, waardoor de structuur van C-H-bindingen wordt omgezet in C-F-bindingen. Daarom vertoont het enkele uitstekende eigenschappen die uniek zijn voor fluorkoolwaterstoffen, en heeft het zowel hydrofobe als oleofobe eigenschappen. De hoge oppervlakteactiviteit van gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen hangt af van de extreem sterke hydrofobiciteit van hun moleculaire koolstof-fluorbindingen en de lagere interne moleculaire cohesie. Het kan de oppervlaktespanning van water tot een zeer lage waarde verlagen, terwijl de gebruikte concentratie zeer klein is. Over het algemeen moet de toepassingsconcentratie van oppervlakteactieve stoffen in de koolstof-waterstofketen tussen 0,1% en 1% liggen. Op dit moment kan de oppervlaktespanning van de waterige oplossing slechts worden verlaagd tot 30 tot 35dyn/cm (1dyn = 10-3N/m). Wanneer de hoeveelheid oppervlakteactieve stof tussen koolstof en fluorbinding tussen 0,005% en 0,1% ligt, kan de oppervlaktespanning van de waterige oplossing worden verlaagd tot minder dan 20 dyn/cm. Bovendien vertonen gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen ook een goede oppervlakteactiviteit in organische oplosmiddelen, vooral na de introductie van N-gesubstitueerd perfluoroctaanamide, dat de oppervlaktespanning van koolwaterstofacetyleenoplosmiddelen met 5 tot 15 dyn/cm kan verminderen. De uitstekende thermische stabiliteit en chemische inertheid die gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen vertonen, zijn hoofdzakelijk te wijten aan de vervanging van de hydrofobe groep van de koolstof-waterstofketen door de hydrofobe groep van de fluorkoolstofketen. Omdat de bindingsenergie van C-F-binding (116 kcal/mol) groter is dan die van C-H-binding (99,5 kcal/mol), is de C-F-binding stabieler dan de C-H-binding en is deze niet gemakkelijk te verbreken. Omdat het fluoratoom groter is dan het waterstofatoom, wordt de C-C-binding bovendien beschermd door de afschermende werking van het fluoratoom, zodat ook de oorspronkelijk niet erg hoge bindingsenergie van de C-C-binding wordt gestabiliseerd. Dit zorgt ervoor dat de gefluoreerde oppervlakteactieve stof een chemische stabiliteit en thermische stabiliteit heeft die de oppervlakteactieve koolstof-waterstof niet heeft. Bijvoorbeeld: de gebruikstemperatuur van C9F17OC6H4SO3K kan rond de 300°C liggen, terwijl het tussenproduct C9H17OC6H5 gedurende 48 uur bij 80°C in een waterige oplossing van 50% zwavelzuur of 25% natriumhydroxide wordt behandeld zonder ontleding.

Studies hebben aangetoond dat de hoge oppervlakteactiviteit van gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen te wijten is aan de kleine van der Waals-krachten tussen hun moleculen. De spanning die nodig is om de oppervlakteactieve moleculen van de waterige oplossing naar het oplossingsoppervlak te laten bewegen is klein, wat resulteert in een grote ophoping van oppervlakteactieve moleculen op het oplossingsoppervlak, waardoor een sterke oppervlakteadsorptie ontstaat. Deze verbindingen hebben niet alleen een kleine affiniteit voor water, maar ook een kleine affiniteit voor koolwaterstoffen. Daarom vormen ze zowel hydrofobe als oleofobe kenmerken, maar hun effect op de grensvlakspanning van het olie/water-grensvlak is niet sterk. Als gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen worden gebruikt in combinatie met oppervlakteactieve koolwaterstoffen, kunnen gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen selectief worden geadsorbeerd aan het wateroppervlak om de oppervlaktespanning te verminderen; terwijl oppervlakteactieve koolwaterstoffen kunnen worden geadsorbeerd op het olie/water-grensvlak om de grensvlakspanning te verminderen, wat onvermijdelijk de bevochtigbaarheid van de waterige oplossing zal verbeteren.

II. Toepassing van gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen

Met het oog op de kenmerken van gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen zijn ze op sommige terreinen sterk toepasbaar, vooral op industrieel gebied. De belangrijkste toepassingen zijn als volgt:

(1) Dispergeerbaarheid

Gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen kunnen worden gebruikt als dispergeermiddelen tijdens de dispersiepolymerisatie van verschillende fluorharsen. Gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen worden gebruikt als dispergeermiddelen bij de emulsiedispersiepolymerisatie van gefluoreerde monomeren zoals tetrafluorethyleen, trifluorchloorethyleen en vinylideenfluoride. In galvaniseeradditieven, reinigingsmiddelen en andere oppervlaktebehandelingsmiddelen kan hun hoge dispergeerbaarheid worden benut.

(2) Uitdroging, lossingsmiddel

Gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen hebben goede dehydratatie-eigenschappen, wat zeer nuttig is voor de dehydratatiebehandeling van het oppervlak van sommige soorten decoratieve platen. Gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen kunnen ook worden gebruikt als lossingsmiddelen, die niet alleen goede lossingseigenschappen hebben voor thermoplastische polymeren, maar ook uitstekende lossingseigenschappen hebben voor thermohardende polymeren en Siliconenrubberelastomeren, en er is geen vervuiling van het werkstuk na lossing, die direct kunnen worden onderworpen aan secundaire bewerkingen (zoals bedrukken, verven, plakken, enz.), en na één gebruik meerdere keren kunnen worden gebruikt. Het lossingsmiddel, bereid uit gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen, heeft geleidelijk een serieproduct gevormd, dat zowel op oplosmiddelbasis als op waterbasis omvat. Het kan niet alleen worden gebruikt in de verwerkende industrie van organische polymeerelastomeren, maar ook in de verwerkende industrie van stijve lichamen (zoals koper, trekken van stalen buizen, persen, spuitgieten van onderdelen, stempelen, enz.). Momenteel worden gefluoreerde (zeer efficiënte) lossingsmiddelen zeer geprezen door gebruikers in de plastic-, rubber- en andere verwerkende industrieën.

(3) Antistatisch middel

Het antistatische middel, bereid uit gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen, combineert reinigende en stofdichte functies. Na testen door relevante afdelingen: Nadat het oppervlak van de PVC-plaatbasis is behandeld, daalt de oppervlakteweerstand van de oorspronkelijke 1012Ω naar 108Ω. Dit vermindert aanzienlijk het fenomeen dat het oppervlak van de plaatbasis gemakkelijk stof aantrekt als gevolg van statische elektriciteit. Het gebruik van dergelijke antistatische middelen om het oppervlak van de trommel en de magneetkop in de videorecorder te reinigen heeft een veel beter effect dan algemene schoonmaakmiddelen of reinigingsbanden, en kan de levensduur van de trommel en de magneetkop verlengen. Na het reinigen kan het geluidsvolume van de film of dichte plaat tijdens het afspelen met 3dB worden verhoogd. Met behulp van dergelijke antistatische middelen kunnen huishoudelijke apparaten, plastic producten, tv-schermen en andere hoogwaardige meubels en precisie-instrumenten ook zonder bijwerkingen worden gereinigd en stofdicht worden gemaakt.

(4) Egaliseermiddel

Na het toevoegen van een kleine hoeveelheid oppervlakteactieve stof aan producten zoals pigmenten en coatings, kan het stolling voorkomen en de dispergeerbaarheid verbeteren. Door het aan verven en inkten toe te voegen, kan de oppervlaktespanning ervan worden verlaagd, de bevochtigbaarheid worden verbeterd, belvorming worden voorkomen en de kleur uniformer worden.

(5) Andere toepassingen

Het toevoegen van gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen aan vloerwas kan de glans van de vloer verbeteren, de slijtvastheid verhogen en de anti-vervuilingseigenschappen vergroten. Gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen kunnen ook worden gebruikt voor hulpmiddelen voor het terugwinnen van olie, oliecollectoren op het zeeoppervlak, remmers van metaalcorrosie en middelen voor het behandelen van metaalglans.