氟碳表面活性劑:化學活性劑-中文百科頻道

基本概述

氟碳表面活性劑分為陰離子、陽離子、非離子、兩性氟碳表面活性劑，以及其他類型的氟碳表面活性劑如含矽氟碳表面活性劑、混雜型表面活性劑、長鍊型表面活性劑和無親水基氟碳表面活性劑等。

氟碳表面活性劑廣泛應用于合成洗滌劑、化妝品、食品、橡膠、塑料、油墨等諸多行業。在感光材料中，主要用作潤濕劑、乳化劑、抗靜電劑等。同時還可以作為消防滅火劑的添加劑，油墨添加劑，用于石油開采、紡織印染、紙張皮革處理、環保農藥、合成樹脂、高檔塗料等等

氟碳表面活性劑自從用有機方法被合成以來，就引起了人們的廣泛關注和興趣，對其研究和應用随即迅速發展，在科技領域、工業和日常生活中與日俱增的重要意義也被普遍确認。在國外，Dupont公司早在五、六十年代就開始工業化生産氟碳表面活性劑，其他公司也相繼開發了各自的工業化合成路線；在國内，中科院有機所在六十年代就開始了對氟碳表面活性的研究，并取得積極成果，已開發了部分工業化産品。

近幾年，随着國内經濟不斷發展，人們消費水平的提高，美國Dupont、3M等公司注意到中國市場的巨大潛力和誘人前景，先後在國内推出了他們的系列産品。可以肯定，由于氟碳表面活性劑的獨特性能，其應用範圍将不斷擴大，應用水平會不斷提高，在表面處理領域中的地位也将日益重要。

理化特性

簡而言之，相對于其他表面活性劑，氟碳表面活性劑最為顯着的特點是：高效、穩定，即高表面活性，高熱力學和化學穩定性。

氟元素是電負性最強的元素，它具有高氧化勢、高電離能，這種特性一方面造成氟—碳鍵（F—C）鍵能高（實際上氟—碳鍵是已知鍵能最高的共價鍵），因而氟碳鍊結構遠比碳氫結構穩定；另一方面氟原子非常難以被極化，使氟碳鍊極性比碳氫鍊小。

正是因為這種低極性，使氟碳鍊疏水作用遠比碳氫鍊強烈（其實，低極性不但使氟碳鍊疏水，而且還疏油—這裡油是指碳氫類化合物）；另外，低極性又導緻氟碳鍊相互間作用力弱。這二個因素共同作用使得氟碳表面活性劑分子在水溶液中有比其它表面活性劑分子更加強烈的傾向來脫離水溶液，在液/氣界面上定向聚集排列成分子膜，從而使其具有與其它表面活性劑所不同的二種特性。

1、在極低應用濃度下便能顯着降低水溶液的表面張力。有些氟碳表面活性劑（如Dupont的Zonyl系列産品）在50~100ppm時便可将水溶液表面張力降到18~20dyn/cm。這主要是氟碳鍊疏水作用強烈，相互間分子作用力弱的原因。

2、極高的表面活性，即可将水溶液表面張力降到極低水平。像全氟羧酸可以使水溶液表面張力降至15~16dyn/cm。這是因為氟碳表面活性劑中的氟碳鍊在水溶液表面形成排列整齊的單分子膜，就像在溶液表面鋪了一層氟碳化合物，而氟碳化合物是典型的低表面能材料，如聚四氟乙烯表面能為19dyn/cm。

另外，氟碳表面活性劑還具有極高的穩定性。這是因為一方面氟—碳鍵（F—C）鍵能高，很難被破壞；另一方面氟原子對碳—碳鍵（C—C）具有屏敝效應。氟原子的半徑比氫原子大，可有效地将全氟化的碳—碳鍵（C—C）屏敝保護起來，減少碳—碳鍵（C—C）被破壞的可能，但同時氟原子半徑又沒有大到足以在全氟碳鍊中引起立體張力的程度，因此使氟碳鍊更加穩定。這種穩定性具體表現在以下三個方面：

1、熱穩定性高。全氟磺酸鹽能在350~400℃不發生分解，全氟羧酸在400℃環境下能穩定存在，全氟羧酸鹽也能應用在250℃的高溫體系中；

2、化學穩定性好。氟碳表面活性可在強酸、強堿、強氧化介質等特殊應用體系中穩定有效地發揮其表面活性劑作用，不會與體系發生反應或分解。如全氟磺酸鹽在含氧化鉻（10G/L）的98%硫酸溶液中于90℃溫度下存放28天其性能不發生任何變化；

3、相容性好。高的化學穩定性就意味着高的化學惰性，氟碳表面活性劑能與其它各類活性劑很好地相容，并可應用于幾乎所有配方體系。

實際上氟碳表面活性劑分子中其它基團的穩定性往往比氟碳鍊差，在總體上降低了氟碳表面活性劑的穩定性。換句話，氟碳表面活性劑的穩定性取決于其所含非氟基團（如親水基）的穩定性。

綜上所述，氟碳表面活性劑具有以下其它非氟表面活性劑不可能具備的特性：

1、在非常低的濃度下（50~100ppm）可将水溶液表面張力降到很低水平（18~20dyn/cm）；

2、高的熱力學和化學穩定性，可用于高溫、強酸、強堿、強氧化介質等體系；

3、極好的相容性，可廣泛用于各種PH值範圍、各類水性、無水、粉末或輻射固化體系，并能與體系中其它表面活性劑和組份很好地相容。

應用範圍

氟表面活性劑上述特性決定了其應用範圍和特點：顔填料,助劑,樹脂,乳液,分散

1、應用于其它表面活性劑性能不足的場合。如在普通表面活性劑對體系的潤濕、流平性提高不夠，或不能有效地分散、乳化某些低表面能物質等情況下，都可以采用氟碳表面活性劑。由于其高表面活性，無疑在潤濕、流平等方面具有出色表現，并可有效分散、乳化低表面能材料，如聚四氟乙烯。這種性質在油漆、塗料、油墨、膠粘劑等行業尤為重要。

2、應用于其它表面活性劑無法應用的場合。如高溫、強酸、強堿、強氧化介質等體系。原因很簡單，在這種情況一般表面活性劑就會與體系發生反應或分解，因而根本無法應用。這使得氟碳表面活性劑在某些特殊條件下有其無可比拟的優越性。

由于氟表面活性劑生産成本高，市場價格昂貴，盡管其性能卓越，仍不能取代各類普通表面活性劑。但當要求産品具有特殊性能或要應用于特殊環境中時，氟碳表面活性劑則又是最好的選擇。

目前在工業上氟碳表面活性劑已經有廣泛且成熟的應用：如在油漆、塗料、油墨行業作潤濕、流平、防粘、防污劑；在消防工業上用作輕水泡沫滅火劑；在聚合物體系中用作乳化劑、脫模劑、防霧劑、防靜電劑；在電子行業作清洗劑、助焊劑、氧化抑制劑；在金屬制備中作潤滑劑、漂洗添加劑、腐蝕抑制劑；在農業材料上作殺菌劑、防霧劑；以及在醫療、石油、感光材料、清洗劑、紡織等領域均有重要應用。