Was sind die Eigenschaften und Anwendungsgebiete von Fluortensiden?

2025-04-09 08:47:51

I. Eigenschaften von FluorTensiden

FluorTenside (kurz FS) sind Tenside mit besonderen Eigenschaften, die in den letzten Jahren schrittweise kommerzialisiert wurden. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Tensiden verwenden Fluortenside hauptsächlich Perfluoralkyl-, Perfluoralkenyl- oder teilweise fluorierte Alkylgruppen als hydrophoben Teil des Tensids. Anschließend werden nach Bedarf geeignete Verbindungsgruppen und hydrophile Gruppen eingeführt. Je nach Art der hydrophilen Gruppen werden verschiedene Serien von Fluortensidprodukten wie anionische, kationische, nichtionische und amphotere Typen hergestellt.

Aufgrund der besonderen Struktur von Fluortensiden ersetzen Fluoratome die Wasserstoffatome an den hydrophoben Gruppen gewöhnlicher Tenside und wandeln die Struktur der C-H-Bindung in die CF-Bindungsform um. Daher weist es einige hervorragende Eigenschaften auf, die nur Fluorkohlenwasserstoffe bieten, und weist gleichzeitig die Eigenschaften auf, sowohl hydrophob als auch oleophob zu sein. Die hohe Oberflächenaktivität von Fluortensiden beruht auf der extrem starken Hydrophobie der Kohlenstoff-Fluor-Bindungen in ihren Molekülen und der geringen intermolekularen Kohäsion. Es kann die Oberflächenspannung von Wasser bei Verwendung einer sehr geringen Konzentration auf einen sehr niedrigen Wert reduzieren. Im Allgemeinen muss die Anwendungskonzentration von Tensiden mit Kohlenwasserstoffkette zwischen 0,1 % und 1 % liegen. Zu diesem Zeitpunkt kann die Oberflächenspannung der wässrigen Lösung nur auf 30 - 35 dyn/cm (1 dyn = 10⁻³ N/m) reduziert werden. Wenn die Dosierung von Fluorkohlenstoffketten-Tensiden zwischen 0,005 % und 0,1 % liegt, kann die Oberflächenspannung der wässrigen Lösung auf weniger als 20 dyn/cm reduziert werden. Darüber hinaus zeigen Fluortenside auch in organischen Lösungsmitteln eine gute Oberflächenaktivität. Insbesondere wenn N-substituiertes Perfluoroctamid eingeführt wird, kann es die Oberflächenspannung von Kohlenwasserstofflösungsmitteln um 5–15 dyn/cm reduzieren. Die ausgezeichnete thermische Stabilität und chemische Inertheit, die Fluortenside aufweisen, ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass die CF-Bindung stabiler ist als die CH-Bindung und nicht leicht zu brechen ist, nachdem die hydrophobe Gruppe der Fluorkohlenstoffkette die hydrophobe Gruppe der Kohlenwasserstoffkette ersetzt hat, da die Bindungsenergie der CF-Bindung (116 kcal/mol) größer ist als die der CH-Bindung (99,5 kcal/mol). Auch nachdem Fluoratome Wasserstoffatome ersetzt haben, wird aufgrund des größeren Volumens der Fluoratome als der Wasserstoffatome die C-C-Bindung durch die Abschirmwirkung der Fluoratome geschützt, so dass auch die C-C-Bindung mit ursprünglich nicht zu hoher Bindungsenergie stabilisiert wird. Somit weisen Fluortenside eine chemische Stabilität und thermische Stabilität auf, die Kohlenwasserstofftenside nicht haben. Beispielsweise kann die Verwendungstemperatur von C₉F₁₇OC₆H₄SO₃K etwa 300 °C betragen, und das Zwischenprodukt C₉H₁₇OC₆H₅ dieser Verbindung zersetzt sich nicht, wenn es 48 Stunden lang in 50 %iger Schwefelsäure oder 25 %iger wässriger Natriumhydroxidlösung bei 80 °C behandelt wird.

Untersuchungen zeigen, dass die hohe Oberflächenaktivität von Fluortensiden auf die kleine Van-der-Waals-Kraft zwischen ihren Molekülen zurückzuführen ist. Die Spannung, die erforderlich ist, damit sich Tensidmoleküle von der wässrigen Lösung zur Lösungsoberfläche bewegen, ist gering, was zu einer großflächigen Aggregation von Tensidmolekülen auf der Lösungsoberfläche führt und eine starke Oberflächenadsorption erzeugt. Und solche Verbindungen haben nicht nur eine geringe Affinität zu Wasser, sondern auch eine geringe Affinität zu Kohlenwasserstoffen. Daher weisen sie die Eigenschaften auf, sowohl hydrophob als auch oleophob zu sein. Allerdings ist sein Einfluss auf die Grenzflächenspannung an der Öl/Wasser-Grenzfläche nicht stark. Wenn Fluortenside in Kombination mit Kohlenwasserstofftensiden verwendet werden, können Fluortenside selektiv an der Wasseroberfläche adsorbiert werden, um die Oberflächenspannung zu verringern, während Kohlenwasserstofftenside an der Öl/Wasser-Grenzfläche adsorbiert werden können, um die Grenzflächenspannung zu reduzieren. Dies wird sicherlich die Benetzbarkeit der wässrigen Lösung verbessern.

II. Anwendungen von Fluortensiden

Aufgrund der Eigenschaften von Fluortensiden sind sie in bestimmten Bereichen gut anwendbar, insbesondere im industriellen Bereich mit unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten. Die Hauptanwendungen sind wie folgt:

(1) Dispergierbarkeit

Fluortenside können als Dispergiermittel bei der Dispersionspolymerisation verschiedener Fluorharze verwendet werden. Fluortenside werden als Dispergiermittel in der Emulsion – Dispersionspolymerisation von Fluor – verwendet, die Monomere wie Tetrafluorethylen, Chlortrifluorethylen und Vinylidenfluorid enthält. Ihre hohe Dispergierbarkeit kann in Oberflächenbehandlungsmitteln wie Galvanikadditiven und Reinigungsmitteln genutzt werden.

(2) Entwässerungs- und Trennmittel

Fluortenside haben eine gute wasserabweisende Wirkung, was für die Oberflächenentwässerungsbehandlung einiger dekorativer Beschichtungsarten sehr hilfreich ist. Als Trennmittel können auch Fluortenside eingesetzt werden. Sie verfügen nicht nur über gute Trenneigenschaften für thermoplastische Polymere, sondern auch über hervorragende Trenneigenschaften für duroplastische Polymere und silikonhaltige Gummielastomere. Und es entsteht keine Verschmutzung der entformten Werkstücke, eine Nachbearbeitung (z. B. Drucken, Lackieren, Kleben etc.) kann direkt durchgeführt werden und es können mehrere Entformungen mit einem einzigen Einsatz erreicht werden. Aus Fluortensiden hergestellte Trennmittel haben nach und nach eine Reihe von Produkten gebildet, darunter Typen auf Lösungsmittel- und Wasserbasis. Es kann nicht nur in der Verarbeitungsindustrie organischer Polymerelastomere eingesetzt werden, sondern auch in der Verarbeitungsindustrie starrer Körper (z. B. Ziehen von Kupfer- und Stahlrohren, Stiftpressen, Stanzen von Druckgussteilen usw.). Derzeit werden fluorhaltige (hochwirksame) Trennmittel von Anwendern in der Kunststoff- und Gummiverarbeitungsindustrie hoch gelobt.

(3) Antistatische Mittel

Das aus Fluortensiden hergestellte Antistatikmittel, das Reinigungs- und Staubschutzfunktionen vereint, wurde von zuständigen Abteilungen getestet: Nach der Oberflächenbehandlung des PVC-Folienträgers verringert sich sein Oberflächenwiderstand von ursprünglich 10¹² Ω auf 10⁸ Ω. Dadurch wird das Phänomen der leichten Staubaufnahme aufgrund statischer Elektrizität auf der Filmbasisoberfläche erheblich reduziert. Die Reinigung der Oberfläche der Magnettrommel und des Magnetkopfes eines Videorecorders mit einem solchen Antistatikmittel hat eine wesentlich bessere Wirkung als herkömmliche Reinigungsmittel oder Reinigungsbänder und kann die Lebensdauer der Magnettrommel und des Magnetkopfes verlängern. Nach der Reinigung des Films oder der Schallplatte kann die Lautstärke während der Wiedergabe um 3 dB erhöht werden. Diese Art von Antistatikmittel kann auch zur Oberflächenreinigung und Staubabdichtung von Haushaltsgeräten, Kunststoffprodukten, Fernsehbildschirmen und anderen hochwertigen Möbeln und Präzisionsinstrumenten ohne Nebenwirkungen verwendet werden.

(4) Ausgleichsmittel

Die Zugabe einer kleinen Menge Tenside zu Produkten wie Pigmenten und Beschichtungen kann die Verfestigung verhindern und die Dispergierbarkeit verbessern. Ihre Zugabe zu Beschichtungen und Tinten kann deren Oberflächenspannung verringern, die Benetzbarkeit verbessern, die Bildung von Blasen verhindern und die Farbe gleichmäßiger machen.

(5) Andere Anwendungen

Der Zusatz von Fluortensiden zum Bohnerwachs kann den Glanz des Bodens verbessern, seine Abriebfestigkeit und seine Antiverschmutzungseigenschaften erhöhen. Fluortenside können auch als Hilfsstoffe für die Ölförderung, Ölsammelmittel auf der Meeresoberfläche, Metallkonservierungsmittel und Metallglanzbehandlungsmittel usw. verwendet werden.