Quais são as características e campos de aplicação dos surfactantes fluorados?

2025-03-25 07:36:57

I. Características dos Surfactantes Fluorados

Os Surfactantes fluorados (abreviados como FS) são um tipo especial de surfactante que tem sido gradualmente comercializado nos últimos anos. Ao contrário dos surfactantes comuns, os surfactantes fluorados usam principalmente grupos perfluoroalquil ou perfluorovinil, ou grupos alquil parcialmente fluorados como parte hidrofóbica do surfactante e, em seguida, introduzem grupos de ligação apropriados e grupos hidrofílicos conforme necessário. Dependendo da natureza do grupo hidrofílico, diferentes séries de produtos surfactantes fluorados, tais como tipos aniônicos, catiônicos, não iônicos e anfotéricos, podem ser preparadas.

Devido à estrutura especial dos surfactantes fluorados, os átomos de flúor substituem os átomos de hidrogênio no grupo hidrofóbico dos surfactantes comuns, transformando a estrutura das ligações CH em ligações CF. Portanto, apresenta excelentes propriedades exclusivas dos fluorocarbonetos e possui características hidrofóbicas e oleofóbicas. A alta atividade superficial dos surfactantes fluorados depende da hidrofobicidade extremamente forte de suas ligações moleculares carbono-flúor e da menor coesão molecular interna. Pode reduzir a tensão superficial da água a um valor muito baixo, enquanto a concentração utilizada é muito pequena. Geralmente, a concentração de aplicação de surfactantes de cadeia carbono-hidrogênio precisa estar entre 0,1% e 1%. Neste momento, a tensão superficial da solução aquosa só pode ser reduzida para 30 a 35dyn/cm (1dyn = 10-3N/m). Quando a quantidade de surfactante de ligação carbono-flúor está entre 0,005% e 0,1%, a tensão superficial da solução aquosa pode ser reduzida para menos de 20dyn/cm. Além disso, os surfactantes fluorados também apresentam boa atividade superficial em solventes orgânicos, especialmente após a introdução de perfluorooctanamida N-substituída, que pode reduzir a tensão superficial dos solventes de hidrocarbonetos acetileno em 5 a 15dyn/cm. A excelente estabilidade térmica e inércia química exibida pelos surfactantes fluorados devem-se principalmente à substituição do grupo hidrofóbico da cadeia carbono-hidrogênio pelo grupo hidrofóbico da cadeia fluorocarbonada. Como a energia de ligação da ligação CF (116kcal/mol) é maior do que a da ligação CH (99,5kcal/mol), a ligação CF é mais estável do que a ligação CH e não é fácil de quebrar. Além disso, como o átomo de flúor é maior que o átomo de hidrogênio, a ligação CC é protegida pelo efeito de proteção do átomo de flúor, de modo que a energia de ligação originalmente não muito alta da ligação CC também é estabilizada. Isso faz com que o surfactante fluorado tenha estabilidade química e estabilidade térmica que o surfactante carbono-hidrogênio não possui. Por exemplo: A temperatura de uso do C9F17OC6H4SO3K pode ficar em torno de 300°C, enquanto o intermediário C9H17OC6H5 é tratado a 80°C em solução aquosa de ácido sulfúrico a 50% ou hidróxido de sódio a 25% por 48 horas sem decomposição.

Estudos demonstraram que a alta atividade superficial dos surfactantes fluorados se deve às pequenas forças de van der Waals entre suas moléculas. A tensão necessária para que as moléculas de surfactante se movam da solução aquosa para a superfície da solução é pequena, resultando em um grande acúmulo de moléculas de surfactante na superfície da solução, formando uma forte adsorção superficial. Esses compostos não só têm uma pequena afinidade pela água, mas também têm uma pequena afinidade pelos hidrocarbonetos. Portanto, eles formam características hidrofóbicas e oleofóbicas, mas o seu efeito na tensão interfacial da interface óleo/água não é forte. Se surfactantes fluorados forem usados ​​em combinação com surfactantes de hidrocarbonetos, os surfactantes fluorados podem ser adsorvidos seletivamente na superfície da água para reduzir a tensão superficial; enquanto os surfactantes de hidrocarbonetos podem ser adsorvidos na interface óleo/água para reduzir a tensão interfacial, o que inevitavelmente melhorará a molhabilidade da solução aquosa.

II. Aplicação de Surfactantes Fluorados

Pelas características dos surfactantes fluorados, eles apresentam forte aplicabilidade em algumas áreas, principalmente na área industrial. Suas principais aplicações são as seguintes:

(1) Dispersibilidade

Os surfactantes fluorados podem ser usados ​​como dispersantes durante a polimerização por dispersão de várias fluorresinas. Os surfactantes fluorados são usados ​​como dispersantes na polimerização por dispersão em emulsão de monômeros fluorados, como tetrafluoroetileno, trifluorocloroetileno e fluoreto de vinilideno. Em aditivos de galvanoplastia, agentes de limpeza e outros agentes de tratamento de superfície, sua alta dispersibilidade pode ser utilizada.

(2) Desidratação, agente de liberação

Os surfactantes fluorados têm boas propriedades de desidratação, o que é muito útil para o tratamento de desidratação superficial de alguns tipos de revestimentos decorativos. Os surfactantes fluorados também podem ser usados ​​como agentes desmoldantes, que não apenas possuem boas propriedades de liberação para polímeros termoplásticos, mas também possuem excelentes propriedades de liberação para polímeros termoendurecíveis e elastômeros de Borracha de silicone, e não há poluição na peça de trabalho após a liberação, que pode ser diretamente submetida ao processamento secundário (como impressão, pintura, colagem, etc.), e pode ser usada várias vezes após um uso. O agente desmoldante preparado a partir de surfactantes fluorados formou gradualmente um produto serializado, que inclui tipos à base de solvente e à base de água. Ele não pode ser usado apenas na indústria de processamento de elastômeros de polímeros orgânicos, mas também na indústria de processamento de corpos rígidos (como cobre, trefilação de tubos de aço, prensagem, processamento de estampagem de peças fundidas, etc.). Atualmente, os agentes desmoldantes fluorados (de alta eficiência) têm sido altamente elogiados pelos usuários nas indústrias de plástico, borracha e outras indústrias de processamento.

(3) Agente antiestático

O agente antiestático preparado a partir de surfactantes fluorados combina funções de limpeza e proteção contra poeira. Após testes pelos departamentos relevantes: Após o tratamento da superfície da base da folha de PVC, sua resistência superficial cai dos 1012Ω originais para 108Ω. Isso reduz bastante o fenômeno de que a superfície da base da folha é fácil de atrair poeira devido à eletricidade estática. Usar esses agentes antiestáticos para limpar a superfície do tambor e da cabeça magnética no gravador de vídeo tem um efeito muito melhor do que produtos de limpeza gerais ou fitas de limpeza e pode prolongar a vida útil do tambor e da cabeça magnética. Após a limpeza, o volume do som do filme ou gravação densa pode ser aumentado em 3dB durante a reprodução. Usando esses agentes antiestáticos, eletrodomésticos, produtos plásticos, telas de TV e outros móveis de alta qualidade e instrumentos de precisão também podem ser limpos e à prova de poeira, sem efeitos colaterais.

(4) Agente de nivelamento

Depois de adicionar uma pequena quantidade de surfactante a produtos como pigmentos e revestimentos, pode prevenir a solidificação e melhorar a dispersibilidade. Adicioná-lo a tintas e tintas pode reduzir a tensão superficial, melhorar a molhabilidade, evitar a formação de bolhas e tornar a cor mais uniforme.

(5) Outras aplicações

A adição de surfactantes fluorados à cera para pisos pode melhorar o brilho do piso, aumentar sua resistência ao desgaste e propriedades antipoluição. Os surfactantes fluorados também podem ser usados ​​como auxiliares de recuperação de petróleo, coletores de óleo na superfície do mar, inibidores de corrosão metálica e agentes de tratamento de brilho metálico.