Quali sono le caratteristiche e i campi di applicazione dei fluorotensioattivi?

2025-04-09 08:47:51

I. Caratteristiche dei fluorotensioattivi

I fluorotensioattivi (abbreviati in FS) sono tensioattivi con proprietà particolari che sono stati progressivamente commercializzati negli ultimi anni. Diversamente dai tensioattivi ordinari, i fluorotensioattivi utilizzano principalmente gruppi perfluoroalchilici, perfluoroalchenilici o alchilici parzialmente fluorurati come parte idrofobica del tensioattivo. Quindi, vengono introdotti gruppi di collegamento e gruppi idrofili appropriati secondo necessità. A seconda della natura dei gruppi idrofili vengono preparate diverse serie di prodotti fluorotensioattivi quali rispettivamente di tipo anionico, cationico, non ionico e anfotero.

A causa della speciale struttura dei fluorotensioattivi, gli atomi di fluoro sostituiscono gli atomi di idrogeno sui gruppi idrofobici dei normali tensioattivi, trasformando la struttura del legame C - H nella forma del legame C - F. Pertanto, presenta alcune eccellenti proprietà uniche dei fluorocarburi e, allo stesso tempo, ha le caratteristiche di essere sia idrofobico che oleofobico. L'elevata attività superficiale dei fluorotensioattivi dipende dall'estrema idrofobicità dei legami carbonio-fluoro nelle loro molecole e dalla bassa coesione intermolecolare. Può ridurre la tensione superficiale dell'acqua a un valore molto basso utilizzando una concentrazione molto piccola. In generale, la concentrazione di applicazione dei tensioattivi a catena di idrocarburi 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 il dosaggio dei tensioattivi a catena fluorocarburica è compreso tra 0,005% e 0,1%, la tensione superficiale della soluzione acquosa può essere ridotta a meno di 20 din/cm. Inoltre, i fluorotensioattivi mostrano anche una buona attività superficiale nei solventi organici. Soprattutto quando viene introdotta la perfluoroottammide N-sostituita, questa può ridurre la tensione superficiale dei solventi idrocarburici di 5 - 15 din/cm. L'eccellente stabilità termica e l'inerzia chimica mostrate dai fluorotensioattivi sono principalmente dovute al fatto che dopo che il gruppo idrofobico a catena fluorocarburica sostituisce il gruppo idrofobico a catena idrocarburica, poiché l'energia di legame 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, dopo che gli atomi di fluoro sostituiscono gli atomi di idrogeno, a causa del volume maggiore di atomi di fluoro rispetto agli atomi di idrogeno, il legame C - C è protetto dall'effetto schermante degli atomi di fluoro, in modo che anche il legame C - C con un'energia di legame originariamente non troppo elevata sia stabilizzato. Pertanto, i fluorotensioattivi hanno stabilità chimica e stabilità termica che i tensioattivi idrocarburici non hanno. Ad esempio, la temperatura di utilizzo di C₉F₁₇OC₆H₄SO₃K può essere di circa 300 °C e l'intermedio C₉H₁₇OC₆H₅ di questo composto non si decompone se trattato in una soluzione acquosa di acido solforico al 50% o di idrossido di sodio al 25% a 80 °C per 48 ore.

La ricerca mostra che l'elevata attività superficiale dei fluorotensioattivi è dovuta alla piccola forza 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'aggregazione su larga scala delle molecole di tensioattivo sulla superficie della soluzione, formando un forte assorbimento superficiale. E tali composti non solo hanno una bassa affinità per l'acqua ma anche una bassa affinità per gli idrocarburi. Pertanto, formano le caratteristiche di essere sia idrofobi che oleofobici. Tuttavia, il suo effetto sulla tensione interfacciale all’interfaccia olio/acqua non è forte. Se i fluorotensioattivi vengono utilizzati in combinazione con tensioattivi idrocarburici, i fluorotensioattivi 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. Ciò migliorerà sicuramente la bagnabilità della soluzione acquosa.

II. Applicazioni dei fluorotensioattivi

Date le caratteristiche dei fluorotensioattivi, essi hanno forte applicabilità in determinati campi, soprattutto in campo industriale con vari usi. Le principali applicazioni sono le seguenti:

(1) Disperdibilità

I fluorotensioattivi possono essere utilizzati come disperdenti nella polimerizzazione in dispersione di varie fluororesine. I fluorotensioattivi vengono utilizzati come disperdenti nella polimerizzazione in emulsione - dispersione di monomeri contenenti fluoro come tetrafluoroetilene, clorotrifluoroetilene e fluoruro di vinilidene. La loro elevata disperdibilità può essere utilizzata negli agenti per il trattamento delle superfici come gli additivi galvanici e i detergenti.

(2) Agenti disidratanti e distaccanti

I fluorotensioattivi hanno una buona idrorepellenza, che è molto utile per il trattamento di disidratazione superficiale di alcuni tipi di placcatura decorativa. I fluorotensioattivi possono essere utilizzati anche come agenti distaccanti. 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 contenenti silicone. Inoltre, non vi è alcun inquinamento sui pezzi sformati e la lavorazione secondaria (come stampa, verniciatura, incollaggio, ecc.) può essere eseguita direttamente e si possono ottenere più sformature con un unico utilizzo. Gli agenti distaccanti preparati da fluorotensioattivi hanno gradualmente formato una serie di prodotti, compresi tipi a base solvente e a base acqua. Può essere utilizzato non solo nell'industria di trasformazione degli elastomeri polimerici organici ma anche nell'industria di lavorazione di corpi rigidi (come ad esempio trafilatura di tubi in rame e acciaio, stampaggio di perni, stampaggio di pressofusioni, ecc.). Attualmente, gli agenti distaccanti contenenti fluoro (ad alta efficienza) sono stati molto apprezzati dagli utenti nelle industrie di lavorazione di plastica e gomma.

(3) Agenti antistatici

L'agente antistatico preparato con fluorotensioattivi, che combina funzioni detergenti e antipolvere, è stato testato dai dipartimenti competenti: dopo il trattamento superficiale della base del film in PVC, la sua resistenza superficiale è ridotta dai 10¹² Ω originali a 10⁸ Ω. Di conseguenza, il fenomeno del facile assorbimento della polvere dovuto all'elettricità statica sulla superficie di base della pellicola è notevolmente ridotto. L'uso di questo tipo di agente antistatico per pulire la superficie del tamburo magnetico e della testina magnetica in un videoregistratore ha un effetto molto migliore rispetto ai normali detergenti o nastri detergenti e può prolungare la durata del tamburo magnetico e della testina magnetica. Dopo aver pulito la pellicola o il disco fonografico, il volume può essere aumentato di 3 dB durante la riproduzione. Questo tipo di agente antistatico può essere utilizzato anche per la pulizia delle superfici e l'impermeabilizzazione della polvere di elettrodomestici, prodotti in plastica, schermi TV e altri mobili di fascia alta e strumenti di precisione senza effetti collaterali.

(4) Agenti livellanti

L'aggiunta di una piccola quantità di tensioattivi a prodotti come pigmenti e rivestimenti può prevenire la solidificazione e migliorare la disperdibilità. Aggiungendoli ai rivestimenti e agli inchiostri è possibile ridurne la tensione superficiale, migliorare la bagnabilità, prevenire la formazione di bolle e rendere il colore più uniforme.

(5) Altre applicazioni

L'aggiunta di fluorotensioattivi alla cera per pavimenti può migliorare la lucentezza del pavimento, aumentarne la resistenza all'usura e le proprietà antinquinamento. I fluorotensioattivi possono essere utilizzati anche come ausiliari per il recupero del petrolio, agenti di raccolta del petrolio sulla superficie del mare, conservanti dei metalli e agenti per il trattamento della lucentezza dei metalli, ecc.