[精品]含氟表面活性剂经典综述.doc

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1、含氟表面活性剂经典综述作者：肖进新江洪（北京大学化学与分了工程学院胶体化学研究室，北京100871）普通表面活性剂的疏水基一般为碳氢链，称碳氛表面活性剂。将碳氢表而活性剂分了碳氢链屮的氢原了部分或全部用氟原了取代，就成为碳氟表面活性剂，或称氛表瓯活性剂。碳氟表面活性剂是特种表面活性剂屮最重要的品种，冇很多碳红表曲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曲活性剂的独特性能常被概括为“三高”、“两憎：即高表血活性、高耐热稳左性及高化学稳定性;它的含氟姪基既憎水又憎油。碳氛表面活性剂其水溶液的最低表面张力可达到20mN/m以下,英至到15mN

2、/m左右。碳氛表血活性剂在溶液屮的质量分数为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屮的质最分数为0.%〜1.%范囤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泾油表面铺展（参见木文第二部分）。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420C以上才开始分解，因而可在300°C以上的温度下使用。碳氛表血活性剂有很高的化学稳定性,它可抵抗强氧化剂、强酸和强碱的作川，而且在这种溶液屮仍能保持良好的表面活性。若将H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

3、表曲活性剂曾用作四氟乙烯乳液聚合的乳化剂，以麻逐步用作润湿剂、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并的领域。研究表明，将碳氟表面活性剂与碳氢表面活性剂复配,有可能减少碳赢表而活性剂的用量而保持其表而活性。如将异电性碳氢和碳氟表面活性剂复配，不仅可人人减少碳氟表血活性剂的用量,在某些特殊情况下，复配品陕至具有更高的降低表面张力的能力，即达到全血增效作用。碳氟表面活性剂特殊应用的…个典型实例是利用其水溶液可衣油血上铺展的特

4、性，制备水成膜泡沫火火剂淇原理为儆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:汕的表面张力约为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,其水溶液的表血张力较高,不能满足铺展条件。在另一种情况下，即使表曲活性很高的碳氛表面活性剂，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,半油面舟先加入很少最能够铺展的碳氟表面活性剂水溶液后，一些本来市丁•表面张力太高而不能铺展的碳氟表而活性剂水溶液即可在汕而上铺展。若在汕而上首先铺展少暈在临界铺

5、展浓度Z上的碳氟表血活性剂水溶液，临界铺展浓度Z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火火剂（或称“轻水”泡沫火火剂）,这是日前国际上重点发展的火火剂，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血活性剂相比，碳氟表血活性剂的合成相对困难。它的合成…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屮间体，授后引迸•各种亲水基团制成各类碳氟表面活性剂。H屮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、氟烯坯调聚法和氟烯怪齐聚法。

6、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屮,在低于8V的盲流电压下进行电解。电解过程屮在阴极产生氢气，在阳极有机物被氟化。在有机物氟化过程屮，貝有有机物的氢原了被氟原了取代，其他一些官能团如酰基和磺酰基等仍被保留。典型的电解氣化的例了是烷基酰氯和烷基磺酰氯分别在无水氟化氢屮电解住成全氟烷基酰氟和全氛烷基磺酰氛，由它们出发，可用普通方法制得各类碳氟表面活性剂。3S氟烯怪调聚法是利用全氛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RNHasze1dine等研究的。他在1951年发现

7、三氟硕甲烷可与乙烯和四氟乙烯发生调节聚合反应。随麻，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Z外的多种调聚反应的端基物。氟烯泾齐聚法是70年代发展起来的。它是利用甌烯烧在非质了性溶剂屮发生齐聚反丿应得到高支叉低聚合度的全氟烯忌齐聚物。最常用的有四氟乙烯齐聚法、六氟内烯齐聚法和六氟环氧丙烯烷