Quali sono le caratteristiche e i campi di applicazione dei tensioattivi fluorurati?

2025-03-25 07:36:57

I. Caratteristiche dei tensioattivi fluorurati

I tensioattivi fluorurati (abbreviati in FS) sono un tipo speciale di tensioattivo che è stato gradualmente commercializzato negli ultimi anni. A differenza dei tensioattivi ordinari, i tensioattivi fluorurati utilizzano principalmente gruppi perfluoroalchilici o perfluorovinilici, o gruppi alchilici parzialmente fluorurati come parte idrofobica del tensioattivo, e quindi introducono gruppi di collegamento e gruppi idrofili appropriati secondo necessità. A seconda della natura del gruppo idrofilo, possono essere preparate diverse serie di prodotti tensioattivi fluorurati di tipo anionico, cationico, non ionico e anfotero.

A causa della speciale struttura dei tensioattivi fluorurati, gli atomi di fluoro sostituiscono gli atomi di idrogeno sul gruppo idrofobo dei tensioattivi ordinari, trasformando la struttura dei legami C-H in legami C-F. Pertanto, presenta alcune proprietà eccellenti uniche dei fluorocarburi e presenta caratteristiche sia idrofobiche che oleofobiche. L'elevata attività superficiale dei tensioattivi fluorurati dipende dall'estrema idrofobicità dei loro legami molecolari carbonio-fluoro e dalla minore coesione molecolare interna. Può ridurre la tensione superficiale dell'acqua ad un valore molto basso, mentre la concentrazione utilizzata è molto piccola. In generale, la concentrazione di applicazione dei tensioattivi della catena carbonio-idrogeno deve essere compresa tra lo 0,1% e l'1%. A questo punto la tensione superficiale della soluzione acquosa può essere ridotta solo a 30-35 dyn/cm (1 dyn = 10-3 N/m). Quando la quantità di tensioattivo di legame carbonio-fluoro è compresa tra 0,005% e 0,1%, la tensione superficiale della soluzione acquosa può essere ridotta al di sotto di 20 dyn/cm. Inoltre, i tensioattivi fluorurati mostrano anche una buona attività superficiale nei solventi organici, soprattutto dopo l'introduzione della perfluoroottanammide N-sostituita, che può ridurre la tensione superficiale dei solventi idrocarburici dell'acetilene da 5 a 15 dyn/cm. L'eccellente stabilità termica e l'inerzia chimica esibita dai tensioattivi fluorurati sono dovute principalmente alla sostituzione del gruppo idrofobo della catena carbonio-idrogeno con il gruppo idrofobo della catena fluorocarburica. Poiché l'energia del legame C-F (116 kcal/mol) è maggiore di quella del legame C-H (99,5 kcal/mol), il legame C-F è più stabile del legame C-H e non è facile da rompere. Inoltre, poiché l'atomo di fluoro è più grande dell'atomo di idrogeno, il legame C-C è protetto dall'effetto schermante dell'atomo di fluoro, per cui viene stabilizzata anche l'energia di legame originariamente non molto elevata del legame C-C. Ciò fa sì che il tensioattivo fluorurato abbia stabilità chimica e stabilità termica che il tensioattivo carbonio-idrogeno non ha. Ad esempio: la temperatura di utilizzo di C9F17OC6H4SO3K può essere intorno a 300°C, mentre l'intermedio C9H17OC6H5 viene trattato a 80°C in una soluzione acquosa di acido solforico al 50% o idrossido di sodio al 25% per 48 ore senza decomposizione.

Gli studi hanno dimostrato che l'elevata attività superficiale dei tensioattivi fluorurati è dovuta alle piccole forze di van der Waals tra le loro molecole. La tensione richiesta affinché le molecole di tensioattivo si spostino dalla soluzione acquosa alla superficie della soluzione è piccola, determinando un grande accumulo di molecole di tensioattivo sulla superficie della soluzione, formando un forte assorbimento superficiale. Questi composti non solo hanno una piccola affinità per l'acqua, ma hanno anche una piccola affinità per gli idrocarburi. Pertanto, presentano caratteristiche sia idrofobiche che oleofobiche, ma il loro effetto sulla tensione interfacciale dell'interfaccia olio/acqua non è forte. Se i tensioattivi fluorurati vengono utilizzati in combinazione con tensioattivi idrocarburici, i tensioattivi fluorurati possono essere adsorbiti selettivamente sulla superficie dell'acqua per ridurre la tensione superficiale; mentre i tensioattivi idrocarburici possono essere adsorbiti sull'interfaccia olio/acqua per ridurre la tensione interfacciale, il che inevitabilmente migliorerà la bagnabilità della soluzione acquosa.

II. Applicazione di tensioattivi fluorurati

Date le caratteristiche dei tensioattivi fluorurati, essi hanno forte applicabilità in alcuni campi, soprattutto in quello industriale. Le sue principali applicazioni sono le seguenti:

(1) Disperdibilità

I tensioattivi fluorurati possono essere utilizzati come disperdenti durante la polimerizzazione in dispersione di varie fluororesine. I tensioattivi fluorurati vengono utilizzati come disperdenti nella polimerizzazione in emulsione e dispersione di monomeri fluorurati come tetrafluoroetilene, trifluorocloroetilene e fluoruro di vinilidene. Negli additivi galvanici, nei detergenti e in altri agenti per il trattamento delle superfici, è possibile sfruttare la loro elevata disperdibilità.

(2) Disidratazione, agente distaccante

I tensioattivi fluorurati hanno buone proprietà di disidratazione, il che è molto utile per il trattamento di disidratazione superficiale di alcuni tipi di placcatura decorativa. I tensioattivi fluorurati possono anche essere utilizzati come agenti distaccanti, che non solo hanno buone proprietà di rilascio per i polimeri termoplastici, ma hanno anche eccellenti proprietà di rilascio per polimeri termoindurenti ed elastomeri di gomma siliconica e non c'è inquinamento sul pezzo dopo il rilascio, che può essere direttamente sottoposto a lavorazioni secondarie (come stampa, verniciatura, incollaggio, ecc.) e può essere utilizzato più volte dopo un utilizzo. L'agente distaccante preparato da tensioattivi fluorurati ha progressivamente formato un prodotto serializzato, che comprende tipologie a base solvente e a base acqua. Può essere utilizzato non solo nell'industria di lavorazione degli elastomeri polimerici organici, ma anche nell'industria di lavorazione di corpi rigidi (come rame, trafilatura di tubi in acciaio, stampaggio, lavorazione di stampaggio di parti pressofuse, ecc.). Attualmente, gli agenti distaccanti fluorurati (ad alta efficienza) sono stati molto apprezzati dagli utenti dell'industria della plastica, della gomma e di altri processi.

(3) Agente antistatico

L'agente antistatico preparato con tensioattivi fluorurati combina funzioni detergenti e antipolvere. Dopo i test effettuati dai dipartimenti competenti: dopo che la superficie della base del foglio in PVC è stata trattata, la sua resistenza superficiale scende dai 1012Ω originali a 108Ω. Ciò riduce notevolmente il fenomeno per cui la superficie della base del foglio attira facilmente la polvere a causa dell'elettricità statica. L'uso di tali agenti antistatici per pulire la superficie del tamburo e della testina magnetica nel videoregistratore ha un effetto molto migliore rispetto ai detergenti generali o ai nastri di pulizia e può prolungare la durata di servizio del tamburo e della testina magnetica. Dopo la pulizia, il volume del suono del film o del disco denso può essere aumentato di 3 dB durante la riproduzione. Utilizzando tali agenti antistatici, anche gli elettrodomestici, i prodotti in plastica, gli schermi TV e altri mobili di fascia alta e strumenti di precisione possono essere puliti e protetti dalla polvere senza effetti collaterali.

(4) Agente livellante

Dopo aver aggiunto una piccola quantità di tensioattivo a prodotti come pigmenti e rivestimenti, può prevenire la solidificazione e migliorare la disperdibilità. Aggiungendolo a vernici e inchiostri è possibile ridurne la tensione superficiale, migliorarne la bagnabilità, prevenire la formazione di bolle e rendere il colore più uniforme.

(5) Altre applicazioni

L'aggiunta di tensioattivi fluorurati alla cera per pavimenti può migliorare la brillantezza del pavimento, aumentarne la resistenza all'usura e le proprietà antinquinamento. I tensioattivi fluorurati possono essere utilizzati anche per coadiuvanti nel recupero del petrolio, collettori di petrolio sulla superficie del mare, inibitori della corrosione dei metalli e agenti per il trattamento della lucentezza dei metalli.