氟碳表面活性剂

时间: 2024-07-23 06:29:20 |   作者: bob真人电竞

  能以极低的浓度显著地降低溶剂的表面张力的一类物质称为表面活性剂。氟碳表面活性剂

  是特种表面活性剂中最重要的品种，指碳氢表面活性剂的碳氢链中的氢原子全部或部分被

  氟原子取代，即氟碳链代替了碳氢链，因此表面活性剂中的非极性基不仅有疏水性质而且

  氟碳表面活性剂分为阴离子、阳离子、非离子、两性氟碳表面活性剂，以及别的类型的氟

  碳表面活性剂如含硅氟碳表面活性剂、混杂型表面活性剂、长链型表面活性剂和无亲水基

  氟碳表面活性剂大范围的应用于合成洗涤剂、化妆品、食品、橡胶、塑料、油墨等诸多行业。在

  氟碳表面活性剂自从用有机方法被合成以来，就引起了人们的广泛关注和兴趣，对其研究

  和应用随即快速地发展，在科技领域、工业和日常生活中与日俱增的重要意义也被普遍确认。

  在国外，Dupont公司早在五、六十年代就开始工业化生产氟碳表面活性剂，其他公司也相

  继开发了各自的工业化合成路线；在国内，中科院有机所在六十年代就开始了对氟碳表面

  活性的研究，并取得积极成果，已开发了部分工业化产品。近几年，随着国内经济不断发

  展，人们消费水平的提高，美国Dupont、3M等公司注意到中国市场的巨大潜力和诱人前

  景，先后在国内推出了他们的系列新产品。能确定，由于氟碳表面活性剂的独特性能，其

  应用范围将逐步扩大，应用水平会逐步的提升，在表面处理领域中的地位也将日益重要。颜

  填料，助剂，树脂，乳液，分散，那么人们不禁要问：究竟什么是氟碳表面活性剂？它

  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，但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。而二者在极性基团的结构上无明显区别。所以氟

  由上述结构特点，我们便可推知氟碳表面活性剂的独特性质直接与氟碳链相关，更进一步

  讲是取决于氟元素的独特性质。简而言之，相对于其他表面活性剂，氟碳表面活性剂最为

  氟元素是电负性最强的元素，它具有高氧化势、高电离能，这种特性一方面造成氟—碳键

  （F—C）键能咼（实际上氟一碳键是已知键能最咼的共价键），因而氟碳链结构远比碳氢

  结构稳定；另一方面氟原子非常难以被极化，使氟碳链极性比碳氢链小。正是因为这种低

  极性，使氟碳链疏水作用远比碳氢链强烈（其实，低极性不但使氟碳链疏水，而且还疏油

  一这里油是指碳氢类化合物）；另外，低极性又导致氟碳链相互间作用力弱。这二个因素

  共同作用使得氟碳表面活性剂分子在水溶液中有比其它表面活性剂分子更加强烈的倾向来

  脱离水溶液，在液/气界面上定向聚集排列成分子膜，从而使其具有与其它表面活性剂所不

  1、在极低应用浓度下便能明显降低水溶液的表面张力。有些氟碳表面活性剂（如Dupont

  2、极高的表面活性，即可将水溶液表面张力降到极低水平。像全氟羧酸可以使水溶液表

  面张力降至15~16dyn/cm。这是因为氟碳表面活性剂中的氟碳链在水溶液表明产生排列整

  齐的单分子膜，就像在溶液表面铺了一层氟碳化合物，而氟碳化合物是典型的低表面能材

  另外，氟碳表面活性剂还具有极高的稳定性。这是因为一方面氟一碳键（F—C）键能高，很

  难被破坏；另一方面氟原子对碳一碳键（C—C）具有屏敝效应。氟原子的半径比氢原子大，

  可有效地将全氟化的碳一碳键（C—C）屏敝保护起来，减少一碳键（C—C）被破坏的可

  能，但同时氟原子半径又没有大到足以在全氟碳链中引起立体张力的程度，因此使氟碳链

  1、热稳定性高。全氟磺酸盐能在350~400°C不发生分解，全氟羧酸在400°C环境下能稳

  定存在，全氟羧酸盐也能应用在250C的高温体系中；颜填料，助剂，树脂，乳液，分散！

  2、化学稳定性高。氟碳表面活性可在强酸、强碱、强氧化介质等特殊应用体系中稳定有

  效地发挥其表面活性剂作用，不会与体系发生反应或分解。如全氟磺酸盐在含氧化铬

  （10G/L）的98%硫酸溶液中于90°C温度下存放28天其性能不发生任何变化；

  3、相容性好。高的化学稳定性就从另一方面代表着高的化学惰性，氟碳表面活性剂能与其它各类活

  实际上氟碳表面活性剂分子中其它基团的稳定性往往比氟碳链差，在总体上降低了氟碳表

  面活性剂的稳定性。换句话，氟碳表面活性剂的稳定性取决于其所含非氟基团（如亲水基）

  1、在非常低的浓度下（50~100ppm）可将水溶液表面张力降到很低水平（18~20dyn/cm）；

  3、极好的相容性，可大范围的使用在各种PH值范围、各类水性、无水、粉末或辐射固化体系，

  氟表面活性剂上述特性决定了其应用场景范围和特点：颜填料，助剂，树脂，乳液，分散

  1、应用于其它表面活性剂性能不足的场合。如在普通表面活性剂对体系的润湿、流平性提

  高不够，或不能有效地分散、乳化某些低表面能物质等情况下，都能够使用氟碳表面活性

  剂。由于其高表面活性，无疑在润湿、流平等方面具有非常出色表现，并可有效分散、乳化低

  表面能材料，如聚四氟乙烯。这种性质在油漆、涂料、油墨、胶粘剂等行业特别的重要。颜

  2、应用于其它表面活性剂无法应用的场合。如高温、强酸、强碱、强氧化介质等体系。原

  因很简单，在这种情况一般表面活性剂就会与体系发生反应或分解，因而根本没办法应 用。

  由于氟表面活性剂生产所带来的成本高，市场行情报价昂贵，尽管其性能卓越，仍不能取代各类普通 表

  面活性剂。但当要求产品具有特殊性能或要应用于特殊环境中时，氟碳表面活性剂则 又是

  目前在工业上氟碳表面活性剂已经有广泛且成熟的应用：如在油漆、涂料、油墨行业作 润

  湿、流平、防粘、防污剂；在消防工业上用作轻水泡沫灭火剂；在聚合物体系中用作 乳化

  剂、脱模剂、防雾剂、防静电剂；在电子行业作清洗剂、助焊剂、氧化抑制剂；在 金属制

  备中作润滑剂、漂洗添加剂、腐蚀抑制剂；在农业材料上作杀菌剂、防雾剂；以 及在医疗、

  接下来一个问题是：既然氟碳表面活性剂有如此出色的性能，又有如此广泛之应用，那 么，

  怎样在一个特定的配方体系中选择一种合适的氟碳表面活性剂产品？这里需要仔细考虑 以下几

  1、需要明确利用氟碳表面活性剂来提高配方中哪方面性能，是润湿性、流平性还是发 泡性？

  2、 考虑氟碳表面活性剂特别是其中非氟官能团是否与体系相容，是否会与体系反应而 破坏

  3、 考虑氟碳表面活性剂的物理性质如溶解度、颜色、状态是不是会限制其在特定体系中 的应

  如果你按照上述方法已经选择了一种氟碳表面活性剂，那么在应用时还需注意以下问 题：

  1、 由于氟碳表面活性剂基本上为浆状或粉状物，直接用不方便，故商业；化产品中 往往

  已被配制为溶液。但这一些产品在低温时经常会分离成两相或沉淀，因此使用前务必 充分搅

  2、 有些氟碳表面活性剂产品的表面活性，特别是发泡能力随体系的PH 值变化会有很 大差

  3、 在每一种特定配方中氟碳表面活性剂的最佳应用浓度各不相同，故应通过等量增减〃

  4、 很多配方中，与普通表面活性剂混用会产生很好的协同效应。这不仅能减少两者的 用量，

  降低总体成本，同时还能产生更好的效果。这一点当用作润湿、流平剂时尤显重 要（因为

  尽管氟碳表面活性剂对液体表面张力降低性能卓越，但在降低固/液相界面张 力时性能不如