Quais são as características e campos de aplicação dos fluorsurfactantes?

2025-04-09 08:47:51

I. Características dos FluoroSurfactantes

Os fluoroSurfactantes (abreviados como FS) são surfactantes com propriedades especiais que têm sido gradualmente comercializados nos últimos anos. Diferente dos surfactantes comuns, os fluorosurfactantes usam principalmente grupos perfluoroalquil, perfluoroalquenil ou alquil parcialmente fluorados como parte hidrofóbica do surfactante. Em seguida, são introduzidos grupos de ligação apropriados e grupos hidrofílicos conforme necessário. De acordo com a natureza dos grupos hidrofílicos, são preparadas diferentes séries de produtos fluorosurfactantes, tais como tipos aniônicos, catiônicos, não iônicos e anfotéricos, respectivamente.

Devido à estrutura especial dos fluorosurfactantes, os átomos de flúor substituem os átomos de hidrogênio nos grupos hidrofóbicos dos surfactantes comuns, transformando a estrutura da ligação C - H na forma da ligação C - F. Portanto, apresenta excelentes propriedades exclusivas dos fluorocarbonetos e, ao mesmo tempo, tem as características de ser hidrofóbico e oleofóbico. A alta atividade superficial dos fluorosurfactantes depende da hidrofobicidade extremamente forte das ligações carbono-flúor em suas moléculas e da baixa coesão intermolecular. Pode reduzir a tensão superficial da água a um valor muito baixo enquanto utiliza uma concentração muito pequena. Geralmente, a concentração de aplicação de surfactantes de cadeia de hidrocarbonetos precisa estar entre 0,1% e 1%. Neste momento, a tensão superficial da solução aquosa só pode ser reduzida para 30 - 35 dyn/cm (1 dyn = 10⁻³ N/m). Quando a dosagem de surfactantes de cadeia de fluorocarbonetos está entre 0,005% e 0,1%, a tensão superficial da solução aquosa pode ser reduzida para menos de 20 dyn/cm. Além disso, os fluorosurfactantes também apresentam boa atividade superficial em solventes orgânicos. Especialmente quando a perfluorooctamida N-substituída é introduzida, ela pode reduzir a tensão superficial dos solventes de hidrocarbonetos em 5 - 15 dyn/cm. A excelente estabilidade térmica e inércia química exibida pelos fluorosurfactantes são principalmente porque após o grupo hidrofóbico da cadeia de fluorocarbono substituir o grupo hidrofóbico da cadeia de hidrocarboneto, uma vez que a energia da ligação C - F (116 kcal/mol) é maior que a da ligação C - H (99,5 kcal/mol), a ligação C - F é mais estável do que a ligação C - H e não é fácil de quebrar. Além disso, depois que os átomos de flúor substituem os átomos de hidrogênio, devido ao maior volume de átomos de flúor do que os átomos de hidrogênio, a ligação C - C é protegida pelo efeito de proteção dos átomos de flúor, de modo que a ligação C - C com energia de ligação originalmente não muito alta também é estabilizada. Assim, os fluorosurfactantes possuem estabilidade química e estabilidade térmica que os surfactantes de hidrocarbonetos não possuem. Por exemplo, a temperatura de uso de C₉F₁₇OC₆H₄SO₃K pode ser em torno de 300 °C, e o intermediário C₉H₁₇OC₆H₅ deste composto não se decomporá quando tratado em ácido sulfúrico a 50% ou solução aquosa de hidróxido de sódio a 25% a 80 °C por 48 horas.

A pesquisa mostra que a alta atividade superficial dos fluorosurfactantes se deve à pequena força 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 uma agregação em grande escala de moléculas de surfactante na superfície da solução, formando uma forte adsorção superficial. E esses compostos não só têm baixa afinidade pela água, mas também baixa afinidade pelos hidrocarbonetos. Portanto, eles apresentam as características de serem hidrofóbicos e oleofóbicos. No entanto, o seu efeito na tensão interfacial na interface óleo/água não é forte. Se os fluorosurfactantes forem usados ​​em combinação com surfactantes de hidrocarbonetos, os fluorosurfactantes 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. Isto certamente melhorará a molhabilidade da solução aquosa.

II. Aplicações de Fluorosurfactantes

Dadas as características dos fluorsurfactantes, eles apresentam forte aplicabilidade em determinadas áreas, principalmente na área industrial com diversas utilizações. As principais aplicações são as seguintes:

(1) Dispersibilidade

Os fluorosurfactantes podem ser usados ​​como dispersantes na polimerização em dispersão de várias fluorresinas. Os fluorosurfactantes são usados ​​​​como dispersantes na emulsão - polimerização por dispersão de flúor - contendo monômeros como tetrafluoroetileno, clorotrifluoroetileno e fluoreto de vinilideno. Sua alta dispersibilidade pode ser utilizada em agentes de tratamento de superfície, como aditivos de galvanoplastia e agentes de limpeza.

(2) Desidratantes e Agentes Liberantes

Os fluorosurfactantes têm boa repelência à água, o que é muito útil para o tratamento de desidratação superficial de alguns tipos de revestimentos decorativos. Os fluorosurfactantes também podem ser usados ​​como agentes desmoldantes. Eles não apenas possuem boas propriedades de liberação para polímeros termoplásticos, mas também possuem excelentes propriedades de liberação para polímeros termoendurecíveis e elastômeros de borracha contendo silicone. E não há poluição nas peças desmoldadas, e o processamento secundário (como impressão, pintura, colagem, etc.) pode ser realizado diretamente, e múltiplas desmoldagens podem ser obtidas com um único uso. Os agentes desmoldantes preparados a partir de fluorosurfactantes formaram gradualmente uma série de produtos, incluindo tipos à base de solvente e à base de água. Pode ser usado não apenas na indústria de processamento de elastômeros de polímeros orgânicos, mas também na indústria de processamento de corpos rígidos (como trefilação de tubos de cobre e aço, prensagem de pinos, estampagem de peças fundidas, etc.). Atualmente, os agentes desmoldantes contendo flúor (alta eficiência) têm sido altamente elogiados pelos usuários nas indústrias de processamento de plásticos e borrachas.

(3) Agentes Antiestáticos

O agente antiestático preparado a partir de fluorosurfactantes, que combina funções de limpeza e à prova de poeira, foi testado pelos departamentos relevantes: após o tratamento superficial da base do filme de PVC, sua resistência superficial é reduzida dos 10¹² Ω originais para 10⁸ Ω. Como resultado, o fenômeno de fácil absorção de poeira devido à eletricidade estática na superfície da base do filme é bastante reduzido. Usar este tipo de agente antiestático para limpar a superfície do tambor magnético e da cabeça magnética em um gravador de vídeo tem um efeito muito melhor do que agentes de limpeza comuns ou fitas de limpeza e pode prolongar a vida útil do tambor magnético e da cabeça magnética. Depois de limpar o filme ou o disco fonográfico, o volume pode ser aumentado em 3 dB durante a reprodução. Este tipo de agente antiestático também pode ser usado para limpeza de superfícies e proteção contra poeira de eletrodomésticos, produtos plásticos, telas de TV e outros móveis de alta qualidade e instrumentos de precisão, sem efeitos colaterais.

(4) Agentes de Nivelamento

Adicionar uma pequena quantidade de surfactantes a produtos como pigmentos e revestimentos pode prevenir a solidificação e melhorar a dispersibilidade. Adicioná-los a revestimentos e tintas pode reduzir a tensão superficial, melhorar a molhabilidade, evitar a geração de bolhas e tornar a cor mais uniforme.

(5) Outras aplicações

Adicionar fluorosurfactantes à cera para pisos pode melhorar o brilho do piso, aumentar sua resistência ao desgaste e propriedades antipoluição. Os fluorosurfactantes também podem ser usados ​​​​como auxiliares para recuperação de petróleo, agentes de coleta de óleo na superfície do mar, conservantes de metal e agentes de tratamento de brilho metálico, etc.