Wat zijn de kenmerken en toepassingsgebieden van fluorsurfactanten?

2025-04-09 08:47:51

I. Kenmerken van fluoroppervlakteactieve stoffen

Fluorosurfactants (afgekort als FS) zijn oppervlakteactieve stoffen met bijzondere eigenschappen die de afgelopen jaren geleidelijk op de markt zijn gekomen. Anders dan gewone oppervlakteactieve stoffen, gebruiken fluorsurfactanten voornamelijk perfluoralkyl-, perfluoralkenyl- of gedeeltelijk gefluoreerde alkylgroepen als het hydrofobe deel van de oppervlakteactieve stof. Vervolgens worden indien nodig geschikte verbindingsgroepen en hydrofiele groepen geïntroduceerd. Afhankelijk van de aard van de hydrofiele groepen worden verschillende series fluorsurfactantproducten, zoals respectievelijk anionische, kationische, niet-ionische en amfotere typen, bereid.

Vanwege de speciale structuur van fluoroppervlakteactieve stoffen vervangen fluoratomen de waterstofatomen op de hydrofobe groepen van gewone oppervlakteactieve stoffen, waardoor de structuur van de C - H-binding wordt omgezet in de C - F-bindingsvorm. Daarom vertoont het een aantal uitstekende eigenschappen die uniek zijn voor fluorkoolwaterstoffen, en tegelijkertijd heeft het de kenmerken dat het zowel hydrofoob als oleofoob is. De hoge oppervlakteactiviteit van fluorsurfactanten hangt af van de extreem sterke hydrofobiciteit van de koolstof-fluorbindingen in hun moleculen en de lage intermoleculaire cohesie. Het kan de oppervlaktespanning van water tot een zeer lage waarde verlagen bij gebruik van een zeer kleine concentratie. Over het algemeen moet de toepassingsconcentratie van oppervlakteactieve stoffen met koolwaterstofketen tussen 0,1% en 1% liggen. Op dit moment kan de oppervlaktespanning van de waterige oplossing slechts worden verlaagd tot 30 - 35 dyn/cm (1 dyn = 10⁻³ N/m). Wanneer de dosering van oppervlakteactieve stoffen met een fluorkoolstofketen tussen 0,005% en 0,1% ligt, kan de oppervlaktespanning van de waterige oplossing worden verlaagd tot minder dan 20 dyn/cm. Bovendien vertonen fluorsurfactanten ook een goede oppervlakteactiviteit in organische oplosmiddelen. Vooral wanneer N-gesubstitueerd perfluoroctamide wordt geïntroduceerd, kan dit de oppervlaktespanning van koolwaterstofoplosmiddelen met 5 - 15 dyn/cm verlagen. De uitstekende thermische stabiliteit en chemische inertheid die fluorsurfactanten vertonen, zijn voornamelijk te danken aan het feit dat nadat de hydrofobe groep met de fluorkoolstofketen de hydrofobe groep met de koolwaterstofketen vervangt, aangezien de bindingsenergie van de C-F-binding (116 kcal/mol) groter is dan die van de C-H-binding (99,5 kcal/mol), de C-F-binding stabieler is dan de C-H-binding en niet gemakkelijk te verbreken is. Ook wordt, nadat fluoratomen waterstofatomen vervangen, vanwege het grotere volume fluoratomen dan waterstofatomen, de C - C binding beschermd door de afschermende werking van fluoratomen, zodat ook de C - C binding met oorspronkelijk niet al te hoge bindingsenergie wordt gestabiliseerd. Fluorsurfactanten hebben dus een chemische stabiliteit en thermische stabiliteit die koolwaterstofsurfactanten niet hebben. De gebruikstemperatuur van C₉F₁₇OC₆H₄SO₃K kan bijvoorbeeld rond de 300 °C liggen, en het tussenproduct C₉H₁₇OC₆H₅ van deze verbinding zal niet ontleden wanneer het gedurende 48 uur bij 80 °C wordt behandeld met 50% zwavelzuur of 25% natriumhydroxide in water.

Onderzoek toont aan dat de hoge oppervlakteactiviteit van fluorsurfactanten te wijten is aan de kleine van der Waals-kracht tussen hun moleculen. De spanning die nodig is om oppervlakteactieve moleculen van de waterige oplossing naar het oplossingsoppervlak te bewegen is klein, wat resulteert in een grootschalige aggregatie van oppervlakteactieve moleculen op het oplossingsoppervlak, waardoor een sterke oppervlakteadsorptie ontstaat. En dergelijke verbindingen hebben niet alleen een lage affiniteit voor water, maar ook een lage affiniteit voor koolwaterstoffen. Daarom vormen ze de kenmerken dat ze zowel hydrofoob als oleofoob zijn. Het effect ervan op de grensvlakspanning op het grensvlak olie/water is echter niet sterk. Als fluorsurfactanten worden gebruikt in combinatie met koolwaterstofsurfactanten, kunnen fluorsurfactanten selectief worden geadsorbeerd aan het wateroppervlak om de oppervlaktespanning te verminderen, terwijl koolwaterstofsurfactanten kunnen worden geadsorbeerd op het olie/watergrensvlak om de grensvlakspanning te verminderen. Dit zal zeker de bevochtigbaarheid van de waterige oplossing verbeteren.

II. Toepassingen van fluoroppervlakteactieve stoffen

Gezien de kenmerken van fluoroppervlakteactieve stoffen zijn ze op bepaalde gebieden sterk toepasbaar, vooral op industrieel gebied met verschillende toepassingen. De belangrijkste toepassingen zijn als volgt:

(1) Dispergeerbaarheid

Fluoroppervlakteactieve stoffen kunnen worden gebruikt als dispergeermiddelen bij de dispersiepolymerisatie van verschillende fluorharsen. Fluorosurfactanten worden gebruikt als dispergeermiddelen in de emulsie-dispersiepolymerisatie van fluor-bevattende monomeren zoals tetrafluorethyleen, chloortrifluorethyleen en vinylideenfluoride. Hun hoge dispergeerbaarheid kan worden gebruikt in oppervlaktebehandelingsmiddelen zoals galvaniseeradditieven en reinigingsmiddelen.

(2) Dehydraterende en lossingsmiddelen

Fluorosurfactanten hebben een goede waterafstotendheid, wat zeer nuttig is bij de dehydratatiebehandeling van het oppervlak van sommige soorten decoratieve platen. Fluoroppervlakteactieve stoffen kunnen ook als lossingsmiddelen worden gebruikt. Ze hebben niet alleen goede lossingseigenschappen voor thermoplastische polymeren, maar hebben ook uitstekende lossingseigenschappen voor thermohardende polymeren en siliconenhoudende rubberelastomeren. En er is geen vervuiling op de ontvormde werkstukken, en secundaire verwerking (zoals bedrukken, schilderen, plakken, enz.) kan direct worden uitgevoerd, en meerdere ontkistingen kunnen met één enkel gebruik worden bereikt. Losmiddelen bereid uit fluorsurfactanten hebben geleidelijk een reeks producten gevormd, waaronder op oplosmiddel gebaseerde en op water gebaseerde typen. Het kan niet alleen worden gebruikt in de verwerkende industrie van organische polymeerelastomeren, maar ook in de verwerkende industrie van stijve lichamen (zoals het trekken van koperen en stalen buizen, het persen van pennen, het stempelen van spuitgietstukken, enz.). Momenteel worden fluorhoudende (hoogefficiënte) lossingsmiddelen zeer geprezen door gebruikers in de verwerkende industrie van kunststoffen en rubbers.

(3) Antistatische middelen

Het antistatische middel, bereid uit fluorsurfactanten, dat reinigende en stofdichte functies combineert, is getest door relevante afdelingen: na oppervlaktebehandeling van de PVC-filmbasis is de oppervlakteweerstand verminderd van de oorspronkelijke 10¹² Ω naar 10⁸ Ω. Als gevolg hiervan wordt het fenomeen van gemakkelijke stofabsorptie als gevolg van statische elektriciteit op het filmbasisoppervlak aanzienlijk verminderd. Het gebruik van dit type antistatisch middel om het oppervlak van de magneettrommel en magneetkop in een videorecorder te reinigen heeft een veel beter effect dan gewone schoonmaakmiddelen of reinigingsbanden en kan de levensduur van de magneettrommel en magneetkop verlengen. Na het schoonmaken van de film of grammofoonplaat kan het volume tijdens het afspelen met 3 dB worden verhoogd. Dit type antistatisch middel kan zonder bijwerkingen ook worden gebruikt voor het reinigen van oppervlakken en het stofvrij maken van huishoudelijke apparaten, plastic producten, tv-schermen en andere hoogwaardige meubels en precisie-instrumenten.

(4) Egalisatiemiddelen

Het toevoegen van een kleine hoeveelheid oppervlakteactieve stoffen aan producten zoals pigmenten en coatings kan stolling voorkomen en de dispergeerbaarheid verbeteren. Door ze aan coatings en inkten toe te voegen, kan de oppervlaktespanning ervan worden verlaagd, de bevochtigbaarheid worden verbeterd, het ontstaan ​​van belletjes worden voorkomen en de kleur uniformer worden.

(5) Andere toepassingen

Het toevoegen van fluorsurfactanten aan vloerwas kan de glans van de vloer verbeteren, de slijtvastheid verhogen en de antivervuilingseigenschappen vergroten. Fluorosurfactanten kunnen ook worden gebruikt als hulpstoffen voor oliewinning, olieopvangmiddelen op het zeeoppervlak, metaalconserveringsmiddelen en middelen voor de behandeling van metaalglans, enz.