氟碳表面活性剂的结构性能与应用

氟碳表面活性剂的结构性能与应用

李喜华 2070155

摘要：氟碳表面活性剂是一类特种表面活性剂，具有非常优异的性能，文章介绍了其结构性能，主要合成工艺以及在工业中广泛应用。

关键词：氟碳表面活性剂工业助剂新型助剂

1 氟碳表面活性剂

表面活性剂是一类化学物质，它在溶剂中（通常是水）少量加入即大量降低溶液的表面张力、改变体系界面状态，从而产生一系列可应用的性质。表面活性剂是在表面上或界面上起作用的物质。

含氟表面活性剂（Fluor surfactant，以下简称FS）是20世纪60年代研制开发的一类特种表面活性剂。通常，表面活性剂的疏水基是由碳氢链组成的，而含氟表面活性剂的疏水基主要是由碳和氟两种元素组成。由于结构上的特殊性，以氟原子取代了普通表面活性剂中疏水基团上的氢原子，把C-H键的结构转变为C-F 键的形式，因此它显示出氟碳烃所特有的一些优良性能，同时它具有既憎水又憎油的特性。FS的高表面活性，取决于其分子中碳氟键所具有的极强的疏水性及较低的分子内聚力。它能使水的表面张力降到很低的数值，而使用的浓度却很小。

一般碳氢表面活性剂在溶液中的质量分数为0.1 %～1.0 %范围才可使水的表面张力下降到30 mN/m～35 mN/m。碳氟表面活性剂在溶液中的质量分数为0.005 %～0.1 %时 , 就可使水的表面张力下降至20 mN/m以下，甚至到15 mN/ m 左右。碳氟表面活性剂如此突出的高表面活性以致其水溶液可在烃油表面铺展[1]。

另外氟碳表面活性剂在有机溶剂中也显示出良好的表面活性，特别是引入了N-取代的全氟辛酰胺类，它能使碳氢烃类溶剂降低表面张力5～15 mN/m，FS所体现出的优良的热稳定性及化学惰性，主要是由于氟碳链憎水基取代碳氢链的憎水基后，由于C-F键的键能（116 千卡/摩尔）大于C-H键的键能（99.5千卡/摩尔），因此C-F 键要比C-H 键稳定，不易断裂。又由于氟原子取代氢原子后，因氟原子的体积比氢原子大，使得C-C 键因氟原子的屏蔽作用而得到保护，所以使原来键能不太高的C-C 键也稳定了，这样使得C-C 键也稳定了，这使得FS具有碳氢表面活性剂所没有的化学稳定性及热稳定性。例如：C9F17OC6H4SO3K 的使用温度可在300℃左右，而此化合物的中间体C9F17OC6H5在50%的硫酸或25%的氢氧化钠水溶液中在80℃时处理48h 也不会分解。

有研究表明[2]，FS 的高表面活性是由于其分子间的范德华引力小造成的，活性剂分子从水溶液中移至溶液表面所需的张力小，导致了活性剂分子在溶液表面大量的聚集，形成强烈的表面吸附，而这类化合物不仅对水的亲和力小，而且对碳氢化合物的亲和力也较小，因此形成了既憎水又憎油的特性，但它对油/水界面的界面张力作用能力不强，如将FS 与碳氢表面活性剂复配使用，利用FS 能选择性地吸附在水的表面，使表面张力降低；而碳氢表面活性剂能吸附在油/水界面上，使界面张力降低，这样就必定会提高水溶液的润湿性能。

含氟表面活性剂的独特性能常被概括为“三高”、“两憎”，即高表面活性、高耐热稳定性及高化学稳定性，它的含氟烃基既憎水又憎油。含氟表面活性剂广泛应用于高聚物体系，作为添加剂具有各种不同的应用。

2 氟碳表面活性剂的分类与工业合成法

氟表面活性剂的分类基本与普通碳氢表面活性剂相同，按离子性分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子型表面活性剂和非离子表面活性剂。阴离子表面活性剂主要有羧酸盐型、磺酸盐型、硫酸酯盐型和磷酸酯盐型几大类；阳离子表面活性剂则主要是胺盐型和季胺盐型2大类，并以季胺盐类用途最广；两性离子型表面活性剂的阳离子为胺基、季胺和吡啶阳离子，阴离子多是羧酸基、磺酸基或硫酸酯基；

非离子表面活性剂主要是聚乙二醇型，但是可以根据使用的介质不同分为水溶液中使用型和碳氢非极性溶剂中使用型。

其主要合成工艺有三种：

2.1电解氟化法

电解氟化反应在Simons 电解槽中发生，电解电压要求低于8 V，电压过高则有可能使氟离子在阳极被氧化而生成单质氟释放出。电解过程中，在阴极产生氢气，有机物在阳极被氟化。电解氟化法制备的表面活性剂从原料上可分为脂肪族酰卤电解氟化和脂肪族磺酰卤电解氟化。

CnH2n+1COCl + (2n+2)HF →

CnH2n+1COF + HCl + 副产物，

CnH2n+1SO2Cl + (2n+2)HF →

CnH2n+1SO2F + HCl + 副产物。

电解氟化法缺点在于生产成本高；反应过程中存在有机物的碳- 碳键的断裂和环化，生成短链的副产物，产率只能达到10%～25%（全氟辛酰氟产率约10%，全氟辛基磺酰氟约25%）。由该合成工艺带来的环境问题也是制约该方法进一步发展的瓶颈。

2.2 氟烯烃调聚法

调聚反应是在自由基聚合催化剂的作用下，端基物（调聚剂）与不饱和双键的单体发生的加成聚合反应。该法最终产物为全氟碘代烷，通过进一步的反应制备成各种类型的氟表面活性剂：

调聚反应需要在加热加压和有催化剂存在的搪瓷或不锈钢反应釜中进行。该方法的的优点在于所制得的全氟烷基是直链结构，表面活性高。但是，调聚产物不是同一链长的目标中间体，而是不同链长的混合物。

2.3 氟烯烃齐聚法

齐聚法是由氟单体加成聚合生成齐聚物的方法，按合成原料可以分为：四氟乙烯齐聚法、六氟丙烯齐聚法和六氟丙烯环氧齐聚法。早在上世纪50 年代，美国的DuPont 公司已经制备出了六氟丙烯的二聚体和三聚体，但是直到上世纪70 年代，才最终确定了他们的结构。因此，该制备法是在上世纪70 年代后才发展成熟完善的[3]。

3 氟碳表面活性剂的主要用途

3.1脱模剂

凡能改善聚合物加工成形时的流动性或脱模性的物质称为脱模剂或润滑剂[4]。脱模剂附着在熔融聚合物表面或加工机械表面形成润滑分子层。润滑剂分子的极性基是朝向加工机械金属的，形成了界面上分子定向排列，并通过物理或化学吸附形成润滑剂多分子层。润滑剂分子内聚能低可降低摩擦力，防止高聚物粘在加工机械上。润滑剂分子应当与高聚物分子相容性差，在加工过程中容易从高聚物内部渗出，并黏附在高聚物与加工机械接触面上形成润滑剂分子层，使物料加工过程有良好的离辊性和脱模性，并保证制品表面光泽度。脱模剂要有良好的热稳定性、化学惰性和耐老化性，且不能腐蚀模具。

传统使用的脱模剂是碳氢表面活性剂或有机硅表面活性剂，它们的用量较大，制成品上常有残余脱模剂。含氟表面活性剂有更高的表面活性，作脱模剂时其含氟链定向排列在模具表面，形成不透湿、不粘的表面层，使脱模变得更容易，反复多次使用也不会污染模具和制成品。

由FS 制备或配料的脱模剂，不仅对热塑料高聚物有良好的脱模性，同时对热固性的高聚物及含硅类橡胶的弹性体质均具有优良的脱模性，并对脱模后的工件无污染现象，可直接进行二次加工（如：印刷、涂漆、粘粘等），并且使用一次即可多次脱模。由FS 制备的脱模剂已逐步形成系列化的产品，有溶剂型的，也有水剂型的，它不但可用于有机高分子弹性体的加工业，而且在钢性体的加工行业（如：铜、钢管的抽

拉、压针、压铸件的冲压加工等）也可使用[5]。

3.2表面改性剂

用油溶性含氟表面活性剂对橡胶表面进行处理，在其表面形成1层定向排列的憎水憎油的全氟烃基链，大大提高其表面的平滑性，降低表面的摩擦系数。在硅橡胶片表面涂上含碳氟表面活性剂的混合物，固化后得到的产品有良好的外观、优等的黏附性和硬度。

用含氟表面活性剂对橡胶表面进行处理还可以提高橡胶的防污性，如丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物弹性体和紫外稳定剂及质量分数为0.1%的非离子含氟表面活性剂混合后注模得到试片经室温24h老化，显示优良的防污性能。此外，在弹性体中加入含氟表面活性剂可以有效阻止其中增塑剂向弹性体表面扩散迁移，这时弹性体的表面是含碳氟表面活性剂的表面层[6]。

3.3抗静电剂

大多数高聚物材料都有绝缘性，因此摩擦过程产生的静电不易消失。由于静电引力或斥力影响，塑料加工时常易造成薄膜粘连，纤维加工时使纤维松散易断头，甚至人在化纤地毯和地板上行走时也会有触电感觉。表面活性剂的抗静电原理为：当表面活性剂定向吸附在高聚物表面时，如果是憎水基向外，形成表面抗静电分子层，这使高聚物表面平滑，减少磨擦产生静电的可能；如果是离子性亲水基向外，则形成导电分子层，当产生静电时，可通过离子导电消除静电，也可与磨擦产生的相反电荷互相中和而消除静电。非离子表面活性剂的抗静电作用在于它的亲水基有吸湿作用，降低表面电阻，避免电荷积累而消除静电。

含氟表面活性剂做抗静电剂的原理，主要是利用它在塑料橡胶等表面形成摩擦系数很低的全氟烃基链定向排列层，大大减少了摩擦过程中产生静电的可能。如阴离子氟表面活性剂可作

为橡胶抗静电组分。

3.4分散剂

FS在各种氟树脂的分散聚合时可作分散剂使用。在四氟乙烯，三氟氯乙烯，偏氟乙烯等含氟单体的乳化分散聚合中都使用了FS作分散剂。据粗略统计，到1980年左右，在四氟乙烯乳液聚合上所使用的FS的量约达80t/a左右。日本旭硝子公司统计，在80年代初，日本用于制造分散氟树脂的FS的量已达5t/a。另有研究报导，FS也可用于PVC的反应过程中[7]。

3.5灭火剂

水成膜泡沫灭火剂是一系列以FS为主要成分的灭火剂的总称。该灭火剂由于对油类火灾高效的灭火性能,自从20世纪60年代诞生以来,在发达国家油类灭火剂市场发展迅速。它利用碳氟表面活性剂高效的憎水、憎油性质,极大限度地降低水的表面张力,同时也可降低水油的界面张力,使得水可以飘浮在油上,达到隔绝油层与空气的目的,从而完成灭火过程[8]。

FS 在灭火剂上的应用可分为“轻水”灭火剂、氟蛋白泡沫灭火剂和抗极性溶剂灭火剂三种，其完全控止火的时间可在90 秒以内，有的可降至45秒以下。

3.6流平剂

在颜料、涂料等产品中加入少量FS 后，可防止结固现象，改善分散性。加入涂料及油墨内可降低其表面张力，提高润湿性，并防止产生气泡，且使色泽更均匀。

3.7防水防油剂

由FS 所制备出的防水防油剂，对天然或合成的纤维及其制品进行表面处理后，可使该纤维或制品既有防水、防油的性能，又不影响其本身的物理特性。由防水防油剂处理后的一次性纸质餐具已进入市场供应，解决了白色污染所造成的环境危害。

3.8其它应用

把FS 加入地板蜡中，可改善地板的光泽，增加其耐磨性及抗污染性。FS 还可用于石油回收用助剂、海面上的集油剂、金属防腐剂及金属光泽处理剂等等。

4 结束语

由于氟碳表面活性剂具有非常优异的性能，目前，尽管国内外氟碳表面活性剂的市场规模还很小,但随着新型氟碳表面活性剂的开发和应用,对具有优良性能的氟碳表面活性剂的需求将进一步增长,必将对人类的生活产生不可估量的影响。

参考文献

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碳氟表面活性剂综述 姓名：陶玉青班级：B化工062 学号：0610310112 摘要：近年来，由于我国经济的发展，对表面活性剂的品种和数量的需求越来越大，从而促进了表面活性剂的研究开发，带动了表面活性剂的发展。而对特殊表面活性剂的要求也越来越高。特殊表面活性剂在功能上比普通表面活性剂更好。而氟碳表面活性剂是特种表面活性剂中最重要的品种。本文就碳氟表面活性剂介绍了碳氟表面活性剂的主要物理化学性质,合成方法,国际、国内碳氟表面活性剂的发展及现状.介绍了碳氟表面活性剂的最新进展,特别是一些新型碳氟表面活性剂的主要性质和用途.分析了我国碳氟表面活性剂发展缓慢,与国外形成巨大反差的原因,并对进一步发展我国的碳氟表面活性剂工业提出了自己的看法. 关键词：碳氟表面活性；性能；合成；应用；发展。 Fluorocarbon surfactant Abstract：In recent years, as a result of China's economic development, on the surfactant species and the number of growing demand, thus contributing to the study of surfactant development, led to the development of surfactant. Of special surface-active agent is also getting higher and higher requirements. Special surface active agent in the functional than the more common surfactants. The fluorocarbon surfactant is a special surface-active agent in the most important species. The question on the fluorocarbon surfactant introduced fluorocarbon surfactant the main physical and chemical properties, synthesis methods, the international and domestic fluorocarbon surfactant and the development of the status quo. Introduced fluorocarbon surfactant the latest developments, especially some new type of fluorocarbon surfactant, of the characteristics and uses. analyzes the fluorocarbon surfactant slow growth abroad, a huge contrast with the reasons for the further development of China's fluorocarbon surfactant industry put forward their views. Key words:Fluorocarbon surfactant; performance; synthesis; application; development. 普通表面活性剂的疏水基一般为碳氢链，称碳氢表面活性剂将碳氢表面活性剂分子碳氢链中的氢原子部分或全部用氟原子取代，就成为碳氟表面活性剂，或称氟表面活性剂碳氟表面活性剂是特种表面活性剂中最重要的品种，有

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氟碳表面活性剂与水性塑胶漆的推广 上海向岚化工有限公司奚祥 在环境保护的浪潮中，涂料行业也在寻找自己的方向，水性化是一个重要的途径。然而“知易行难”，由于水性漆的光泽、附着力、耐水性以及流平润湿性与溶剂型涂料相比还有一定的差距，所以在工业漆及其他特种涂料中，溶剂型涂料还是占有绝大部分市场。 但是保护环境和有效利用石油资源的压力，都使得水性化成为涂料行业不可逆转的趋势。解决技术问题是涂料行业水性化的关键所在。本文着重介绍氟碳表面活性剂在水性漆特别是水性塑胶漆中的应用，希望能够对水性塑胶漆的推广有所帮助。 氟碳表面活性剂介绍 先给大家介绍一下表面张力的概念。在物质内部，每个分子受其周围分子的作用力是对称的，处于平衡状态。而处于表面上的分子所受的作用力是不对称的，一方面受到内部分子的作用力，另一方面还受到与该物质表面相接触的其他物质分子的作用力。这两种力是不平衡的，相互作用后的结果就是在两种物质界面的地方产生表面张力，其方向与物质表面相切。作一个形象的比喻，就像一个气球，里面充满了水，那一层皮膜就相当于表面张力，它有使水的表面积缩小到的趋势，变成球形。如果忽略地球重力的影响，那么所有的水滴都应该是球形的。 而表面活性剂就是这样一类物质，它的分子同时具有极性基团（亲水结构）和非极性基团(疏水结构)，使得它活跃于两相物质的界面，能够降低表面张力，从而改变物质的界面性质，就像针刺在皮膜的表面一样，使得皮膜收缩能力变小了。根据表面活性剂疏水结构的不同，又可以分为碳氢类、有机硅类和氟碳类的表面活性剂。 氟碳表面活性剂是指普通表面活性剂碳氢链上的氢全部或部分被氟原子取代的一类表面活性剂。C-F链化学稳定性和热稳定性都很高；此外氟原子的半径比氢原子大，能将碳原子完全遮盖起来，范德华力小，即分子间力小，故氟碳表面活性剂具有很多普通碳氢表面活性剂不具有的特征： 第一、极强的表面活性。在水中只要很低的浓度就能够强烈的降低水的表面张力，提高了水性体系的湿润性和渗透性。由于氟原子非常难以被极化，使氟碳链极性 比碳氢链小。正是因为这种低极性，使氟碳链具有憎水性的同时还有憎油性， 因而在有机溶剂中也有高的表面活性。 第二、极好的稳定性。因为氟碳键的键能很大，不容易被破坏，所以具有极好的化学稳定性和热稳定性，可用于碳氢活性剂无法稳定存在的场合，如高温、强酸、 强碱溶液中。 第三、生产成本高。氟是电负性最强的元素，所以对设备的要求非常的高，加之合成氟碳表面活性剂的工艺也比较的复杂，造成了目前世界上氟碳表面活性剂的产 能不大，成本较高，市场售价也不便宜。 与普通表面活性剂一样，氟碳表面活性剂的分类依据其极性基团结构不同可分为非离子型和离子型二大类。非离子型的亲水基一般为聚氧乙烯醚类的产品，易溶于水、有机溶剂（包括酸、碱介质），与其它类型活性剂的相容性也更好。由于在水中不电离，故对PH值稳定性高，但是要避免在强氧化介质中使用，以免造成醚键断裂。非离子型的氟碳表面活性剂也是在水性涂料中应用最为广泛的一类。离子型氟碳表面活性剂根据亲水基的不同又可分为阴

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氟表面活性剂 英文名：fluorinated surfactant （FSA） 一、碳表面活性剂的基本概念： 众所周知，表面活性剂一般由极性基团（亲水基）和非极性基团（疏水基）二部份组成。普通表面活性剂的非极性基团为碳氢链，而氟碳表面活性剂的非极性基团为氟碳链，即以氟原子部分或全部取代碳氢链上的氢原子。但二者在极性基团的结构上无明显区别。所以氟碳表面活性剂就是以氟碳链取代碳氢链作为分子中非极性基团的表面活性剂。 二、氟碳表面活性剂的分类： 与普通表面活性剂一样，氟碳表面活性剂的分类依据其极性基团结构不同可分为离子型和非离子型二大类。离子型又可分为阴离子型、阳离子型和两性离子型氟碳表面活性剂。 1、阴离子型氟碳表面活性剂： 根据其极性基团（亲水基）不同可分为羧酸盐类（RfCOO-M）、磺酸盐类（RfSO3-M）、磷酸盐类（RfOPO3M）和硫酸盐类（RfOSO3-M），工业上应用以前三者为主。 羧酸盐类氟碳表面活性剂：一般在强酸或含高价阳离子水溶液中的溶解度较小，但热稳定性较高； 磺酸盐类氟碳表面活性剂：相对具有更好的耐氧化性，对强酸、电解质敏感性小； 磷酸盐类氟碳表面活性剂：相对发泡性能较差。 2、阳离子型氟碳表面活性剂： 阳离子氟碳表面活性剂几乎都是含氮化合物，即有机胺衍生物。由于大多数物质表面颗粒带负电荷，故阳离子型活性剂易被吸附。 3、两性离子氟碳表面活性剂： 两性离子活性剂分子结构中同时含有酸性基和碱性基，其表现出的离子类型取决于溶液PH值，即在酸性介质中表现为阳离子型，在碱性介质中表现为阴离子型。两性氟碳表面活性剂酸性基主要是羧酸基和磺酸基，碱性基主要是氨基或季铵基。两性氟碳表面活性剂具有优良乳化性能，在氟碳材料、纸张、皮革等产品制造过程中用作乳化剂。 4、非离子型氟碳表面活性剂： 非离子型氟碳表面活性剂在水溶液中不电离，其极性基通常为含氧醚键（如聚氧乙烯基）。非离子型比其它类型活性剂更易溶于水、有机溶剂（包括酸、碱介质），与其它类型活性剂的相容性也更好。由于其在水中不电离，故对PH值稳定性高，受电解质、无机盐的影响也小，但因其极性基为一定数量的含氧醚键/羟基组成，故不能应用于强氧化介质，以免造成醚键断裂。

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剂还可降低有机溶剂的表面力。 早期,碳氟表面活性剂曾用作四氟乙烯乳液聚合的乳化剂,以后逐步用作润湿剂、铺展剂、起泡剂、抗黏剂和防污剂等,广泛应用于消防、纺织、皮革、造纸、选矿、农药和化工等各个领域,显示强大的生命力。但碳氟表面活性剂由于合成困难,价格较高,目前主要用于一般碳氢表面活性剂难以胜任或使用效果极差的领域。研究表明,将碳氟表面活性剂与碳氢表面活性剂复配,有可能减少碳氟表面活性剂的用量而保持其表面活性。如将异电性碳氢和碳氟表面活性剂复配,不仅可大大减少碳氟表面活性剂的用量,在某些特殊情况下,复配品甚至具有更高的降低表面力的能力,即达到全面增效作用。碳氟表面活性剂特殊应用的一个典型实例是利用其水溶液可在油面上铺展的特性,制备水成膜泡沫灭火剂,其原理为:欲使水溶液在油面上铺展,必须满足铺展条件,即铺展系数Ｓｗ/ｏ>0: 油的表面力约为20ｍＮ/ｍ～24ｍＮ/ｍ左右。因此欲使铺展系数大于零,水溶液的表面力一般应在18ｍＮ/ｍ以下(至少应在20ｍＮ/ｍ以下)。有相当数量的碳氟表面活性剂,其水溶液的表面力较高,不能满足铺展条件。在另一种情况下,即使表面活性很高的碳氟表面活性剂,其水溶液也只能在达到一定浓度(临界铺展浓度)时方可在油面上铺展。研究表明,当油面首先加入很少量能够铺展的碳氟表面活性剂水溶液后,一些本来由于表面力太高而不能铺展的碳氟表面活性剂水溶液即可在油面上铺展。若在油面上首先铺展少量在临界铺展浓度之上的碳氟表面活性剂水溶液,临界铺展浓度之下的水溶液也可铺

氟碳表面活性剂的结构性能与应用

氟碳表面活性剂的结构性能与应用 李喜华 2070155 摘要：氟碳表面活性剂是一类特种表面活性剂，具有非常优异的性能，文章介绍了其结构性能，主要合成工艺以及在工业中广泛应用。 关键词：氟碳表面活性剂工业助剂新型助剂 1 氟碳表面活性剂 表面活性剂是一类化学物质，它在溶剂中（通常是水）少量加入即大量降低溶液的表面张力、改变体系界面状态，从而产生一系列可应用的性质。表面活性剂是在表面上或界面上起作用的物质。 含氟表面活性剂（Fluor surfactant，以下简称FS）是20世纪60年代研制开发的一类特种表面活性剂。通常，表面活性剂的疏水基是由碳氢链组成的，而含氟表面活性剂的疏水基主要是由碳和氟两种元素组成。由于结构上的特殊性，以氟原子取代了普通表面活性剂中疏水基团上的氢原子，把C-H键的结构转变为C-F 键的形式，因此它显示出氟碳烃所特有的一些优良性能，同时它具有既憎水又憎油的特性。FS的高表面活性，取决于其分子中碳氟键所具有的极强的疏水性及较低的分子内聚力。它能使水的表面张力降到很低的数值，而使用的浓度却很小。 一般碳氢表面活性剂在溶液中的质量分数为0.1 %～1.0 %范围才可使水的表面张力下降到30 mN/m～35 mN/m。碳氟表面活性剂在溶液中的质量分数为0.005 %～0.1 %时 , 就可使水的表面张力下降至20 mN/m以下，甚至到15 mN/ m 左右。碳氟表面活性剂如此突出的高表面活性以致其水溶液可在烃油表面铺展[1]。 另外氟碳表面活性剂在有机溶剂中也显示出良好的表面活性，特别是引入了N-取代的全氟辛酰胺类，它能使碳氢烃类溶剂降低表面张力5～15 mN/m，FS所体现出的优良的热稳定性及化学惰性，主要是由于氟碳链憎水基取代碳氢链的憎水基后，由于C-F键的键能（116 千卡/摩尔）大于C-H键的键能（99.5千卡/摩尔），因此C-F 键要比C-H 键稳定，不易断裂。又由于氟原子取代氢原子后，因氟原子的体积比氢原子大，使得C-C 键因氟原子的屏蔽作用而得到保护，所以使原来键能不太高的C-C 键也稳定了，这样使得C-C 键也稳定了，这使得FS具有碳氢表面活性剂所没有的化学稳定性及热稳定性。例如：C9F17OC6H4SO3K 的使用温度可在300℃左右，而此化合物的中间体C9F17OC6H5在50%的硫酸或25%的氢氧化钠水溶液中在80℃时处理48h 也不会分解。 有研究表明[2]，FS 的高表面活性是由于其分子间的范德华引力小造成的，活性剂分子从水溶液中移至溶液表面所需的张力小，导致了活性剂分子在溶液表面大量的聚集，形成强烈的表面吸附，而这类化合物不仅对水的亲和力小，而且对碳氢化合物的亲和力也较小，因此形成了既憎水又憎油的特性，但它对油/水界面的界面张力作用能力不强，如将FS 与碳氢表面活性剂复配使用，利用FS 能选择性地吸附在水的表面，使表面张力降低；而碳氢表面活性剂能吸附在油/水界面上，使界面张力降低，这样就必定会提高水溶液的润湿性能。 含氟表面活性剂的独特性能常被概括为“三高”、“两憎”，即高表面活性、高耐热稳定性及高化学稳定性，它的含氟烃基既憎水又憎油。含氟表面活性剂广泛应用于高聚物体系，作为添加剂具有各种不同的应用。 2 氟碳表面活性剂的分类与工业合成法 氟表面活性剂的分类基本与普通碳氢表面活性剂相同，按离子性分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子型表面活性剂和非离子表面活性剂。阴离子表面活性剂主要有羧酸盐型、磺酸盐型、硫酸酯盐型和磷酸酯盐型几大类；阳离子表面活性剂则主要是胺盐型和季胺盐型2大类，并以季胺盐类用途最广；两性离子型表面活性剂的阳离子为胺基、季胺和吡啶阳离子，阴离子多是羧酸基、磺酸基或硫酸酯基；

氟碳表面活性剂的应用—高聚物添加剂

高聚物添加剂 氟碳表面活性剂广泛应用于高聚物材料，作为添加剂具有各种各样不同的作用。 非离子氟碳表面活性剂可作为硫化或未硫化橡胶的防结块剂(anti—blocking agent)。聚氯乙烯薄膜或皂化乙烯-醋酸乙烯共聚物用氟碳表面活性剂C8F17S02NRCH2CH20(CH2CH20)10H 处理可降低摩擦力和结块。 用阳离子氟碳表面活性剂作表面处理可以增加含有氟碳聚合物的透析膜的水穿透性。 用从六氟丙烯环氧齐聚得到的氟碳表面活性剂(1)处理聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯和氯乙烯．烯单体共聚物，可以使这些聚合物有较低的临界表面张力。 氟碳表面活性剂能够改善纤维或复合树脂的填料的润湿性。可以使粘性树脂中包含的空气气泡更容易离开树脂本体。 阳离子氟碳表面活性剂吸附在聚合物颗粒表面使表面带正电荷，容易进行共电镀，如帮助聚四氟乙烯和金属共电镀在底物上。 阴离子氟碳表面活性剂可防止腈基橡胶密封剂周围的矿物油浅漏。两性氟碳表面活性剂可以使硅橡胶密封剂具有防污性能。 氟碳表面活性剂用于高聚物作用各异，举一些例子如下。 (1)阻止增塑剂扩散[7] 在弹性体中加入氟碳表面活性剂可以有效阻止其中增塑剂向弹性体表面扩散迁移，这时弹性体的表面是含氟碳表面活性剂的表面层。例如含有聚乙二醇-聚亚甲基苯基异氰酸酯-聚丙二醇的嵌段共聚物，三甲苯基磷酸酯和Fluorad FC430(氟碳表面活性剂)的混合物模压成试片，试片对水的接触角为102o，对十二烷的接触角为60o，可见有相对低的表面能。试片还显示没有增塑剂扩散到高聚物的表面。 (2)改善聚氨基甲酸酯泡沫体的导热系数[8] 聚氨基甲酸酯泡沫体是由聚异氰酸酯，多元醇，催化剂，含全氟烷基的氟碳表面活性剂和氟醚起泡剂R l OR2的混合物反应制备。R1，R2=氟氢烷基，含氟烷基；R1和R2的碳原子数在2至5的范围，同时两个烷基的氟原子数超过氢原子数。例如，蔗糖／甘油的多元醇(羟值450mgKOH／g，粘度13Pa·s，25℃)，PAll35(PAPI)，EF802(表面活性剂)和CF3CH20CHF2混合后模塑得到的泡沫体导热系数为20．3W／(m·K)。 (3)提高聚氨基甲酸酯泡沫体的质量[9] 用于聚氨基甲酸酯泡沫体制造的氟碳表面活性剂为半氟化双嵌段共聚物，由嵌段聚甲基丙烯酸甲酯和嵌段聚1H，1H，2H，2H．全氟烷基甲基丙烯酸酯组成，全氟烷基为丁基或己基。添加氟碳表面活性剂制造的聚氨基甲酸酯泡沫体的泡室非常小，泡室直径可小至100μm，不加氟碳表面活性剂的对照样品的泡室体积大，形状不规则。添加氟碳表面活性剂的泡沫体高度更高，如果复合使用硅氧烷表面活性剂和氟碳表面活性剂可得到最大的泡沫体高度。 氟碳表面活性剂也添加到无机起泡剂配方中[10]。得到的泡沫体具有小孔径和高的耐压强度。配方如下(质量份)： Si02-Al203 100 起泡剂(脂肪酸金属盐) 0．05～5 碱金属硅酸盐水溶液 50～500 氟碳表面活性剂 0．02～2 (4)提高弹性体防污性[11] 丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯弹性体Luran778T和紫外稳定剂及0．1％Zomyl FSNl00(氟碳表面活性剂)混合后注模得到试片经室温24h老化，显示优良的防污性能。 (5)增强堵缝剂的防污性[12] 通常是由氟高聚物的分散水液和氟碳表面活性剂组成的

氟表面活性剂

氟表面活性剂 一、 氟表面活性剂简介 1、分类和结构 将普通表面活性剂分子中碳氢链上的氢原子全部或部分用氟原子取代，就称之为氟表面活性剂，也叫氟碳表面活性剂、碳氟表面活性剂、含氟表面活性剂等。其英文名称主要有fluorinated surfactant，fluorocarbon surfactant，fluorosurfactant，polyfluorinated surfactant 等。若碳氢链上的氢原子全部被氟原子取代，称为全氟表面活性剂（perfluorinated surfactant, perfluorocarbon surfactant），若只有部分氢原子被取代，则称为部分氟化的表面活性剂（partially fluorinated surfactant, semifluorinated surfactant）。最常见的氟表面活性剂有全氟羧酸盐（C n F2n+1COOM）和全氟烷基磺酸盐（C n F2n+1SO3M）等。 氟表面活性剂的分类与碳氢表面活性剂一样。比如按照亲水基团来分类，可分为离子型和非离子型两大类，离子型又分为阳离子型、阴离子型、两性型。更具体的分类例如，阴离子型分为羧酸盐型、磺酸盐型、硫酸盐型、磷酸盐型等。 氟表面活性剂结构的差别主要体现在含氟烷基的不同。常见的含氟烷基主要有全氟或部分氟化的烷基、六氟丙烯环氧/六氟丙烯/四氟乙烯齐聚体、端基含氢(ω-H)的氟烷基等。 与碳氢表面活性剂不同的是，常用氟表面活性剂的疏水链较短，碳氟主链一般不超过8个碳。主链8碳以上通常由于其水溶性差，较少在水溶液中使用。 除了全氟羧酸盐和全氟烷基磺酸盐这一类阴离子型，氟表面活性剂的一个重要的结构特征是由于含氟烷基原料来源的限制，氟烷基大多不是直接和亲水基相连，而是通过一个中间基团和亲水基连接。典型的例子如：C7F15CONH(CH2)3N+(CH3)3I-（阳离子型），C7F15CONH(CH2)3N+(CH3)2CH2COO-（两性型）等。 2、性能 氟表面活性剂是一种最重要的特种表面活性剂。若将普通表面活性剂比做“工业味精”，氟表面活性剂就可称为“工业味精之王”。这主要是因为它们具有普通表面活性剂无法比拟的特殊性能，通常可归纳为“三高”、“两憎”： 1）高表面活性 氟表面活性剂是迄今为止所有表面活性剂中表面活性最高的一种。在水溶液中，氟表面活性剂的临界胶束浓度（cmc）和cmc时溶液的表面张力（一般也是该溶液能达到的最低表面张力，γcmc）都远低于相应的碳氢类似物。很多氟表面活性剂水溶液在极低浓度就可使水的表面张力下降至20 mN/m以下，最低可达14~15 mN/m。 2）高热稳定性 氟表面活性剂可胜任在高温环境下使用。比如，全氟烷基羧酸在硼硅酸盐玻璃上加热至400 ℃无明显分解，在更高的温度（550 ℃）分解成全氟烯烃及其它产物如HF和CO2等；固态的全氟烷基磺酸钾，加热到420 ℃以上才开始分解，而一般碳氢表面活性剂在高温下容易分解。 3）高化学稳定性 氟表面活性剂的碳氟链可抵抗强氧化剂、强还原剂、强酸和强碱的作用。比如，把C8F17SO3K溶于水中，在密闭条件下300 o C加热8小时，未见其分解; 在浓硝酸中加热到160 o C，12小时未分解。C8F17SO3K对于硝酸、过氧化氢等氧化剂以及联氨等还原剂也表现得相当稳定。氟表面活性剂这种高化学稳定性使其在强酸强碱溶液中仍能保持良好的表面活性，更奇特的是，一些氟表面活性剂在强酸或强碱介质中由于溶解度增加而具有比在水溶液中更高的表面活性。如C8F17SO3K水溶液的γcmc（25 o C）= 34.5 mN/m，而在强酸水溶液中可降至17 mN/m。 4）氟碳链的两憎性 与碳氢链憎水、亲油的性能不同，氟碳链既憎水又憎油。该特点使其可用于有机溶剂（油）中，用于降低油的表面张力，而碳氢表面活性剂则难以胜任。值得注意的是，氟碳链的憎油性也有其不利之处，就是其油水界面张力可能比相应的碳氢表面活性剂要高。但这一不利因素可通过在分子中引入碳氢链段加以弥补。 3、合成

含氟表面活性剂介绍

含氟表面活性剂介绍 1碳氟表面活性剂的物化性质和用途 碳氟表面活性剂的独特性能常被概括为“三高”、“两憎”,即高表面活性、高耐热稳定性及高化学稳定性;它的含氟烃基既憎水又憎油。碳氟表面活性剂其水溶液的最低表面张力可达到20ｍＮ/ｍ以下,甚至到15ｍＮ/ｍ左右。碳氟表面活性剂在溶液中的质量分数为0.05%～0.%,就可使水的表面张力下降至20ｍＮ/ｍ以下。而一般碳氢表面活性剂在溶液中的质量分数为0.%～1.%范围才可使水的表面张力下降到30ｍＮ/ｍ～35ｍＮ/ｍ。碳氟表面活性剂如此突出的高表面活性以致其水溶液可在烃油表面铺展(参见本文第二部分)。碳氟表面活性剂有很高的耐热性,如固态的全氟烷基磺酸钾,加热到420℃以上才开始分解,因而可在300℃以上的温度下使用。碳氟表面活性剂有很高的化学稳定性,它可抵抗强氧化剂、强酸和强碱的作用,而且在这种溶液中仍能保持良好的表面活性。若将其制成油溶性表面活性剂还可降低有机溶剂的表面张力。 早期,碳氟表面活性剂曾用作四氟乙烯乳液聚合的乳化剂,以后逐步用作润湿剂、铺展剂、起泡剂、抗黏剂和防污剂等,广泛应用于消防、纺织、皮革、造纸、选矿、农药和化工等各个领域,显示强大的生命力。但碳氟表面活性剂由于合成困难,价格较高,目前主要用于一般碳氢表面活性剂难以胜任或使用效果极差的领域。研究表明,将碳氟表面活性剂与碳氢表面活性剂复配,有可能减少碳氟表面活性剂的用量而保持其表面活性。如将异电性碳氢和碳氟表面活性剂复配,不仅可大大减少碳氟表面活性剂的用量,在某些特殊情况下,复配品甚至具有更高的降低表面张力的能力,即达到全面增效作用。碳氟表面活性剂特殊应用的一个典型实例是利用其水溶液可在油面上铺展的特性,制备水成膜泡沫灭火剂,其原理为:欲使水溶液在油面上铺展,必须满足铺展条件,即铺展系数Ｓｗ/ｏ>0: 油的表面张力约为20ｍＮ/ｍ～24ｍＮ/ｍ左右。因此欲使铺展系数大于零,水溶液的表面张力一般应在18ｍＮ/ｍ以下(至少应在20ｍＮ/ｍ以下)。有相当数量的碳氟表面活性剂,其水溶液的表面张力较高,不能满足铺展条件。在另一种情况下,即使表面活性很高的碳氟表面活性剂,其水溶液也只能在达到一定浓度(临界铺展浓度)时方可在油面上铺展。研究表明,当油面首先加入很少量能够铺展的碳