Was sind die Eigenschaften und Anwendungsgebiete fluorierter Tenside?

2025-03-25 07:36:57

I. Eigenschaften fluorierter Tenside

Fluorierte Tenside (abgekürzt FS) sind eine spezielle Art von Tensiden, die in den letzten Jahren schrittweise kommerzialisiert wurden. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Tensiden verwenden fluorierte Tenside hauptsächlich Perfluoralkyl- oder Perfluorvinylgruppen oder teilweise fluorierte Alkylgruppen als hydrophoben Teil des Tensids und führen dann nach Bedarf geeignete Verbindungsgruppen und hydrophile Gruppen ein. Abhängig von der Art der hydrophilen Gruppe können verschiedene Serien fluorierter Tensidprodukte wie anionische, kationische, nichtionische und amphotere Typen hergestellt werden.

Aufgrund der besonderen Struktur fluorierter Tenside ersetzen Fluoratome die Wasserstoffatome der hydrophoben Gruppe gewöhnlicher Tenside und wandeln die Struktur von C-H-Bindungen in C-F-Bindungen um. Daher weist es einige hervorragende Eigenschaften auf, die nur für Fluorkohlenwasserstoffe gelten, und verfügt sowohl über hydrophobe als auch oleophobe Eigenschaften. Die hohe Oberflächenaktivität fluorierter Tenside beruht auf der extrem starken Hydrophobie ihrer molekularen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen und der geringeren inneren molekularen Kohäsion. Es kann die Oberflächenspannung von Wasser auf einen sehr niedrigen Wert reduzieren, obwohl die verwendete Konzentration sehr gering ist. Im Allgemeinen muss die Anwendungskonzentration von Tensiden mit Kohlenstoff-Wasserstoff-Kette zwischen 0,1 % und 1 % liegen. Zu diesem Zeitpunkt kann die Oberflächenspannung der wässrigen Lösung nur auf 30 bis 35 dyn/cm (1dyn = 10-3 N/m) reduziert werden. Wenn die Menge des Tensids mit Kohlenstoff-Fluor-Bindung zwischen 0,005 % und 0,1 % liegt, kann die Oberflächenspannung der wässrigen Lösung auf unter 20 dyn/cm gesenkt werden. Darüber hinaus zeigen fluorierte Tenside auch in organischen Lösungsmitteln eine gute Oberflächenaktivität, insbesondere nach der Einführung von N-substituiertem Perfluoroctanamid, das die Oberflächenspannung von Kohlenwasserstoff-Acetylen-Lösungsmitteln um 5 bis 15 dyn/cm reduzieren kann. Die ausgezeichnete thermische Stabilität und chemische Inertheit, die fluorierte Tenside aufweisen, ist hauptsächlich auf die Substitution der hydrophoben Gruppe der Kohlenstoff-Wasserstoff-Kette durch die hydrophobe Gruppe der Fluorkohlenstoffkette zurückzuführen. Da die Bindungsenergie der C-F-Bindung (116 kcal/mol) größer ist als die der C-H-Bindung (99,5 kcal/mol), ist die C-F-Bindung stabiler als die C-H-Bindung und nicht leicht zu brechen. Da das Fluoratom außerdem größer ist als das Wasserstoffatom, wird die C-C-Bindung durch die Abschirmwirkung des Fluoratoms geschützt, sodass auch die ursprünglich nicht sehr hohe Bindungsenergie der C-C-Bindung stabilisiert wird. Dadurch weist das fluorierte Tensid eine chemische und thermische Stabilität auf, die das Kohlenstoff-Wasserstoff-Tensid nicht aufweist. Beispiel: Die Verwendungstemperatur von C9F17OC6H4SO3K kann etwa 300 °C betragen, während das Zwischenprodukt C9H17OC6H5 48 Stunden lang bei 80 °C in 50 %iger Schwefelsäure oder 25 %iger wässriger Natriumhydroxidlösung ohne Zersetzung behandelt wird.

Studien haben gezeigt, dass die hohe Oberflächenaktivität fluorierter Tenside auf die kleinen Van-der-Waals-Kräfte zwischen ihren Molekülen zurückzuführen ist. Die Spannung, die erforderlich ist, damit sich die Tensidmoleküle von der wässrigen Lösung zur Lösungsoberfläche bewegen, ist gering, was zu einer großen Ansammlung von Tensidmolekülen auf der Lösungsoberfläche führt und eine starke Oberflächenadsorption bewirkt. Diese Verbindungen haben nicht nur eine geringe Affinität zu Wasser, sondern auch eine geringe Affinität zu Kohlenwasserstoffen. Daher weisen sie sowohl hydrophobe als auch oleophobe Eigenschaften auf, ihre Wirkung auf die Grenzflächenspannung der Öl/Wasser-Grenzfläche ist jedoch nicht stark. Wenn fluorierte Tenside in Kombination mit Kohlenwasserstoff-Tensiden verwendet werden, können fluorierte Tenside selektiv an der Wasseroberfläche adsorbiert werden, um die Oberflächenspannung zu reduzieren; während Kohlenwasserstoff-Tenside an der Öl/Wasser-Grenzfläche adsorbiert werden können, um die Grenzflächenspannung zu verringern, was zwangsläufig die Benetzbarkeit der wässrigen Lösung verbessert.

II. Anwendung fluorierter Tenside

Aufgrund der Eigenschaften fluorierter Tenside sind sie in einigen Bereichen, insbesondere im industriellen Bereich, gut anwendbar. Seine Hauptanwendungen sind wie folgt:

(1) Dispergierbarkeit

Fluorierte Tenside können als Dispergiermittel bei der Dispersionspolymerisation verschiedener Fluorharze verwendet werden. Fluorierte Tenside werden als Dispergiermittel bei der Emulsionsdispersionspolymerisation fluorierter Monomere wie Tetrafluorethylen, Trifluorchlorethylen und Vinylidenfluorid verwendet. In Galvanikzusätzen, Reinigungsmitteln und anderen Oberflächenbehandlungsmitteln kann ihre hohe Dispergierbarkeit genutzt werden.

(2) Dehydrierung, Trennmittel

Fluorierte Tenside haben gute Entwässerungseigenschaften, was für die Oberflächenentwässerungsbehandlung einiger dekorativer Beschichtungsarten sehr hilfreich ist. Als Trennmittel können auch fluorierte Tenside verwendet werden, die nicht nur gute Trenneigenschaften für thermoplastische Polymere, sondern auch hervorragende Trenneigenschaften für duroplastische Polymere und Silikonkautschukelastomere aufweisen. Nach der Freigabe entsteht keine Verschmutzung des Werkstücks, das direkt einer Weiterverarbeitung (z. B. Drucken, Lackieren, Kleben usw.) unterzogen und nach einmaligem Gebrauch mehrfach verwendet werden kann. Das aus fluorierten Tensiden hergestellte Trennmittel hat nach und nach ein serialisiertes Produkt gebildet, das lösungsmittelbasierte und wasserbasierte Typen umfasst. Es kann nicht nur in der Verarbeitungsindustrie organischer Polymerelastomere eingesetzt werden, sondern auch in der Verarbeitungsindustrie starrer Körper (z. B. Kupfer, Stahlrohrziehen, Pressen, Stanzbearbeitung von Druckgussteilen usw.). Derzeit werden fluorierte (hocheffiziente) Trennmittel von Anwendern in der Kunststoff-, Gummi- und anderen verarbeitenden Industrie hoch gelobt.

(3) Antistatisches Mittel

Das aus fluorierten Tensiden hergestellte Antistatikum vereint Reinigungs- und Staubschutzfunktionen. Nach Tests durch die zuständigen Abteilungen: Nachdem die Oberfläche der PVC-Plattenbasis behandelt wurde, sinkt ihr Oberflächenwiderstand von ursprünglich 1012 Ω auf 108 Ω. Dadurch wird das Phänomen, dass die Oberfläche der Blattbasis aufgrund statischer Elektrizität leicht Staub anzieht, erheblich reduziert. Die Reinigung der Oberfläche von Trommel und Magnetkopf im Videorecorder mit solchen Antistatikmitteln hat eine weitaus bessere Wirkung als herkömmliche Reinigungsmittel oder Reinigungsbänder und kann die Lebensdauer von Trommel und Magnetkopf verlängern. Nach der Reinigung kann die Lautstärke des Films oder der dichten Schallplatte beim Abspielen um 3 dB erhöht werden. Mit solchen Antistatikmitteln können auch Haushaltsgeräte, Kunststoffprodukte, Fernsehbildschirme und andere hochwertige Möbel und Präzisionsinstrumente ohne Nebenwirkungen gereinigt und staubdicht gemacht werden.

(4) Ausgleichsmittel

Nach Zugabe einer kleinen Menge Tensid zu Produkten wie Pigmenten und Beschichtungen kann die Verfestigung verhindert und die Dispergierbarkeit verbessert werden. Die Zugabe zu Farben und Tinten kann deren Oberflächenspannung verringern, die Benetzbarkeit verbessern, Blasenbildung verhindern und die Farbe gleichmäßiger machen.

(5) Andere Anwendungen

Der Zusatz von fluorierten Tensiden zum Bohnerwachs kann den Glanz des Bodens verbessern, seine Abriebfestigkeit erhöhen und seine umweltfreundlichen Eigenschaften erhöhen. Fluorierte Tenside können auch als Ölrückgewinnungshilfen, Ölsammler auf der Meeresoberfläche, Metallkorrosionsinhibitoren und Metallglanzbehandlungsmittel verwendet werden.