ما هي خصائص ومجالات تطبيق المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة؟

2025-03-25 07:36:57

I. خصائص المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة

المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة (المختصرة بـ FS) هي نوع خاص من المواد الخافضة للتوتر السطحي التي تم تسويقها تدريجيًا في السنوات الأخيرة. على عكس المواد الخافضة للتوتر السطحي العادية، تستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة بشكل رئيسي مجموعات البيرفلوروألكيل أو البيرفلوروفينيل، أو مجموعات ألكيل مفلورة جزئيًا باعتبارها الجزء الكاره للماء من المادة الخافضة للتوتر السطحي، ثم تقدم مجموعات ربط مناسبة ومجموعات محبة للماء حسب الحاجة. اعتمادًا على طبيعة المجموعة المحبة للماء، يمكن تحضير سلسلة مختلفة من منتجات الفاعل بالسطح المفلورة مثل الأنواع الأنيونية، والكاتيونية، وغير الأيونية، والمذبذبة.

بسبب البنية الخاصة للمواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة، تحل ذرات الفلور محل ذرات الهيدروجين الموجودة في المجموعة الكارهة للماء من المواد الخافضة للتوتر السطحي العادية، مما يحول بنية روابط C-H إلى روابط C-F. ولذلك، فهو يعرض بعض الخصائص الممتازة الفريدة للفلوروكربونات، وله خصائص كارهة للماء وكارهة للزيوت. يعتمد النشاط السطحي العالي للمواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة على الكارهة المائية القوية للغاية لروابط الكربون والفلور الجزيئية والتماسك الجزيئي الداخلي المنخفض. يمكن أن يقلل من التوتر السطحي للماء إلى قيمة منخفضة جدًا، في حين أن التركيز المستخدم صغير جدًا. بشكل عام، يجب أن يتراوح تركيز تطبيق سلسلة الكربون والهيدروجين السطحي بين 0.1% و1%. في هذا الوقت، يمكن فقط تقليل التوتر السطحي للمحلول المائي إلى 30 إلى 35 داين/سم (1dyn = 10-3N/م). عندما تكون كمية الفاعل بالسطح لرابطة الكربون والفلور بين 0.005% و0.1%، يمكن تقليل التوتر السطحي للمحلول المائي إلى أقل من 20دينا/سم. بالإضافة إلى ذلك، تُظهر المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة أيضًا نشاطًا سطحيًا جيدًا في المذيبات العضوية، خاصة بعد إدخال البيرفلوروكتاناميد المستبدل بـ N، والذي يمكن أن يقلل التوتر السطحي لمذيبات الأسيتيلين الهيدروكربونية بمقدار 5 إلى 15 دينيم/سم. يرجع الثبات الحراري الممتاز والخمول الكيميائي الذي تظهره المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة بشكل أساسي إلى استبدال المجموعة الكارهة للماء من سلسلة الكربون والهيدروجين مع المجموعة الكارهة للماء من سلسلة الفلوروكربون. نظرًا لأن طاقة الرابطة C-F (116 كيلو كالوري/مول) أكبر من طاقة الرابطة C-H (99.5 كيلو كالوري/مول)، فإن الرابطة C-F أكثر استقرارًا من الرابطة CH وليس من السهل كسرها. أيضًا، نظرًا لأن ذرة الفلور أكبر من ذرة الهيدروجين، فإن رابطة CC-C محمية بتأثير التدريع لذرة الفلور، بحيث يتم أيضًا تثبيت طاقة الرابطة التي ليست عالية جدًا في الأصل لرابطة CC-C. وهذا يجعل المادة الخافضة للتوتر السطحي المفلورة تتمتع بثبات كيميائي وثبات حراري لا تتمتع به المادة الخافضة للتوتر السطحي الكربون والهيدروجين. على سبيل المثال: يمكن أن تكون درجة حرارة استخدام C9F17OC6H4SO3K حوالي 300 درجة مئوية، في حين تتم معالجة C9H17OC6H5 الوسيط عند 80 درجة مئوية في 50% حمض الكبريتيك أو 25% محلول مائي من هيدروكسيد الصوديوم لمدة 48 ساعة دون تحلل.

أظهرت الدراسات أن النشاط السطحي العالي للمواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة يرجع إلى قوى فان دير فال الصغيرة بين جزيئاتها. التوتر المطلوب لجزيئات الفاعل بالسطح للانتقال من المحلول المائي إلى سطح المحلول صغير، مما يؤدي إلى تراكم كبير لجزيئات الفاعل بالسطح على سطح المحلول، مما يشكل امتزازًا سطحيًا قويًا. هذه المركبات ليس لها ميل صغير للماء فحسب، بل لها أيضًا ميل صغير للهيدروكربونات. لذلك، فهي تشكل خصائص كارهة للماء وكارهة للزيوت، لكن تأثيرها على التوتر السطحي لواجهة الزيت/الماء ليس قويًا. إذا تم استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة مع المواد الخافضة للتوتر السطحي الهيدروكربونية، فيمكن امتصاص المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة بشكل انتقائي على سطح الماء لتقليل التوتر السطحي؛ بينما يمكن امتصاص المواد الخافضة للتوتر السطحي الهيدروكربونية على واجهة الزيت/الماء لتقليل التوتر السطحي، مما سيؤدي حتماً إلى تحسين قابلية بلل المحلول المائي.

ثانيا. تطبيق المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة

وبالنظر إلى خصائص المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة، فإنها تتمتع بقابلية تطبيق قوية في بعض المجالات، وخاصة في المجال الصناعي. تطبيقاتها الرئيسية هي كما يلي:

(1) التشتت

يمكن استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة كمشتتات أثناء بلمرة تشتت الفلوروريسينات المختلفة. تُستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة كمشتتات في بلمرة تشتت المستحلب للمونومرات المفلورة مثل رباعي فلورو إيثيلين، وثلاثي فلورو كلورو إيثيلين، وفلوريد الفينيليدين. في إضافات الطلاء الكهربائي، وعوامل التنظيف، وعوامل معالجة الأسطح الأخرى، يمكن الاستفادة من قابليتها العالية للتشتت.

(2) الجفاف، عامل الافراج

تتمتع المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة بخصائص تجفيف جيدة، وهو أمر مفيد جدًا لمعالجة الجفاف السطحي لبعض أنواع الطلاء الزخرفي. يمكن أيضًا استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة كعوامل إطلاق، والتي لا تتمتع فقط بخصائص إطلاق جيدة للبوليمرات البلاستيكية الحرارية، ولكن لها أيضًا خصائص إطلاق ممتازة للبوليمرات المتصلبة بالحرارة ومطاط السيليكون، ولا يوجد تلوث لقطعة العمل بعد إطلاقها، والتي يمكن إخضاعها مباشرة للمعالجة الثانوية (مثل الطباعة، والطلاء، واللصق، وما إلى ذلك)، ويمكن استخدامها عدة مرات بعد استخدام واحد. قام عامل التحرير المحضر من المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة بتكوين منتج متسلسل تدريجيًا، والذي يشتمل على أنواع ذات أساس مذيب وأنواع ذات أساس مائي. لا يمكن استخدامه فقط في صناعة معالجة اللدائن البوليمرية العضوية، ولكن أيضًا في صناعة معالجة الأجسام الصلبة (مثل النحاس، وسحب الأنابيب الفولاذية، والضغط، ومعالجة ختم الأجزاء المصبوبة بالقالب، وما إلى ذلك). في الوقت الحاضر، حظيت عوامل الإطلاق المفلورة (عالية الكفاءة) بإشادة كبيرة من قبل المستخدمين في الصناعات البلاستيكية والمطاطية وغيرها من الصناعات التحويلية.

(3) عامل الاستاتيكيه

يجمع العامل المضاد للكهرباء الساكنة المحضر من المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة بين وظائف التنظيف ومقاومة الغبار. بعد الاختبار من قبل الأقسام ذات الصلة: بعد معالجة سطح قاعدة لوح PVC، تنخفض مقاومة السطح من 1012Ω الأصلية إلى 108Ω. وهذا يقلل بشكل كبير من ظاهرة سهولة جذب سطح قاعدة الصفيحة للغبار بسبب الكهرباء الساكنة. إن استخدام هذه العوامل المضادة للكهرباء الساكنة لتنظيف سطح الأسطوانة والرأس المغناطيسي في مسجل الفيديو له تأثير أفضل بكثير من المنظفات العامة أو أشرطة التنظيف، ويمكن أن يطيل عمر خدمة الأسطوانة والرأس المغناطيسي. بعد التنظيف، يمكن زيادة حجم صوت الفيلم أو السجل الكثيف بمقدار 3 ديسيبل عند التشغيل. باستخدام هذه العوامل المضادة للكهرباء الساكنة، يمكن أيضًا تنظيف الأجهزة المنزلية والمنتجات البلاستيكية وشاشات التلفزيون وغيرها من الأثاثات المتطورة والأدوات الدقيقة ومقاومتها للغبار دون آثار جانبية.

(4) عامل التسوية

بعد إضافة كمية صغيرة من الفاعل بالسطح إلى منتجات مثل الأصباغ والطلاءات، يمكن أن يمنع التصلب ويحسن التشتت. يمكن أن تؤدي إضافته إلى الدهانات والأحبار إلى تقليل التوتر السطحي وتحسين قابلية البلل ومنع تكوين الفقاعات وجعل اللون أكثر تجانسًا.

(5) تطبيقات أخرى

يمكن أن تؤدي إضافة المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة إلى شمع الأرضيات إلى تحسين لمعان الأرضية وزيادة مقاومتها للتآكل وخصائصها المضادة للتلوث. يمكن أيضًا استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة في أدوات مساعدة استعادة النفط، ومجمعات النفط على سطح البحر، ومثبطات تآكل المعادن، وعوامل معالجة البريق المعدني.