《论文_氟表面活性剂的研究进展与发展趋势(定稿)》

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1、氟表面活性剂的研究进展与发展趋势中北大学化工•环境学院李丹福摘要：含氟衣面活性剂是特种衣血活性剂中最重要的品种。与传统的衣面活性剂和比,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，己广泛应用于洗涤、消防、石油、纺织等多个领域。本文介绍了含氟表面活性剂的结构与特性、合成方法及应川，并展望了其发展前景！关键词：氟表回活性剂结构与特性合成应用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而活性剂。氟表血活性剂是迄今为上所有表血活性剂中表血活性最高的一种，有很高的热稳定性、化学稳定性。此外，其碳氟链既憎水乂憎油，可制成油溶性的氟表而活性剂。氟表而活性剂的这

2、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血活性剂无法取代的作川。但与碳氢表而活性剂相比，氟表而活性剂合成较难，对其研究也相对较少，而冃很多研究成果都已申请专利。1结构与特性从结构上看，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，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，一般瑕适宜的碳氟链长为6~10。尾部Rf在降低表面张力上起着决定性作用，也使得氟表而活性剂不同十传统的碳氢、硅表血活性剂。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ifii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ini张力

3、却更为有效，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。氟原子部分或全部代替碳氢链中的氢原子以后，表而活性剂的性质发生了许多变化。含氟表而活性剂的独特性能常被概括为“三高”和“两憎”，既髙表而活性、高耐热稳定性及高化学稳定性，既憎水又憎油。氟表面活性剂的表血物性来源于氟原子的特殊性质，氛原子的电负性大(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)o氟原子的半径比氢原子的人，因而屏蔽碳原子的能力人，使得C-C键稳定性有所提高，

4、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而活性，在3()o°c以上的高温下使用也不发生分解。山于氟原子的范徳华力小，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，因而含氟表而活性剂易于吸附于水的表而，在极低的浓度下就可以把水溶液的表而张力降低到15mN-m^o但是，含氟表而活性剂的疏水基也具有疏油性，故不易吸附在油-水界而上，降低油-水界而张力的能力小。将氛表而活性剂与碳氢表而活性剂混合后溶于水中，由于氟表而活性剂选择地吸附在水的表而,使表ifli张力降低，而碳氢链表ifii活性剂能吸附在油水界ifii上，使界面张力降低，所以两者混合使川可提衙水

5、溶液的润湿性能。2合成方法含氟表血活性剂的合成一般分三步：首先合成含6~10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，最后引进各种亲水性基团制成各类含氟表面活性剂。其中含氛烷基的合成是制备含氟表血活性剂的关键。含氛烷基的工业化牛产方法主要是电解氟化法、氟烯坯调聚法和氟烯坯齐聚法。2.1电解氟化法电解氟化法是itlSimorfs在1937年首先开发，美国3M公司最早实现商品化，电解氟化法是将被氟化的物质溶解或分散在无水氟化氢中，在低丁*8V的直流电压下进行电解。电解屮在阴极产生氢气，在阳极有机物被氟化。在此工艺路线屮，可将碳氢链烷基的酿氯或磺臥氯比接换成相应的全氟烷基瞅

6、氟或磺瞅氟产物，由它们出发，可用普通方法制得各类含氟表而活性剂。由于电解氟化反应甚为激烈，易发生C-C链断裂、氧化、环化等副反应，反应过程中除了牛成与原料的碳原子数相同的全氟化合物外，还牛成短链的全氟化合物和其它类型的副产物，因此总的产物收率较低。该方法的最人优点在于反应一步完成，过程简单。但其成木高，收率低，用电量大，需专门的电解设备，工业化牛产困难较大。采用此法牛产含氟表回活性剂的有美国3M公司，口本人口木油墨公司及东北肥料公司等。2.2氟烯绘调聚法氟烯性调聚法最旱是由英国HaszcldincRH教授提出的方法，是指聚合物在口由基聚合催化剂的作川下，利川全氟烷基碘等物质作为端皋物调节聚

7、合四氟乙烯等含氟单体制得低聚合度的含氟烷基调节物。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的工业生产路线。随后美国DuPont公司又开发了用五氟化碘和四氟乙烯进行调聚反应，制得全氟烷棊磺化物。此反应产率虽髙，但最终产物为链长不同的混合体（其n数的分布较宽），适当选择良好的反应过程，控制反应工艺条件，确保n数在所需的范围内终比反应的继续发展，以减少不希望得到的高沸物（nv6）大量生成。调聚法优点是反应