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

2025-04-09 08:47:51

I. Caractéristiques des Tensioactifs fluorés

Les Tensioactifs fluorés (en abrégé FS) sont des tensioactifs dotés de propriétés particulières qui ont été progressivement commercialisés ces dernières années. Différent des tensioactifs ordinaires, les tensioactifs fluorés utilisent principalement des groupes perfluoroalkyle, perfluoroalcényle ou alkyle partiellement fluorés comme partie hydrophobe du tensioactif. Ensuite, des groupes de liaison et des groupes hydrophiles appropriés sont introduits selon les besoins. Selon la nature des groupes hydrophiles, différentes séries de produits tensioactifs fluorés tels que les types anioniques, cationiques, non ioniques et amphotères sont préparées respectivement.

En raison de la structure particulière des tensioactifs fluorés, les atomes de fluor remplacent les atomes d'hydrogène sur les groupes hydrophobes des tensioactifs ordinaires, transformant la structure de la liaison C-H en forme de liaison C-F. Par conséquent, il présente d’excellentes propriétés uniques aux fluorocarbones et, en même temps, il présente les caractéristiques d’être à la fois hydrophobe et oléophobe. L'activité de surface élevée des tensioactifs fluorés dépend de l'hydrophobie extrêmement forte des liaisons carbone-fluor dans leurs molécules et de la faible cohésion intermoléculaire. Il peut réduire la tension superficielle de l’eau à une valeur très faible tout en utilisant une très faible concentration. Généralement, la concentration d'application de tensioactifs à chaîne hydrocarbonée 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 - 35 dyn/cm (1 dyn = 10⁻³ N/m). Lorsque le dosage de tensioactifs à chaîne fluorocarbonée est compris 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. Surtout lorsque du perfluorooctamide N-substitué est introduit, il peut réduire la tension superficielle des solvants hydrocarbonés de 5 à 15 dyn/cm. L'excellente stabilité thermique et l'inertie chimique présentées par les tensioactifs fluorés sont principalement dues au fait qu'après que le groupe hydrophobe à chaîne fluorocarbonée ait remplacé le groupe hydrophobe à chaîne hydrocarbonée, 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, une fois que les atomes de fluor ont remplacé les atomes d'hydrogène, en raison du plus grand volume d'atomes de fluor que d'atomes d'hydrogène, la liaison C-C est protégée par l'effet de protection des atomes de fluor, de sorte que la liaison C-C avec une énergie de liaison initialement pas trop élevée est également stabilisée. Ainsi, les tensioactifs fluorés ont une stabilité chimique et une stabilité thermique que les tensioactifs hydrocarbonés n'ont pas. Par exemple, la température d'utilisation de C₉F₁₇OC₆H₄SO₃K peut être d'environ 300 °C, et l'intermédiaire C₉H₁₇OC₆H₅ de ce composé ne se décomposera pas lorsqu'il est traité dans une solution aqueuse à 50 % d'acide sulfurique ou à 25 % d'hydroxyde de sodium à 80 °C pendant 48 heures.

La recherche montre que l'activité de surface élevée des tensioactifs fluorés est due à la faible force 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 agrégation à grande échelle de molécules de tensioactif sur la surface de la solution, formant une forte adsorption de surface. Et ces composés ont non seulement une faible affinité pour l’eau mais également une faible affinité pour les hydrocarbures. Par conséquent, ils présentent les caractéristiques d’être à la fois hydrophobes et oléophobes. Cependant, son effet sur la tension interfaciale à l’interface huile/eau n’est pas important. 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 hydrocarbonés peuvent être adsorbés à l'interface huile/eau pour réduire la tension interfaciale. Cela améliorera sûrement la mouillabilité de la solution aqueuse.

II. Applications des tensioactifs fluorés

Compte tenu des caractéristiques des tensioactifs fluorés, ils ont une forte applicabilité dans certains domaines, notamment dans le domaine industriel aux utilisations diverses. Les principales applications sont les suivantes :

(1) Dispersibilité

Les tensioactifs fluorés peuvent être utilisés comme dispersants dans la polymérisation en dispersion de diverses résines fluorées. Les tensioactifs fluorés sont utilisés comme dispersants dans la polymérisation en émulsion-dispersion de monomères contenant du fluor tels que le tétrafluoroéthylène, le chlorotrifluoroéthylène et le fluorure de vinylidène. Leur haute dispersibilité peut être utilisée dans les agents de traitement de surface tels que les additifs de galvanoplastie et les agents de nettoyage.

(2) Agents de déshydratation et de démoulage

Les tensioactifs fluorés ont une bonne imperméabilité à l'eau, 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. Ils ont non seulement de bonnes propriétés de démoulage pour les polymères thermoplastiques, mais également d'excellentes propriétés de démoulage pour les polymères thermodurcissables et les élastomères de caoutchouc contenant du silicone. Et il n'y a pas de pollution sur les pièces démoulées, et un traitement secondaire (tel que l'impression, la peinture, le collage, etc.) peut être effectué directement, et plusieurs démoulages peuvent être réalisés en une seule utilisation. Les agents de démoulage préparés à partir de tensioactifs fluorés ont progressivement formé une série de produits, notamment 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 (comme l'étirage de tuyaux en cuivre et en acier, le pressage de broches, l'emboutissage de pièces moulées sous pression, etc.). Actuellement, les agents de démoulage contenant du fluor (haute efficacité) ont été très appréciés par les utilisateurs des industries de transformation des plastiques et des caoutchoucs.

(3) Agents antistatiques

L'agent antistatique préparé à partir de tensioactifs fluorés, qui combine des fonctions de nettoyage et de protection contre la poussière, a été testé par les services concernés : après traitement de surface de la base du film PVC, sa résistance de surface est réduite de 10¹² Ω d'origine à 10⁸ Ω. En conséquence, le phénomène d'absorption facile de la poussière dû à l'électricité statique sur la surface de base du film est considérablement réduit. L'utilisation de ce type d'agent antistatique pour nettoyer la surface du tambour magnétique et de la tête magnétique dans un magnétoscope a un bien meilleur effet que les agents de nettoyage ordinaires ou les bandes de nettoyage et peut prolonger la durée de vie du tambour magnétique et de la tête magnétique. Après avoir nettoyé le film ou le disque phonographique, le volume peut être augmenté de 3 dB pendant la lecture. Ce type d'agent antistatique peut également être utilisé pour le nettoyage des surfaces et la protection contre la poussière des appareils électroménagers, des produits en plastique, des écrans de télévision et d'autres meubles et instruments de précision haut de gamme sans effets secondaires.

(4) Agents de nivellement

L'ajout d'une petite quantité de tensioactifs à des produits tels que des pigments et des revêtements peut empêcher la solidification et améliorer la dispersibilité. Leur ajout aux revêtements et aux encres peut réduire leur tension superficielle, améliorer la mouillabilité, empêcher la génération de bulles et rendre la couleur plus uniforme.

(5) Autres applications

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