含氟表面活性剂的研究进展

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1、含氟表面活性剂的研究进展摘要：含氟表面活性剂是特种表面活性剂的一类。与传统的表面活性剂相比，具有高表面活性、高耐热稳定性及高化学稳定性，既憎水又憎油的特性，已广泛应用于洗涤、消防、石油、纺织等多个领域。本文对含氟表面活性剂的结构与特性、合成方法及应用进行了简单综述。关键词：氟表面活性剂；结构；特性；合成；应用Abstract：containingfluorinesurfactantisspecialsurfaceactiveagentcategory.Comparedwiththetraditi

2、onalsurfaceactiveagent,withhighsurfaceactivity,highheatstabilityandGaoHuaXuestability,alreadyhatewaterandthecharacteristicsofeveryoil,hasbeenwidelyusedinwashing,firecontrol,oil,textileandotherfields.Thispapercontainingfluorinesurfactantsstructureandp

3、roperties,synthesismethodsandtheapplicationofasimpleandreviewedinthispaper.Keywords:fluorinesurfactant;Structure;Characteristics;Synthesis;Application氟表面活性剂主要是指碳氢链疏水基上的氢完全或部分被氟原子取代的表面活性剂。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，有很高的热稳定性、化学稳定性。此外，其碳氟链既憎水又憎油，可制成油溶

4、性的氟表面活性剂。氟表面活性剂的这些独特性能使其具有广泛用途，特别是在一些特殊应用领域起着其他表面活性剂无法取代的作用。氟表面活性剂合成较难，对其研究也相对较少，而且很多研究成果都已申请专利[1]。1.含氟表面活性剂的结构从结构上看，氟表面活性剂与普通表面活性剂相似，都由亲水基和疏水基组成（见图1），尾部RF是一个既憎水又憎油的氟碳链（可以是直链或支链），可根据使用需要改变链长和结构，一般最适宜的碳氟链长为6～10。尾部RF在降低表面张力上起着决定性作用，也使得氟表面活性剂不同于传统的碳氢、硅表

5、面活性剂。直链的氟碳表面活性剂在相对高的使用浓度下表现出最低表面张力，而支链氟碳表面活性剂在相对低的浓度下使用，降低表面张力却更为有效[2]。头部X代表亲溶剂基团，一般是水溶性基团，但在无水系统中，也可以设计成油溶性基团。根据X结构的不同，可以将氟表面活性剂分为阴离子型、阳离子型、非离子型及两性型四种。2.含氟表面活性剂的特性氟原子部分或全部代替碳氢链中的氢原子以后，表面活性剂的性质发生了许多变化。含氟表面活性剂的独特性能常被概括为“三高”和“两憎”，即高表面活性、高耐热稳定性及高化学稳定性，既

6、憎子的电负性大（4.0），使以共价键结合的C-F键具有离子键的性能，因此C-F的键能高（452kJ/mol）。[3]氟原子的半径比氢原子的大，因而屏蔽碳原子的能力大，使得C-C键稳定性有所提高，化学稳定性和热稳定性好，在强酸、强碱性介质、氧化剂中仍具有良好的表面活性，在300℃以上的高温下使用也不发生分解。由于氟原子的范德华力小，氟碳链分子间的作用力较小，与碳氢链表面活性剂相比，表面吸附能高，因而含氟表面活性剂易于吸附于水的表面，在极低的浓度下就可以把水溶液的表面张力降低到15mN·m-1。但是

7、，含氟表面活性剂的疏水基也具有疏油性，故不易吸附在油-水界面上，降低油-水界面张力的能力小。将氟表面活性剂与碳氢表面活性剂混合后溶于水中，由于氟表面活性剂选择地吸附在水的表面，使表面张力降低，而碳氢链表面活性剂能吸附在油水界面上，使界面张力降低，所以两者混合使用可提高水溶液的润湿性能。分条总结如下:2.1.良好的热稳定性和化学稳定性[4]在含氟表面活性剂中，由于氟元素的电负性最大（4.0），原子半径很小，且形成的C—F键键长短（1.35×10-10m），键能大（486kJ/mol）。因此，让氟碳

8、表面活性剂具有很高的热稳定性，很高的耐酸性、高浓度碱性和强氧化剂等化学稳定性；而在这些介质中不含氟的表面活性剂是无法使用的。2.2.低表面张力一般表面活性剂溶于水时，可将水的表面张力降至30mN/m左右。而在含氟表面活性剂中，由于氟碳链既疏水又疏油，可使水的表面张力降至20mN/m以下。[5]它之所以具有最高的表面活性是由于C—F键不易极化，分子间的范德华引力小，氟原子半径较氢原子大，能将碳原子完全遮盖起来，而使碳氟化合物分子间的引力很小。所以含氟表面活性剂在水溶液中自内部移至表面比碳氢化合物所