含氟表面活性剂经典综述
含氟表面活性剂的特点及应用领域
一、含氟表面活性剂的特点含氟表面活性剂(简单FS)是近些年来逐步商品化的一种特殊性能的表面活性剂。
与普通表面活性剂不同之处，含氟表面活性剂主要以全氟烷基或全氟烯基或部分氟化了的烷基等作为表面活性剂中的疏水基部分，然后再按需要引入适当的连接基及亲水基团，根据亲水基团性质的不同，分别制得阴离子型、阳离子型、非离子型及两性型等不同系列的含氟表面活性剂产品。
由于含氟表面活性剂结构上的特殊性，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。
含氟表面活性剂的高表面活性，取决于其分子碳氟键所具有的极强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。
一般碳氢链的表面活性剂的应用浓度需在0.1%～1%之间，此时水溶液的表面张力只能降到30～35dyn/cm(1dyn=10-3N/m)，需碳氟键表面活性剂的用量在0.005%～0.1%时，就能使水溶液的表面张力降至20dyn/cm以下。
另外含氟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，它能使碳氢炔类溶剂降低表面张力5～15dyn/cm，含氟表面活性剂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(116kcal/mol)大于C-H键的键能(99.5kcal/mol)，因此C-F键要比C-H 键稳定，不易发生断裂。
又由于氟原子取代氢原子后，因氟原子的体积比氢原子的大，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，这使得含氟表面活性剂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的使用温度可以在300℃左右，而此化合物的中间体C9H17OC6H5在50%的硫酸或25%的氢氧化钠水溶液中，在80℃时处理48小时也不会分解。
含氟表面活性剂的特性与用途
杭州化 工
２１ ０ ０年 ３月 ２ １．０ １ ０ ０ （） ４
含氟表面活性剂的特性与用途
蔡 继 权
（ 江传化 股份有 限公 司 ， 江 杭 州 ３ １ １ ） 浙 浙 １ ２ ５
摘
要： 介绍 了含 氟表 面活性 剂具 有 高表 面 活性 、 良的耐热 性和 化 学稳 定性 以及 卓 越 的防 水、 优 防
到 ４ ０℃以上 不会 分解 ， 也 与 Ｃ Ｆ键 十分 稳 定 ０ 这 —
有关 。
（ ） 化学稳定 性 。 ３高 含氟表 面活性 剂 中的 Ｃ Ｆ —
键 十分稳 定 ， 它具 有 很 高 的抗强 酸 、 碱 、 氧 使 强 强
化剂 的能力 ， 以在 更多 苛刻 的环境 中使 用 。 可 （） ４ 既憎 水又憎 油 。 含氟 表面 活性剂分 子 中的
当前 ，金融 危机席卷 全球 ，企业 都受 到了冲 击， 纷纷加 大新产 品新技术 研发 投入力度 。 但许多
新产 品新技 术 由于应 用研究 没有 到位 或者没 有很 好 地扩大应 用领域 而没有产 生很 好 的效 益 ．这是
下均 显示 出很 高 的稳 定 性 …。含氟 表 面活性 剂具 有高表 面活 性 、高 耐热稳 定性及 高化 学稳定 性这
（） ２ 高耐热稳 定性 。 一般含 氟表 面活性剂加 热
如今， 创新 已经超 越 了科技 的范围 。 经济与合 作发 展组织 （ Ｅ Ｄ） Ｏ Ｃ 与欧 盟统 计署 （ ｕｏｔｔ新近 Ｅ ｒｓ ） ａ 联合 出版 的《 奥斯 陆 手册 》 Ｏ ｌ Ｍａｕ １第 三 版 ， （ ｓ ｎ ａ） ｏ 不但扩 大 了创新 的定义 ，而且 增加 了营销创 新和 组织创新 。 这两 类创新 本身并 不是 技术创 新 ， 但它 们 对 于 生 产 力 的增 长 和 经 济 的 发 展 具 有重 要 意 义。 因为组织创新 是技术 创新 的前提 ， 而营销创 新 促进 了市场 繁荣 ， 同时也推 动 了技术创 新 。
氟表面活性剂
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。
3M氟素表面活性剂
3M氟素表面活性剂NovecTM氟素表面活性剂FC-4430产品简介：3MTM NovecTM氟素表面活性剂FC-4430 是一种非离子聚合型含氟表面活性剂，该表面活性剂作为涂料添加剂，可使涂料获得很低的表面张力，而这种很低的表面张力只有在添加了氟化合物时才能获得。
检测证明，作为3MTM NovecTM 氟素表面活性剂FC-430的换代产品，FC-4430 较FC-430具有更浅的颜色，更小的气味和更低的粘度（这使它更容易与溶液混合）。
对于各种水剂型、溶剂型和高固含量型的涂料来说，FC-4430 表面活性剂是一种优秀的润湿剂和流平剂。
FC-4430氟素表面活性剂能溶解和相容于绝大多数的聚合物，并能在干燥和固化过程中继续作用。
当被应用于水剂型聚合物体系中时，FC-4430 氟素表面活性剂能够有效降低水相/有机相之间的界面张力，并且在聚合物体系中的有机相中保持表面活性。
物理性质：性质FC-4430外观黄色粘稠液体比重1.170kg/l（9.75 lbs./gal）闪点（Setaflash 闭杯）82 ℃（180 ℉）pH 值（1%水溶液）4.5沸点200 ℃（392 ℉）蒸气压0.0014 psi（0.07mmHg）粘度（Bookriefield，＃3，6rpm）5500cps（4701centistokes）水中的溶解度可以按任意比分散类型非离子型成分100% 氟代脂肪族聚合物脂（除特别说明之外，所有的参数值都是在25℃（77℉）下测得的）3MTM NovecTM 氟素表面活性剂FC-4430 用量：表面活性剂的推荐用量是介于0.1% 到0.05% 之间，建议在添加前，可先制备一个FC-4430 浓度为10-25% 的表面活性剂的溶液。
FC-4430 的表面张力：表面张力（dynes/cm）@ % FC-4430 于溶剂/树脂溶剂/树脂0% 0.1% 0.2% 0.5%蒸馏水73 21 21 21ARCOL LG-56 33 30 28 23二丁基邻苯二甲酸脂34 33 32 31脂肪族环氧树脂（UVR-6110，UC）46 38 36 23双酚A 型环氧树脂（828-RS）45 33 29 17（除特别说明之外，所有的参数值都是在25℃（77℉）下测得的）FC-4430 的TGA 值：这些数据证明了FC-4430 氟素表面活性剂在热处理应用过程中具有优异的热稳定性：FC-4430 典型重量损失百分比所需加热温度：5% 10% 50% 80% 90% 95%FC-4430 195 255 305 330 355 405注：10 毫克样品在空气中以5℃/分的升温速率加热FC-4430表面张力/CMC(水溶液)FC-4430 的溶解度：溶剂FC-4430 克/100ml 溶剂甲醇＞25丁基溶纤剂＞25醋酸脂溶纤剂＞35溶纤剂＞25丁酮＞25甲苯＞35二甲基甲酰胺＞25ARCOL LG-56 ＞40苯酚甘油醚＞30二丁基邻苯二甲酸脂＞25（除特别说明之外，所有的参数值都是在25℃（77℉）下测得的）FC-4430 的安全性和处理方法：3MTM NovecTM 氟素表面活性剂FC-4430 是按照美国环保局(EPA) 检测准则来制造和销售的。
表面活性剂以及氟系表面活性剂
表面活性剂以及氟系表面活性剂摘要：当前，表界面化学在我们生活中越来越重要，扮演着一个不可或缺的角色。
无论是身边的日常生活，还是各种工业生产，表界面无处不在。
而在表界面化学中，表面活性剂是其重要的组成部分之一，在生活和生产中起到了非常大的作用。
本文简单介绍了表面活性剂的概念，分类，应用。
并就表面活性剂的其中一类——氟系表面活性剂，做一个综述性的介绍，以期对表面活性剂有一个初步的了解。
关键词：表界面表面活性剂氟系表面活性剂Surfactants and Fluorocarbon SurfactantsAbstract: Currently, chemistry of the surface of materials is playing an more and more important role in our lives. Surface of materials is ubiquitous not only in daily life but also in industrial production. In particular, surfactant is one of the most important part among the family of surface chemistry. It has great influence on the daily affairs and industry. This article has made a brief introduction of the concept,categories and applications of surfactants and a further introduction of fluorocarbon surfactants in the hope of offering a simple understand of the surfactants by this review.先从一个故事讲起。
含氟表面活性剂的应用
含氟表面活性剂及其应用摘要含氟表面活性剂是目前最受青睐的特种表面活性剂，相比于传统的碳氢表面活性剂，含氟表面活性剂的用量少，降低水溶液表面张力的作用强，同时可以跟其它表面活性剂起到很好的复配效果，可以应用于石油、消防、涂料、造纸等很多领域。
目录1 表面活性剂 12 含氟表面活性剂的结构及性质 12.1 含氟表面活性剂 12.1.1 含氟表面活性剂的稳定性 12.1.2 含氟表面活性剂的溶解性 12.1.3 含氟表面活性剂的表面活性 22.1.4 含氟表面活性剂的水溶液在油面上的铺展 22.2 含氟表面活性剂类型 22.3 含氟表面活性剂的合成方法 32.4 含氟表面活性剂的应用 32.4.1 在石油领域的应用 32.4.2 在消防领域的应用 42.4.3 在涂料中的应用 42.4.4 在造纸业中的应用 42.4.5 在其他方面的应用 42.5 含氟聚合物的研究进展 53 展望 74 个人想法 7参考文献 81表面活性剂所谓表面活性，是指溶剂的表面张力降低的性质，能显著降低（多数为水）表面张力或液-液界面张力的物质被称为表面活性剂。
最近科学领域不断地在开拓，表面活性剂不仅运用于日常生活，还可以运用到国民经济关系到的很多方面，在这些领域里，表面活性剂有着神奇的效果，用量虽少，但对改进技术、提高质量、增产节约却收效显著，有“工业味精”之美誉。
我们把表面活性剂的疏水基只含有碳氢链（分子中可以含有Cl、Br、I、O、N、S等元素）的这种常用的表面活性剂称为碳氢表面活性剂。
如果除含有以上元素外，分子中还含有F、Si、B等元素，则叫做特种表面活性剂。
但随着科学技术的不断发展，一些结构特殊的表面活性剂的不断出现，形成了新型的特种表面活性剂，如含有Bola型、双子型、冠醚型等结构的表面活性剂。
特种表面活性剂之所以受到如此关注，是因为它具有诸多普通表面活性剂所不能及的特殊性质。
特别是含氟表面活性剂，它是近年来迅速发展的一类表面活性剂，是特种表面活性剂非常重要的一个品种，也是迄今为止表面活性最高的一种。
全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂的合成及性能
全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂的合成及性能全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂的合成及性能摘要：全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂是一类具有广泛潜在应用的特殊化合物。
本文根据全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂的合成方法及性能特点进行了综述。
首先，介绍了全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂的结构和机理，探讨了其在界面物理化学中的应用。
然后，详细地阐述了不同合成方法下的合成条件、步骤和反应机理，并分析了不同合成方法对产物纯度和收率的影响。
最后，论述了全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂的性能表现，包括表面张力、界面吸附性能、渗透性和分散性等方面。
关键词：全氟丁基酰胺类；含氟表面活性剂；合成方法；性能特点一、引言含氟表面活性剂是一类在表面活性剂领域具有重要地位的特殊化合物。
全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂作为其中一种，其具有出色的性能表现和广泛的潜在应用。
在本文中，我们将从全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂的合成方法和性能特点两个方面进行综述，为相关研究提供参考和借鉴。
二、全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂的结构与机理全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂的分子结构中，存在着全氟丁基酰基（C4F9CO-）和亚胺或胺（-NHR，-NR2）基团，这两个结构单元的共同存在赋予了该类化合物独特的性质。
通过分子动力学模拟和实验证明，全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂在界面上形成稳定的氟碳链段，极为利于降低界面张力。
此外，该类表面活性剂还能在溶液中形成聚集体，增强界面吸附能力。
三、全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂的合成方法全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂的合成主要有催化氢化、胺化和亚胺化等几种方法。
其中，催化氢化法是最常用的合成方法。
其合成步骤包括优化氟代烷烃的选择、活化和选择性氢化。
催化剂的优化和反应条件的调控对合成产物的纯度和收率起到关键作用。
胺化与亚胺化方法则是通过全氟丁基酰氟碳链段上的反应位点与胺或亚胺反应得到所需产物。
四、全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂的性能特点全氟丁基酰胺类含氟表面活性剂在表面张力、界面吸附性能、渗透性和分散性等方面具有出色的性能表现。
含氟表面活性剂简述
含氟表面活性剂简述徐宇江南大学化学与材料工程学院应用化学0901文章摘要：介绍了含氟表面活性剂的种类、特性以及在多个工业领域及日常用品中的广泛用途，综述了当前含氟表面活性剂的合成方法。
关键词：含氟表面活性剂；种类；特性；应用Fluorine-containing SurfactantAbstract :The kinds,characteristics,functions in various industrial areas and daily necessities in the wide range of uses of fluorine-containing surfactant were introduced,the synthesis of fluorine-containing surfactant was reviewed.Keywords：fluorine-containing surfactant；kinds；characteristics；application引言：含氟表面活性剂（fluorine-containion surfactant）是20世纪60年代研发的一类特种表面活性剂。
与传统表面活性剂相比，含氟表面活性剂具有较高的表面活性、高耐热稳定性、高化学稳定性及既憎水又憎油等优良特性。
因而在日用化工、纺织印染、石油化工、电镀防腐等领域有广泛的应用全景和发展潜力。
作为一类特殊的表面活性剂，近年来含氟表面活性剂的应用研究逐渐成为表面活性剂中最为活跃的研发重点之一。
一．含氟表面活性剂的特性与分类1.含氟表面活性剂的特性一般表面活性剂的结构由两部分组成，一部分为油溶性集团或叫疏水基，另一部分为水溶性集团或叫亲水基。
将油溶性基团中的氢原子被氟原子取代，就成为氟碳表面活性剂。
氟元素是电负性最大的非金属元素，具有高氧化性，高电离能，使得氟碳键键能高，结构比碳氢稳定，同时又使氟原子难以被极化，这种低极性使氟碳链的疏水作用远超过碳氢链。
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含氟表面活性剂经典综述作者：肖进新江洪(大学化学与分子工程学院胶体化学研究室, 100871)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,有很多碳氢表面活性剂不可替代的重要用途。
本文介绍其合成、性能及应用。
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.%围才可使水的表面力下降到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展。
碳氟表面活性剂水溶液在油面上铺展形成一层水膜,使油面与空气隔绝,以此发展出一种高效灭火剂———水成膜泡沫灭火剂(或称“轻水”泡沫灭火剂),这是目前国际上重点发展的灭火剂,主要用于扑灭油类火灾。
2 碳氟表面活性剂的合成与碳氢表面活性剂相比,碳氟表面活性剂的合成相对困难。
它的合成一般分三步:首先合成含6个～10个碳原子的碳氟化合物,然后制成易于引进各种亲水基团的含氟中间体,最后引进各种亲水基团制成各类碳氟表面活性剂。
其中含氟烷基的合成是制备碳氟表面活性剂的关键。
含氟烷基的工业化生产方法主要是电解氟化法、氟烯烃调聚法和氟烯烃齐聚法。
电解氟化法是40年代由美国ＪＨＳｉｍｏｎｓ研制成功的。
将被氟化的物质溶解或分散在无水氟化氢中,在低于8Ｖ的直流电压下进行电解。
电解过程中在阴极产生氢气,在阳极有机物被氟化。
在有机物氟化过程中,只有有机物的氢原子被氟原子取代,其他一些官能团如酰基和磺酰基等仍被保留。
典型的电解氟化的例子是烷基酰氯和烷基磺酰氯分别在无水氟化氢中电解生成全氟烷基酰氟和全氟烷基磺酰氟,由它们出发,可用普通方法制得各类碳氟表面活性剂。
3Ｓ氟烯烃调聚法是利用全氟烷基碘等物质作为端基物调节聚合四氟乙烯等含氟单体制得低聚合度的含氟烷基调节物。
该方法最早是由英国剑桥大学的ＲＮＨａｓｚｅｌｄｉｎｅ等研究的。
他在1951年发现三氟碘甲烷可与乙烯和四氟乙烯发生调节聚合反应。
随后,美国ＤｕＰｏｎｔ公司研制开发了以五氟碘乙烷为端基物与四氟乙烯在加热加压条件下进行调节聚合反应的工业生产路线。
60年代,全氟烷基碘的调聚反应得到了迅速发展,开发出除了三氟碘甲烷和五氟碘乙烷之外的多种调聚反应的端基物。
氟烯烃齐聚法是70年代发展起来的。
它是利用氟烯烃在非质子性溶剂中发生齐聚反应得到高支叉低聚合度的全氟烯烃齐聚物。
最常用的有四氟乙烯齐聚法、六氟丙烯齐聚法和六氟环氧丙烯烷齐聚法三种。
四氟乙烯齐聚法得到聚合度以4～6为主的齐聚物,其中五聚体所占比例最大。
四氟乙烯五聚体分子中与双键碳原子直接相连的氟原子在碱性介质中可与亲核试剂如苯酚等发生取代反应,由此可合成一系列碳氟表面活性剂。
典型反应如下: 六氟丙烯齐聚法可得到以二聚体和三聚体为主的产物。
六氟丙烯齐聚物分子中与双键碳原子直接相连的氟原子较活泼,在极性溶剂中很容易与亲核试剂发生取代反应,引入中间连接体并进而引入亲水基制成碳氟表面活性剂。
典型反应如下: 六氟环氧丙烷齐聚法得到2～6聚体产物: 六氟环氧丙烯烷化物的齐聚物因含有酰氟官能团,可发生多种反应,故可得多种碳氟表面活性剂。
3 国外碳氟表面活性剂的发展及现状出现第一种碳氟表面活性剂商品以来,已经历了半个世纪的历史。
美国3Ｍ公司在二次大战期间首先采用电解氟化技术制取碳氟化物并于1951年研制成功碳氟表面活性剂。
1956年又研制出商品名为Ｓｃｏｔｃｈｇｕａｒｄ的防水、防油、防污的氟处理剂。
60年代又得到大力发展,并向西欧、日本出口。
日本的碳氟表面活性剂工业是70年代发展起来的。
1972年左右,大日本油墨公司在石川县美川工厂建立日本最早的电解氟化车间。
旭硝子公司利用本公司有四氟乙烯产品的便利,于1970年在千叶工厂开始调聚工艺的实验性工厂生产,并于1975年正式投产。
日本东京工业大学的石川延男教授与Ｎｅｏｓ公司合作开发了以六氟丙烯齐聚法为基础的合成碳氟表面活性剂的生产工艺。
西欧各国公司也对合成碳氟表面活性剂工艺进行了大量研究,其中最突出的是英国ＩＣＩ公司在60年代中后期开发的以四氟乙烯齐聚体为憎水憎油基的碳氟表面活性剂。
据不完全统计,1980年碳氟表面活性剂的世界产量已达200ｔ/ａ;目前世界上对碳氟表面活性剂的年需求量已超过千吨。
碳氟表面活性剂在国际上已发展成为竞争性强、科技含量高,由市场直接导向的产业。
我国具备合成碳氟表面活性剂能力的单位主要有中科院有机化学研究所和市有机氟材料研究所。
他们最初是用电解氟化工艺制取全氟辛酸及其盐,后又发展了全氟辛基磺酸,用作氟树脂分散聚合用的分散剂。
60年代末70年代初对四氟乙烯的调聚反应进行了研究;70年代中后期又对四氟乙烯、六氟丙烯的齐聚反应进行了研究并改进工艺,使生产由实验室走向中试规模。
在碳氟表面活性剂应用方面先后开发出氟蛋白泡沫灭火剂添加剂、水成膜泡沫灭火剂添加剂、铬雾抑制剂、分散剂及感光胶片添加剂等产品。
此外,长江化工厂也用电解氟化法批量生产全氟辛基磺酰氟,并有铬雾抑制剂等工业产品。
从事碳氟表面活性剂基础理论研究的主要有大学化学与分子工程学院胶体化学研究室等单位,他们近年来在碳氟与碳氢表面活性剂混合体系、碳氟表面活性剂水溶液在油面上的铺展等方面开展研究,取得了较好的结果.与国外相比,我国的碳氟表面活性剂无论从基础理论还是工业应用还非常薄弱。
表面的原因是碳氟表面活性剂成本高,用不起。
深层的原因笔者认为是含氟烷基与碳氟表面活性剂合成、碳氟表面活性剂性能及应用研究两个环节相互脱节,不同研究单位各自为战,缺乏合作。
对于专门从事表面活性剂研究的单位,如大学化学学院胶化研究室,由于缺乏有机合成的专业力量,难以得到所需要的碳氟表面活性剂。
而像有机化学研究所这些单位,虽然具有碳氟化合物有机合成方面的专业力量,但因对碳氟表面活性剂性能和应用方面的研究需要很强的表面活性剂物理化学方面的专业背景和专业力量,必须从表面活性剂结构与性能的关系出发,设计合成具有特定性能的多种表面活性剂系列,深入研究它们的物理化学性质,再依据这些性质应用于具体工业配方,而这正是这些单位的弱项。
因此虽然碳氟表面活性剂的种类很多,但他们只生产品种单一的少数几种。
由于不成系列产品,极限制了实际应用研究。
应用跟不上,则不能形成大的生产规模,因而成本降不下来。
如此形成不良循环,以致于碳氟表面活性剂工业在我国长期得不到应用的发展,与国际上这一领域突飞猛进的发展形成巨大的反差。
为缩短我国与国外的差距,发展我国的碳氟表面活性剂工业,笔者有以下建议: (1)应设法降低碳氟表面活性剂的成本。
(2)扩展碳氟表面活性剂品种,使其种类多样化、系列化。
(3)开拓应用领域。
(4)碳氟表面活性剂的合成到配方的一体化。
要达到以上目的,将含氟烷基的生产单位与表面活性剂研究单位联合起来是至关重要的。
应在发挥各自独立优势的基础上,打破垄断,分工协作,强强联合。
目前大学化学学院胶化研究室正在与长江化工厂合作,由后者提供全氟辛基磺酰氟等含氟烷基化合物,合成了多种碳氟表面活性剂,以此研制出新型水成膜泡沫灭火剂,并于1999年通过了国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心的鉴定。
实现了从碳氟表面活性剂的合成到配方的一体化,从而大大降低了水成膜泡沫灭火剂的生产成本。
4 新型碳氟表面活性剂介绍传统的碳氟表面活性剂主要是单链型的,目前双链碳氟表面活性剂正引起人们极大的兴趣。
已报道的双链碳氟表面活性剂主要有两类,第一是双链均为含氟碳链,第二是双链分别为碳氟和碳氢链。
后一类常被称为杂交型表面活性剂(ｈｙｂｒｉｄｔｙｐｅｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ)。
第一类双链碳氟表面活性剂的典型代表是Ｆ(ＣＦ2)ｎ(ＣＨ2)2ＯＯＣＣＨ2ＣＨ(ＳＯ3Ｎａ)ＣＯＯ(ＣＨ2)2(ＣＦ2)ｎＦ,此类碳氟表面活性剂被认为可有效地增强精细铁磁体粒子在溶剂中的聚凝及分散性。
虽然此类双链碳氟表面活性剂具有较高的克拉夫特(Ｋｒａｆｆｔ)点(一般来讲,碳氟表面活性剂的克拉夫特点高于同类型的碳氢表面活性剂,这是碳氟表面活性剂的一大缺点),但通过在分子中引入氧乙烯链可使碳氟表面活性剂的克拉夫特点大大降低。
如在上述分子中引入一个氧乙烯链节,当分子中ｎ=4时,可将其克拉夫特点降到0℃以下。
当分子中ｎ=4和6时,一个氧乙烯链节可将其克拉夫特点分别降到26℃和73℃。
虽然73℃的克拉夫特点仍使其难溶于水,但引入两个以上氧乙烯链可使其在常温下使用。