Вещества
ВЕЩЕСТВА
(фторированные ПАВ, ФПАВ, фгортензиды), поверхностно-активные вещества, неполярная
часть молекул к-рых содержит фторуглеродный радикал. На ФПАВ распространяется
классификация ПАВ, а также номенклатура и классификация фторорганических
соединений.
Различают полностью (перфторированные)
и неполностью фторированные (полифторированные) ФПАВ. В отдельную группу можно
выделить "гибридные" ФПАВ - соед. с пер-фторированными (RF)
и углеводородными радикалами.
Наиб. значение имеют след,
группы ФПАВ, содержащие во фторированном радикале 6-12 атомов С:-RFCOOM
(M-Na, К, NH4), RFCON(R)CH2COOH, RFCON(R)C2H4(OC2H4)mOH,
RFSO3H, RFSO2NH2, RFSO2N(R)CH2COOH,
RFSO2N(R)CH2CH2OH, RFSO2N(R)C2H4(OC2H4)mOH,
[RFS02NH(CH2)nNR3]+X-,
RFSO2N(CH2)nN+(R)2C2H4COO-,
C3F7O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)COOM
(n = 0-2), RFCH2CH2COOM, RFC2H4(OCH2CH2)mOH,
RFOC6H4SO3M, RFOC6H4SO2NH(CH2)nN+R3Cl-.
ФПАВ синтезируют гл. обр.
из фгорангидридов перфторал-канкарбоновых к-т и перфторалкансульфокислот, а
также из перфторполиэфиркарбоновых к-т, получаемых анионной олигомеризацией
гексафторпропиленоксида. Для нек-рых ФПАВ исходными продуктами м. б. перфторолефины.
Св-ва ФПАВ по мн. параметрам
существенно отличаются от св-в нефторир. ПАВ, что обусловлено особенностями
природы фторуглеродного радикала. Атомы F образуют вокруг углеродной цепи более
плотную и одновременно более объемную оболочку, чем атомы H. Высокая энергия
связи С — F, а также защитный "экран" из атомов F, "изолирующий"
углеродную цепь от внеш. хим. воздействий, определяют высокую термич. и хим.
стойкость и чрезвычайно низкую когезию ФПАВ. Последнее обусловлено слабым межмол.
взаимод., проявляющимся, напр., в низком поверхностном натяжении 
р-ров ФПАВ и низким поверхностным натяжением смачивания (ас) твердых
пов-стей, покрытых адсорбционным слоем ФПАВ. Наиб. активные ФПАВ (производные
перфтороктановой к-ты и перфгоролигоэфиркарбоксилат аммония) снижают поверхностное
натяжение воды с 72,7 до 12-15 мН/м при концентрации порядка 10-3
моль/л, тогда как углеводородные ПАВ - лишь до 25-28 мН/м. Для пов-стей, покрытых
монослоем перфтордекановой к-ты, 
составляет 6 мН/м, покрытых монослоем 
гидроперфторундекановой к-ты - 15 мН/м.
Благодаря тому, что взаимод.
гидрофобных радикалов между собой и с молекулами растворяющей среды в случае
ФПАВ слабее, чем для нефторир. ПАВ, первые проявляют более высокую поверхностную
активность на границе водных р-ров с газовой средой; причем более высокая поверхностная
активность согласуется с более низкими значениями критич. концентраций мицеллообразования
(KKM, см. табл.).
КРИТИЧЕСКИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ
МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЯ ПЕРФОРИРОВАННЫХ И АНАЛОГИЧНЫХ НЕФТОРИРОВАННЫХ ПАВ
|
ФПАВ |
KKM, моль/л (т-ра,
0C) |
ПАВ |
KKM, моль/л (т-ра,
0C) |
||
|
C7F15COOK
C8F17COONa C8F17SO3Na |
2,70·10-2(30)
0,91·10-2(30) 0,85·10-2(75) |
C7H15COOK
C8H17COONa C8H17SO3Na |
39,5·10-2(25)
16,0·10-2(20) 17,7·10-2(50) |
||
ФПАВ проявляют не только
исключительно высокую гид-рофобность, но и не свойственную другим ПАВ олеофоб-ность.
В отличие от ПАВ, они поверхностно-активны в углеводородных маслах и р-рителях,
существенно понижая и без того невысокое поверхностное натяжение последних.
Наличие полярной группы ФПАВ при этом не играет существенной роли; лиофобной
и лиофильной частями дифильной молекулы в этом случае являются соотв. перфторуглеродный
и углеводородный радикалы. Так, N-замещенные амиды пер-фторалкановых к-т, представляющие
собой "гибридные" фторуглерод-углеводородные ПАВ, снижают поверхностное
натяжение минерального масла с 30 до 18-19 мН/м (при 25 0C), а жидкого
парафина с 24 до 12-15 мН/м (100 0C).
При высокой поверхностной
активности на границе водного р-ра с газовой фазой ФПАВ из-за олеофобности перфтор-углеродной
цепи проявляют весьма низкую поверхностную активность на межфазной границе вода
- углеводородная жидкость.
При необходимости одновременного снижения поверхностного (межфазного) натяжения
на границе водной фазы с воздухом и углеводородом используют смесь ФПАВ и ПАВ;
первое более активно на пов-сти раздела вода - воздух, второе - на пов-сти раздела
вода - углеводород. Такое применение смеси в-в необходимо для соблюдения условий
полного смачивания и растекания воды тонкой пленкой по пов-сти тел с
низкой поверхностной энергией.
В пром-сти ФПАВ используют
в технол. процессах и в составе ряда материалов и продуктов гл. обр. техн. назначения,
где нефторир. ПАВ не эффективны или не выдерживают действия высоких т-р или
агрессивной среды. Аммониевые соли перфторнонановой и перфторполиэфиркарбоно-вых
к-т - эмульгаторы при получении политетрафторэтилена и поливинилиденфторида
методом эмульсионной полимеризации; соли перфторсульфокислот - добавки в гальванич.
ванны при электролитич. травлении или электроосаждении металлов для повышения
качества гальванич. покрытия и сокращения потерь р-ра электролита. Препараты
"Хромин" (таблетированная смесь перфторэтилцик-логексансульфоната
4-C2F5C6F11SO3Na и Na2CO3)
и "Хромо-ксан" [основа - перфторолигоэфирсульфонат CF3CF2OCF2CF(CF3)OCF2CF2SO3Na]
применяют при электролитич. хромировании металлов. ФПАВ - компоненты наиб. эффективных
пленкообразующих ср-в пожаротушения, напр. типа "легкой воды" (активные
компоненты - четвертичные аммониевые соли аминоалкиламидов перфторкарбо-новых
к-т и перфторалкансульфокислот): благодаря способности вызывать растекание воды
по пов-сти моторных топ-лив, мазута, битумов, спиртов, орг. к-т и др. незаменимы
при тушении горящих нефтепродуктов и орг. материалов; применяют в виде воздушно-мех.
пены, часто в сочетании с др. компонентами, напр. ПАВ. Многие ФПАВ - ср-ва гидро-
и олеофобизации разл. материалов (текстиля, кожи, пластмасс), придающие им незагрязняемость,
влагостойкость, коррозионную стойкость, а также ср-ва (напр., "Эпилам"),
предотвращающие растекание масел по пов-сти металла, увеличивающие износостойкость
металлорежущего инструмента, улучшающие смазочное действие машинного масла.
ФПАВ не подвержены разложению
микроорганизмами; поэтому их пром. применение требует соблюдения строгих мер
экологич. защиты.
Лит.: Шиц Л.А.,
в кн.: Поверхностно-активные вещества, Справочник, под ред. А.А. Абрамзона,
Г.М. Гаевого, Л., 1979, с. 232-39, 241-66; Промышленные фторорганические продукты.
Справочник, Л., 1990, с. 367-403; Мацу о M., О то с и С., в кн.: Соединения
фтора: синтез и применение, под ред. H. Исикава, пер. с япон., M., 1990, с.
157-82. Л.А. Шиц.
