含氟表面活性劑的應(yīng)用

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔含氟表面活性劑及其應(yīng)用摘要含氟表面活性劑是目前最受青睞的特種表面活性劑，相比于傳統(tǒng)的碳?xì)浔砻婊钚詣砻婊钚詣┑挠昧可?，降低水溶液表面張力的作用?qiáng)，同時(shí)可以跟其它表面活性劑起到很好的復(fù)配效果，可以應(yīng)用于石油、消防、涂料、造紙等很多領(lǐng)域。文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔目錄1表面活性劑12含氟表面活性劑的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)12.1 含氟表面活性劑12.1.1 含氟表面活性劑的穩(wěn)定性12.1.2 含氟表面活性劑的溶解性12.1.3 含氟表面活性劑的表面活性22.1.4 含氟表面活性劑的水溶液在油面上的鋪展22.2 含氟表面活性劑類型22.3 含氟表面活性劑的合成方法32.4 含氟表面活性劑的應(yīng)用32.

2、4.1 在石油領(lǐng)域的應(yīng)用32.4.2 在消防領(lǐng)域的應(yīng)用42.4.3 在涂料中的應(yīng)用42.4.4 在造紙業(yè)中的應(yīng)用42.4.5 在其他方面的應(yīng)用42.5 含氟聚合物的研究進(jìn)展53展望84個(gè)人想法8參考文獻(xiàn)9文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔1表面活性劑所謂表面活性，是指溶劑的表面張力降低的性質(zhì)，能顯著降低（多數(shù)為水）表面張力或液-液界面張力的物質(zhì)被稱為表面活性劑。最近科學(xué)領(lǐng)域不斷地在開拓，表面活性劑不僅運(yùn)用于日常生活，還可以運(yùn)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)關(guān)系到的很多方面，在這些領(lǐng)域里，表面活性劑有著神奇的效果，用量雖少，但對(duì)改進(jìn)技術(shù)、提高質(zhì)量、增產(chǎn)節(jié)約卻收效顯著，有“工業(yè)味精”之美譽(yù)。我們把表面活性劑的疏水基只含有碳?xì)滏湥ǚ?/p>

3、子中可以含有Cl、Br、I、QN、S等元素）的這種常用的表面活性劑稱為碳?xì)浔砻婊钚詣?。如果除含有以上元素外，分子中還含有F、Si、B等元素，則叫做特種表面活性劑。但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些結(jié)構(gòu)特殊的表面活性劑的不斷出現(xiàn)，形成了新型的特種表面活性劑，如含有Bola型、雙子型、冠醴型等結(jié)構(gòu)的表面活性劑。特種表面活性劑之所以受到如此關(guān)注，是因?yàn)樗哂兄T多普通表面活性劑所不能及的特殊性質(zhì)。特別是含氟表面活性劑，它是近年來(lái)迅速發(fā)展的一類表面活性劑，是特種表面活性劑非常重要的一個(gè)品種，也是迄今為止表面活性最高的一種。2含氟表面活性劑的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)2.1 含氟表面活性劑碳氧表面活性劑結(jié)構(gòu)上的氧原子被氟原子

4、部分或者全部替代被稱為含氟表面活性劑。它具有高表面活性、高耐熱穩(wěn)定性、高化學(xué)穩(wěn)定性、憎水性和憎油性的“三高”、“兩憎”的獨(dú)特性能，是20世紀(jì)最重要的化工產(chǎn)品之一，在許多特殊的領(lǐng)域中有著不可替代的作用。2.1.1 含氟表面活性劑的穩(wěn)定性氟是自然界中電負(fù)性最高的元素，所以碳氟鍵的共價(jià)鍵具有離子鍵的性能，鍵能很高，可達(dá)415J/mol,又因?yàn)楣矁r(jià)鍵合的氟原子的原子半徑比氧原子大，可有效地將全氟化的鍵屏蔽保護(hù)，因此相比之下含氟表面活性劑具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。例如，將全氟辛基磺酸在濃硝酸中反應(yīng)溫度加到170c也沒有被分解；同時(shí)與其他的過(guò)氧化氧或者聯(lián)氨等反應(yīng)時(shí)也沒有發(fā)現(xiàn)異常。2.1.2 含氟表面

5、活性劑的溶解性含氟表面活性劑在水溶液的溶解度完全取決于其極性基團(tuán)和碳氟基的結(jié)構(gòu)，其溶解度隨著鏈長(zhǎng)的增加而降低。例如甲烷在水中的溶解度是四氟甲烷的7倍。文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔由于碳氟鏈不僅憎水、憎油，而且難溶于極性和非極性有機(jī)溶劑，所以它在固體表面單分子層不會(huì)被非極性液體所潤(rùn)濕，從而使全氟表面活性劑能大大的降低水、碳氧化合物液體、其他有機(jī)溶劑的表面張力。2.1.3 含氟表面活性劑的表面活性由于碳氟鍵比較穩(wěn)定，發(fā)生反應(yīng)不易斷裂，在酸堿溶液中穩(wěn)定存在，因此含氟表面活性劑有很好的表面性能；主要是是因?yàn)樘挤I不容易被極化，氟原子半徑比氧原子要大，這樣就能使碳原子完全遮蓋住。碳氟鏈的作用力遠(yuǎn)小于碳?xì)滏湹淖饔?/p>

6、力，因此從水相遷移到含氟表面活性劑表面時(shí)做很小的功，所以可以將水的表面張力降到很低，比傳統(tǒng)碳氧表面活性劑的作用效果更佳。2.1.4 含氟表面活性劑的水溶液在油面上的鋪展含氟表面活性劑最突出的性質(zhì)之一是其水溶液可在燒油表面鋪展。當(dāng)一種液體滴加于另一種液體的表面時(shí)，會(huì)出現(xiàn)三種情況液滴下沉至底部，如水滴入油面液滴懸浮于液面，如一滴石蠟在水面上；液滴在另一液體表面鋪開形成一層液膜，如長(zhǎng)鏈的醇在水面上鋪展。第三種情況我們將其稱為液體在液體上的鋪展。若使水溶液在油面上鋪展，則必須滿足鋪展條件，即鋪展系數(shù)S/o>0。S/o=Y-YwrYw/o>0其中Yo、Y、Yw/o分別表示油、水溶液的表面張力

7、及油水界面張力在日常生活中純水不能在油面鋪展，碳氟表面活性劑水溶液也不能在油面鋪展。但當(dāng)氟表面活性劑加人水中時(shí)，水溶液的表面張力可降到20mN/m以下（甚至在15mN/m左右，油的表面張力通常在2030mN/m。含氟表面活性劑水溶液因其極低表面張力使其可以在油面鋪展形成一層水膜。2.2 含氟表面活性劑類型根據(jù)極性基結(jié)構(gòu)的不同將氟表面活性劑分為離子型和非離子型兩大類。離子型氟表面活性劑又可分陰離子型、陽(yáng)離子型和兩性型氟表面活性劑。而某一類型的表面活性劑又根據(jù)所含基團(tuán)結(jié)構(gòu)不同可形成各種系列的產(chǎn)品。見表1文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔表1含氟表面活性劑的特性與應(yīng)用回組合物主要特性應(yīng)用領(lǐng)域陰離子全氟烷基較酸鹽型

8、滲透性、潤(rùn)濕性、乳化性、分散性、水溶性、增溶性、起泡性、潤(rùn)滑性、耐熱性、降低表面張力洗滌劑、膠乳、涂料、顏料添加劑、乳化劑、分散劑、潤(rùn)濕齊1、滅火劑、起泡劑、防靜電齊1、潤(rùn)滑添加劑、銘霧抑制劑、脫模劑、紙張防油處理劑陽(yáng)離了全氟烷基季俊鹽型滲透性、乳化性、分散性、起泡性、抗靜電性、耐水性、憎油性、殺菌性、防銹性、脫模性、降低表面張力洗凈劑、涂料、顏料添加劑、油墨添加劑、乳化劑、潤(rùn)濕劑、防水防油劑、紙張皮革纖維加工添加劑、電鍍?cè)√砑觿?、浮選劑、金屬緩蝕添加劑、耐腐蝕抑制劑、鋪展劑、脫模劑非離子全氟烷基EO加成物全氟烷基酰胺類型非解離性全氟烷基化合物類滲透性、潤(rùn)濕性、乳化性、分散性、水溶性、抗靜電性

9、、油溶性、流平性、脫模性、降低表面張力洗凈劑、涂料、顏料添加劑、乳化劑、潤(rùn)滑油與防銹油添加齊1、潤(rùn)濕劑、流平劑、抗靜電齊心石油捕集劑、脫模劑兩性型全氟烷基甜菜堿型全氟烷基氧化胺型滲透性、潤(rùn)濕性、分散性、水溶性、憎油性、起泡性、抗靜電性、防銹性、流平性、殺菌性、降低表面張力滅火劑、乳化劑、分散劑、纖維和樹脂工業(yè)用添加劑、增泡齊1、穩(wěn)泡劑、金屬緩蝕添加劑、潤(rùn)濕劑、石油捕集劑2.3 含氟表面活性劑的合成方法含氟表面活性劑的合成包括三步：即首先合成含氟烷基化合物，然后制得易引入親水基團(tuán)的含氟中間體，最后引入各種親水基團(tuán)制得含氟表面活性劑。其中含氟烷基化合物的合成是關(guān)鍵，目前制備含氟烷基化合物的方法主要

10、有三種，分別是電解氟化法、氟烯姓調(diào)聚法和氟烯姓齊聚法。2.4 含氟表面活性劑的應(yīng)用2.4.1 在石油領(lǐng)域的應(yīng)用在原油開采過(guò)程中，化學(xué)驅(qū)油法可提高原油采收率（可達(dá)到80%-85%）,其中表面活性劑驅(qū)油及微乳狀液驅(qū)油又是效率最高的兩種化學(xué)驅(qū)油法。表面活性劑驅(qū)油法是利用表面活性劑來(lái)降低油水界面張力，增加洗油能力。微乳狀液驅(qū)油也是將表面活性劑溶于地下礦化水中，再加入一定量油而形成微乳狀液，它與油、水間無(wú)界面，與油完全混溶，洗油率更高，可使采油率提高到90%這兩種方法均需耗用較多的表面活性劑，但在當(dāng)前能源緊張，從充分利用資源的角度考慮，仍是值得的。因此，盡管含氟表面活性劑較碳?xì)浔砻婊钚詣┏杀靖?，但人?/p>

11、仍對(duì)文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔其驅(qū)油性能進(jìn)行了大量研究，取得較好的效果。某些氟表面活性劑也適合作原油破乳劑。2.4.2 在消防領(lǐng)域的應(yīng)用火災(zāi)會(huì)放出很多有害氣體，比如氧化氮（NOX,硫氧化物（SOX,一氧化碳（CO以及一些碳氧化合物，這些會(huì)造成空氣污染，導(dǎo)致有酸雨，溫室效應(yīng)等；氟表面活性劑以其獨(dú)特優(yōu)良的性能在滅火劑研制中有著不可替代的特殊作用，作為新型的滅火劑正日益受到重視。氟蛋白泡沫滅火劑是將普通蛋白泡沫滅火劑中加入0.005%0.05%的陰離子型或非離子型氟表面活性劑，可以大大提高滅火速度，其滅火速度比普通蛋白泡沫滅火劑高34倍，而且泡沫有自封作用，可以自行撲滅覆蓋滅火劑的油面上的局部燃燒的火苗，

12、即有較好的耐復(fù)燃性。2.4.3 在涂料中的應(yīng)用3M公司對(duì)于含氟表面活性劑的獨(dú)特特性有了一定的掌握，最近制備出了FC-4430和FC-4432,這兩者以高效、環(huán)保等功能替代了來(lái)滿足涂料、油墨、膠粘劑、樹脂等在工業(yè)配方中對(duì)于潤(rùn)濕、鋪展、流平以及表面無(wú)缺陷的要求，有效解決了涂料浮色、發(fā)花、附著等不良現(xiàn)象。含氟表面活性劑在很低的濃度下能夠改善許多涂料、清漆和膠粘劑的性能。如在潮氣固化型的聚氨酯涂料中，添加氟表面活性劑可以使得氣泡既小又容易分散，起很好的消泡作用等。2.4.4 在造紙業(yè)中的應(yīng)用在造紙行業(yè)，含氟表面活性劑作為紙張涂料分散劑，能夠覆蓋于各個(gè)顏料粒子表面，賦予顏料粒子以電荷，使之相互間產(chǎn)生斥力

13、，防止聚集，并起著保護(hù)膠體的作用，因此具有良好的流動(dòng)性和涂料適應(yīng)性，并能夠提高膠粘劑與顏料的混合性。由于其優(yōu)良的降低表面張力的能力，對(duì)紙張涂料的消泡作用比一般消泡劑更好。利用含氟表面活性劑的優(yōu)良的潤(rùn)滑、抗靜電等性能，作為涂料潤(rùn)滑劑是理想的材料，特別是在熱感紀(jì)錄紙、傳真紙的涂布過(guò)程，加入氟表面活性劑，可提高運(yùn)行過(guò)程的“糊頭”現(xiàn)象。用在磁性記錄卡片上，可大大減少信號(hào)干擾，提高使用效果。2.4.5 在其他方面的應(yīng)用含氟表面活性劑以優(yōu)異的性能在其他方面中也有廣泛的作用。見表2文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔表2含氟表面活性劑的類型、用途、優(yōu)點(diǎn)整用途優(yōu)點(diǎn)皮革制造加工工2潤(rùn)濕、乳化、勻染助劑提高效率、改善效果、減少工

14、藝操作時(shí)間塑料的注射成型加工行業(yè)清潔添加劑瞬間的清潔，以除去具表面所粘附的油污高分子聚合物脫模劑不可燃，耐熱性和絕緣性極佳。使用濃度低，使用壽命長(zhǎng)，污染小，質(zhì)量穩(wěn)定，存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)石油裂解氣燃料添加劑節(jié)省了油料，又改善了發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性，降低尾氣的煙霧排放量，并還能減少噴油咀的積炭現(xiàn)象，延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命橡膠、塑料、聚氨酯等抗靜電劑全氟脛基鏈的定向排列層，會(huì)大大減少摩擦過(guò)程中所產(chǎn)生的靜電現(xiàn)象冶金清洗劑除銹速度快、表面平整性好、對(duì)金屬有一定的緩蝕保護(hù)紡織印染工業(yè)防污劑拒油、拒水和拒污性2.5 含氟聚合物的研究進(jìn)展自第一種碳氟表面活性劑商品問世以來(lái)，已經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)的歷史；美國(guó)3M公司首先在1951年用

15、電解氟化法合成含氟表面活性劑，命名為“Fluorad1956年又研制出商品名為scotchguard的防水、防油、防污的氟處理劑。60年代又得到大力發(fā)展，并向西歐、日本出口。此后人們開始關(guān)注此類物質(zhì)，越來(lái)越多的國(guó)家在含氟表面活性劑的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用開發(fā)方面作了大量的研究工作，取得了巨大的進(jìn)展。70年代日本的碳氟表面活性劑工業(yè)發(fā)展起來(lái)，1972年左右，大日本油墨公司在石JI縣美JI工廠建立日本最早的電解氟化車間。日本東京工業(yè)大學(xué)的石川延男教授與Neo公司合作開發(fā)了以六氟丙烯齊聚法為基礎(chǔ)的合成碳氟表面活性劑的生產(chǎn)工藝。西歐各國(guó)公司也對(duì)合成碳氟表面活性劑工藝進(jìn)行了大量研究，其中最突出的是英國(guó)工公司在

16、年代中后期開發(fā)的以四氟乙烯齊聚體為憎水憎油基的碳氟表面活性劑。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界上對(duì)碳氟表面活性劑的年需求量已超過(guò)千噸，在國(guó)際上它已發(fā)展成為競(jìng)爭(zhēng)性強(qiáng)、科技含量高，由市場(chǎng)直接導(dǎo)向的產(chǎn)業(yè)。雖然氟表面活性劑的市場(chǎng)如此繁榮，但真正大規(guī)模生產(chǎn)氟表面活性劑的公司寥寥無(wú)幾，主要是美國(guó)的3必司、DuPont公司、英國(guó)ICI的公司、法國(guó)的Atochem公司、日本的大日本油墨、Neo公司等。進(jìn)入21世紀(jì)含氟表面活性劑逐步向環(huán)境友好型、高表面活性劑、低成本方向發(fā)展。我國(guó)具備合成碳氟表面活性劑能力的單位主要有中科院上海有機(jī)化學(xué)研究文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔所和上海市有機(jī)氟材料研究所；目前我國(guó)對(duì)于含氟表面活性劑的研究以及

17、生產(chǎn)相比于國(guó)外有一定的差距，雖然某些領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，可是生產(chǎn)規(guī)模還是實(shí)驗(yàn)室階段，表面的原因是碳氟表面活性劑成本高，用不起。深層的原因是含氟烷基與碳氟表面活性劑合成、碳氟表面活性劑性能及應(yīng)用研究?jī)蓚€(gè)環(huán)節(jié)相互脫節(jié)，不同研究單位各自為戰(zhàn)，缺乏合作。雖然碳氟表面活性劑的種類很多，但我國(guó)只能生產(chǎn)品種單一的少數(shù)幾種，由于不成系列產(chǎn)品，極大地限制了實(shí)際應(yīng)用研究。但近幾年也取得了很大進(jìn)展。20世紀(jì)90年代西安近代化學(xué)研究所的李惠芳等以全氟辛酸和全氟辛基磺酸氟為原料，然后與非氟單體聚合得到含氟丙烯酸酯防水防油表面活性劑，同時(shí)降低了原料成本。2004年，李焰等人以全氟辛基磺酰氯為原料，制備了含氟陰離子表面活性劑

18、的方法；他們得出的結(jié)論有：用三乙胺奪氟劑，可以縮短反應(yīng)時(shí)間，提高產(chǎn)率；水解時(shí)用乙醇作助劑，可以使酯的溶解性能更好。2006年，姚錢君等以全氟辛基磺酰氛、N,N-二甲基-1,3-丙二胺等為原料，合成出的含磷酸酯的含氟兩性表面活性劑，其最低表面張力可達(dá)到24.0mN/m劉振營(yíng)等以全氟辛基磺酰氟為原料合成出了一種新型非離子含氟表面活性劑（商品名:Intechem-1）,其水溶液最低表面張力可達(dá)16.8mN/m現(xiàn)階段Intechem-1廣泛用于水成膜泡沫滅火劑中，因?yàn)槠淇梢员憩F(xiàn)出優(yōu)良的滅火效果。而各種實(shí)驗(yàn)研究表明全氟辛基磺酰類化合物和全氟辛酸及其鹽類化合物，在各種理化條件下幾乎不會(huì)發(fā)生任何可以觀察到的

19、降解，為目前世界上最難降解的有機(jī)污染物之一，具有很高的生物蓄積性和人體多臟器毒性。因此，在2006年底，歐盟正式發(fā)布了全氟辛烷磺酸（PFO$的銷售和使用限制指令。但對(duì)于含氟表面活性劑的研究沒有停止，現(xiàn)在國(guó)際上正在尋找能夠替代PFOS勺新型含氟表面活性劑。見表3表3現(xiàn)在生產(chǎn)的部分PFOS替代品的名稱和企業(yè)替代化合物商標(biāo)公司用途G氟化合物Forafac?DuPont滅火泡沫脂肪醇Emulfor?Lutensit?BASF流平及潤(rùn)濕劑全氟聚酸Solvera?PFPESolvay用于增強(qiáng)紙質(zhì)包裝盒等的拒油性的表面處理硅樹脂聚合物WorleeAdd?Worlee涂料及墨水工業(yè)的潤(rùn)濕劑文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔

20、Chemie文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔3展望隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境和健康的重視程度也隨之提高，尋找能夠替代PFOS新型含氟表面活性劑具有重要的意義。短碳氟鏈替代品幾乎是目前最優(yōu)的應(yīng)對(duì)策略，既能實(shí)際解決應(yīng)用問題，又能兼顧環(huán)境保護(hù)。當(dāng)然，在某種程度上滿足了當(dāng)前發(fā)展的要求，不過(guò)隨著新型含氟表面活性劑的合成以及性質(zhì)研究的不斷深入，更綠色環(huán)保、更易生物降解、更高效安全的含氟表面活性劑將會(huì)不斷產(chǎn)生以滿足社會(huì)的需要。4個(gè)人想法通過(guò)以上的分析，讓我對(duì)表面活性劑有了更深一步的認(rèn)識(shí)，也讓我深一步了解含氟表面活性劑的現(xiàn)狀，這讓我想起“兩學(xué)一做”中的一句話：帶著問題學(xué)，針對(duì)問題改。PFOS的環(huán)境問題，是當(dāng)今我們要解決的問題，我們不應(yīng)該懼怕問題的到來(lái)，應(yīng)該感謝問題的到來(lái)，有問題我們才能進(jìn)步、才能創(chuàng)新、才能不斷地向前進(jìn)行探索。問題即是機(jī)遇?！芭d一利，必生一弊”，關(guān)鍵是要權(quán)衡利弊，興利除弊，而不能因弊廢利，因噎廢食。其實(shí)在我們研究生的生涯中我們更應(yīng)該記住“帶著問題學(xué)，針對(duì)問題改”這句話，我們?cè)诳蒲械牡缆飞想y免會(huì)遇到各種問題，我們要有正視問題的勇氣，帶著問題我們進(jìn)行學(xué)習(xí)，查資料、文獻(xiàn)來(lái)彌補(bǔ)自己的不足。針對(duì)問題我們來(lái)改正我們錯(cuò)誤的方面，改正我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中的陋習(xí)，慢慢的