Quelles sont les caractéristiques et les domaines d’application des tensioactifs fluorés ?

2025-03-25 07:36:57

I. Caractéristiques des Tensioactifs fluorés

Les Tensioactifs fluorés (en abrégé FS) sont un type particulier de tensioactifs qui a été progressivement commercialisé ces dernières années. Contrairement aux tensioactifs ordinaires, les tensioactifs fluorés utilisent principalement des groupes perfluoroalkyle ou perfluorovinyle, ou des groupes alkyle partiellement fluorés comme partie hydrophobe du tensioactif, puis introduisent des groupes de liaison et des groupes hydrophiles appropriés si nécessaire. En fonction de la nature du groupe hydrophile, différentes séries de produits tensioactifs fluorés tels que les types anioniques, cationiques, non ioniques et amphotères peuvent être préparées.

En raison de la structure particulière des tensioactifs fluorés, les atomes de fluor remplacent les atomes d'hydrogène sur le groupe hydrophobe des tensioactifs ordinaires, transformant la structure des liaisons C-H en liaisons C-F. Par conséquent, il présente d’excellentes propriétés uniques aux fluorocarbones et possède des caractéristiques à la fois hydrophobes et oléophobes. L'activité de surface élevée des tensioactifs fluorés dépend de l'hydrophobicité extrêmement forte de leurs liaisons moléculaires carbone-fluor et de la plus faible cohésion moléculaire interne. Il peut réduire la tension superficielle de l’eau à une valeur très faible, alors que la concentration utilisée est très faible. Généralement, la concentration d'application des tensioactifs à chaîne carbone-hydrogène doit être comprise entre 0,1 % et 1 %. A ce moment, la tension superficielle de la solution aqueuse ne peut être réduite qu'à 30 à 35dyn/cm (1dyn = 10-3N/m). Lorsque la quantité de tensioactif de liaison carbone-fluor est comprise entre 0,005 % et 0,1 %, la tension superficielle de la solution aqueuse peut être réduite à moins de 20 dyn/cm. De plus, les tensioactifs fluorés présentent également une bonne activité de surface dans les solvants organiques, en particulier après l'introduction de perfluorooctanamide N-substitué, qui peut réduire la tension superficielle des solvants hydrocarbures acétylènes de 5 à 15 dyn/cm. L'excellente stabilité thermique et l'inertie chimique présentées par les tensioactifs fluorés sont principalement dues à la substitution du groupe hydrophobe de la chaîne carbone-hydrogène par le groupe hydrophobe de la chaîne fluorocarbonée. Étant donné que l'énergie de liaison de la liaison C-F (116 kcal/mol) est supérieure à celle de la liaison C-H (99,5 kcal/mol), la liaison C-F est plus stable que la liaison C-H et n'est pas facile à rompre. De plus, comme l'atome de fluor est plus gros que l'atome d'hydrogène, la liaison C-C est protégée par l'effet de protection de l'atome de fluor, de sorte que l'énergie de liaison initialement peu élevée de la liaison C-C est également stabilisée. Cela confère au tensioactif fluoré une stabilité chimique et une stabilité thermique que le tensioactif carbone-hydrogène ne possède pas. Par exemple : La température d'utilisation du C9F17OC6H4SO3K peut être d'environ 300°C, tandis que l'intermédiaire C9H17OC6H5 est traité à 80°C dans une solution aqueuse à 50 % d'acide sulfurique ou à 25 % d'hydroxyde de sodium pendant 48 heures sans décomposition.

Des études ont montré que l'activité de surface élevée des tensioactifs fluorés est due aux faibles forces de Van der Waals entre leurs molécules. La tension requise pour que les molécules de tensioactif se déplacent de la solution aqueuse à la surface de la solution est faible, ce qui entraîne une grande accumulation de molécules de tensioactif à la surface de la solution, formant une forte adsorption de surface. Ces composés ont non seulement une faible affinité pour l’eau, mais également une faible affinité pour les hydrocarbures. Par conséquent, ils présentent des caractéristiques à la fois hydrophobes et oléophobes, mais leur effet sur la tension interfaciale de l’interface huile/eau n’est pas fort. Si des tensioactifs fluorés sont utilisés en combinaison avec des tensioactifs hydrocarbonés, les tensioactifs fluorés peuvent être adsorbés sélectivement à la surface de l'eau pour réduire la tension superficielle ; tandis que les tensioactifs d'hydrocarbures peuvent être adsorbés sur l'interface huile/eau pour réduire la tension interfaciale, ce qui améliorera inévitablement la mouillabilité de la solution aqueuse.

II. Application de tensioactifs fluorés

Compte tenu des caractéristiques des tensioactifs fluorés, ils présentent une forte applicabilité dans certains domaines, notamment dans le domaine industriel. Ses principales applications sont les suivantes :

(1) Dispersibilité

Les tensioactifs fluorés peuvent être utilisés comme dispersants lors de la polymérisation en dispersion de diverses résines fluorées. Les tensioactifs fluorés sont utilisés comme dispersants dans la polymérisation en dispersion en émulsion de monomères fluorés tels que le tétrafluoroéthylène, le trifluorochloroéthylène et le fluorure de vinylidène. Dans les additifs de galvanoplastie, les agents de nettoyage et autres agents de traitement de surface, leur haute dispersibilité peut être utilisée.

(2) Déshydratation, agent de démoulage

Les tensioactifs fluorés ont de bonnes propriétés de déshydratation, ce qui est très utile pour le traitement de déshydratation de surface de certains types de placages décoratifs. Les tensioactifs fluorés peuvent également être utilisés comme agents de démoulage, qui ont non seulement de bonnes propriétés de démoulage pour les polymères thermoplastiques, mais ont également d'excellentes propriétés de démoulage pour les polymères thermodurcissables et les élastomères de Caoutchouc de silicone, et il n'y a aucune pollution de la pièce après démoulage, qui peut être directement soumise à un traitement secondaire (tel que l'impression, la peinture, le collage, etc.), et peut être utilisée plusieurs fois après une seule utilisation. L'agent de démoulage préparé à partir de tensioactifs fluorés a progressivement formé un produit sérialisé, qui comprend des types à base de solvant et à base d'eau. Il peut être utilisé non seulement dans l'industrie de transformation des élastomères polymères organiques, mais également dans l'industrie de transformation des corps rigides (tels que le cuivre, l'étirage de tuyaux en acier, le pressage, le traitement d'emboutissage de pièces moulées sous pression, etc.). À l'heure actuelle, les agents de démoulage fluorés (à haute efficacité) ont été très appréciés par les utilisateurs des industries du plastique, du caoutchouc et d'autres industries de transformation.

(3) Agent antistatique

L'agent antistatique préparé à partir de tensioactifs fluorés combine des fonctions nettoyantes et anti-poussière. Après test par les services concernés : une fois la surface de la base en feuille de PVC traitée, sa résistance de surface passe de 1 012 Ω d'origine à 108 Ω. Cela réduit considérablement le phénomène selon lequel la surface de la base en feuille attire facilement la poussière due à l'électricité statique. L'utilisation de tels agents antistatiques pour nettoyer la surface du tambour et de la tête magnétique dans le magnétoscope a un bien meilleur effet que les nettoyants généraux ou les bandes de nettoyage, et peut prolonger la durée de vie du tambour et de la tête magnétique. Après le nettoyage, le volume sonore du film ou du disque dense peut être augmenté de 3 dB lors de la lecture. En utilisant de tels agents antistatiques, les appareils électroménagers, les produits en plastique, les écrans de télévision et autres meubles et instruments de précision haut de gamme peuvent également être nettoyés et protégés de la poussière sans effets secondaires.

(4) Agent de nivellement

Après avoir ajouté une petite quantité de tensioactif à des produits tels que des pigments et des revêtements, il peut empêcher la solidification et améliorer la dispersibilité. L'ajouter aux peintures et aux encres peut réduire leur tension superficielle, améliorer la mouillabilité, empêcher la formation de bulles et rendre la couleur plus uniforme.

(5) Autres applications

L'ajout de tensioactifs fluorés à la cire pour sol peut améliorer la brillance du sol, augmenter sa résistance à l'usure et ses propriétés anti-pollution. Les tensioactifs fluorés peuvent également être utilisés comme aides à la récupération du pétrole, comme collecteurs de pétrole à la surface de la mer, comme inhibiteurs de corrosion des métaux et comme agents de traitement de l'éclat des métaux.