含氟表面活性劑（簡稱：FS）是特種表面活性劑產(chǎn)品中最重要的一類。 關(guān)于其性能、特點(diǎn)、制備方法和用途，國內(nèi)外有許多研究報告、專利和文章。 作者還在《工業(yè)表面活性劑技術(shù)經(jīng)濟(jì)文集(4)》發(fā)表了相應(yīng)的講解文章。 FS目前主要用于技術(shù)要求較高的特殊場合或普通表面活性劑無法勝任且應(yīng)用效果較差的領(lǐng)域。 由于FS是高性能產(chǎn)品，因此在很多特殊領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。 同時也可作為特殊添加劑使用，與普通表面活性劑發(fā)揮協(xié)同作用。 在普通表面活性劑產(chǎn)品中添加極少量的FS，就可以大大提高普通表面活性劑的性能，有時甚至可以達(dá)到意想不到的療效。 翻閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，對于各種開發(fā)的FS或個別含氟化合物產(chǎn)品的適用場合或具體應(yīng)用領(lǐng)域，特別是其特殊性能所形成的社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益的具體事例介紹并不多。 為了讓FS產(chǎn)品早日推向市場，造福人類，相關(guān)科研和生產(chǎn)人員不斷更新技術(shù)，降低成本，使開發(fā)的FS產(chǎn)品盡快滿足用戶的要求。

11FS的分類

與普通表面活性劑類似，F(xiàn)S產(chǎn)品的分類從結(jié)構(gòu)上可分為陰離子、陽離子、非離子和兩性離子四種類型。 對于某一類型的FS，根據(jù)其豐富側(cè)鏈的不同結(jié)構(gòu)，可以制備出各種系列的表面活性劑產(chǎn)品。 具體分類如下。

1.1 陰離子FS

陰離子FS是富含表面活性劑的絡(luò)合物在堿液中解離后呈陰離子狀態(tài)的FS物質(zhì)。 典型的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：

射頻調(diào)幅

Rf：代表完全氯化或部分溴化的飽和（或富含不飽和官能團(tuán)）直鏈或帶有羰基的氯化苯環(huán)，其中含有富含氧元素的含氟醚鍵。 （下同）。 代表性的結(jié)構(gòu)式如下：

()n

(CF3)2CF()n

H()n+1CH2-

(CF3)2CFO()n

CF3[(CH3)]nOCF2-

C3F7O[C(CF3)-FCF2O]m

(C3F7)2C=C(CF3)-

(CF3)2C=C(CF3)-

[]

=C(CF3)-

(n=1~5m=1~3)

答：對于連接官能團(tuán)，主要分為乙酸絡(luò)合物（-COO-）、磺酸絡(luò)合物（-SO3-）、硝酸鹽絡(luò)合物（-OSO3-）乙酸絡(luò)合物

-O

-O

(OP(O)O22-P(O)O-)等

M：主要是無機(jī)陽離子，如：Na+k+Li+NH4+Zn2+等。

上述不同組分的側(cè)鏈結(jié)合形成的某種化合物或各個官能團(tuán)橋連形成的化合物為陰離子FS產(chǎn)物。 部分現(xiàn)有產(chǎn)品如下：

(O)(ONa)

(CH3)(ONH4)2

RfCH2(OC2H4)

RfCON(CH3)(OZn)2(CH2)

Rf(CH2)(CH3)(O)(ONa)2

1.2 陽離子FS

在堿液中解離后，富含表面活性的側(cè)鏈?zhǔn)且环N陽離子狀態(tài)的FS物質(zhì)。 目前已開發(fā)成功的陽離子FS中，親水基團(tuán)主要是含氮元素的化合物。 典型的結(jié)構(gòu)表達(dá)式如下：

射頻BX

B：主要以季銨離子或噻唑陽離子形式存在蝕刻界面活性劑是什么，也以己烷陽離子形式存在。

-CH2-N+-R2-CH2-N+-R2-CH2-N+-R2

羥基

+R1+

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

R2

(R1、R2、R3：分別為H或低級醇)

X：鹵素元素(Cl-、Br-I-)的離子。

陽離子FS中的疏水基團(tuán)Rf常與其他橋官能團(tuán)（如：烴基、酰胺基、磺丙酯基等）和親水基團(tuán)B連接。一些化合物的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)如下：

(CH3)(CH3)3I

(CH3)(CH3)3Cl

(CH3)

[RfCH(OH)CH2]·H2SO4

(CH3)·溴

1.3 非離子FS

在堿液中不電離的FS類型屬于非離子FS。 根據(jù)具體使用場合，非離子FS分為水溶性型和油胺型兩種。 作為水溶性非離子FS，主要是聚乙二醇型，也有丙酯型的含氟化合物產(chǎn)品。 現(xiàn)有的一些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如下。

(C2H4O)nHRfO()nRf

Rf()()nOH

[(C2H4O)nH](CH3)

(CH3)

(C2H5)()nH

RfCOO()()3H

RfCOH(CH3)(CH3)

FS型油胺，該化合物的結(jié)構(gòu)式由含氟烴基和干醇烴官能團(tuán)組成，可溶于非極性有機(jī)溶劑。 部分代表性產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如下：

Rf()()nCH3

()2Rf(OC2H4)

1.4 雌雄同體 FS

總的來說，兩性FS與普通兩性表面活性劑相似，在堿性氨水中呈陽離子，在酸性濾液中呈陰離子，在中性氨水中具有與非離子表面活性劑相似的性質(zhì)。 兩性FS中，陽離子部分多為季銨陽離子，也可合成咪唑陽離子或噻唑陽離子型； 陰離子部分為乙酸基和磺酸基。 兩性FS溶解性強(qiáng)，不與重金屬離子發(fā)生作用，可與其他類型表面活性劑混溶使用，因此其應(yīng)用范圍更廣，現(xiàn)有部分產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如下：

(CH3)-

(CH3)-

(CH3)-

(CH3)-

(CH3)-

(CH3)3

OSO3-

(CH3)-

(CH3)-

(CH3)-

+()-

RfCF=(CH3)-

2FS應(yīng)用

由于FS獨(dú)特的“三高兩拒”（高表面活性、高耐熱穩(wěn)定性、高物理惰性、拒水拒干）特性，也由于不同品種FS產(chǎn)品的獨(dú)特特性，使得FS產(chǎn)品具有非常廣泛的用途。 其應(yīng)用領(lǐng)域涉及多個方面，從物理工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、電氣工業(yè)到紡織工業(yè)、皮革工業(yè)、橡塑工業(yè)、涂料工業(yè)、石油、煤炭、采礦、造紙工業(yè)等。FS可廣泛用于改善生產(chǎn)工藝條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加產(chǎn)值、降低消耗、節(jié)約能源、改善生產(chǎn)環(huán)境、提高生產(chǎn)效率。

FS的特性與其用途、應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)系如表1所示

不同離子類型FS的適用領(lǐng)域如表2所示

下面介紹一些應(yīng)用實(shí)例。

2.1 清洗劑添加劑

在塑料注射成型加工行業(yè)中，經(jīng)常需要立即對塑料制品的表面進(jìn)行清洗，以去除粘在表面的污垢。 常用的清洗劑通常是柴油基碳溴化合物。 由于這種物質(zhì)揮發(fā)快，所以藥物的用量和潤濕滲透污垢的時間有關(guān)系。 如果在其中添加質(zhì)量含量約為0.05%~0.1%的非離子FS，因?yàn)镕S對塑料具有良好的潤濕性，對污垢有較強(qiáng)的滲透力。 使清洗劑立即與塑件表面的污垢溶解，同時FS本身就是一種非常好的清洗劑，使塑件表面的污垢能夠快速、徹底地清除。 如果選擇的FS具有抗靜電效果，經(jīng)其清洗的產(chǎn)品表面將具有防塵效果。 同樣，在用于清洗金屬制品的水基清洗劑中添加適量的FS，可以顯著提高去污能力，增強(qiáng)實(shí)際工作效率，同時賦予殘留水分腐蝕和生銹的作用。

2.2 燃油添加劑

在石油裂解氣中，C3~C5碳?xì)浠衔镆褟V泛用作工業(yè)和民用氣體（氣瓶中的液化石油氣）的燃料。 一般來說，碳鏈短的烴（如戊烷）和沸點(diǎn)較高的烴（如丙酮）在較高溫度下沸點(diǎn)較高，飽和蒸氣壓較低。 從安全性和使用效果的角度考慮，需要根據(jù)溫度變化范圍和階段制備不同碳鏈純度的混合氣體作為煤氣使用。 但有時會發(fā)現(xiàn)氣瓶內(nèi)的燃料難以汽化（尤其是冬季，氣瓶內(nèi)燃料較少），使用時出氣量小，給使用帶來不便。 此時，如果在液化混合氣中加入適量的FS（添加量為質(zhì)量的0.01%~0.1%），就可以充分利用氣瓶內(nèi)的混合氣。 一些研究介紹，丙酮（C5碳?xì)浠衔铮┍挥米魅剂?，安裝在氣瓶中。 空氣從氣瓶頂部吹入氣泡，夾帶瓶內(nèi)C5料液作為氣焊用氣體。 不添加FS時，使用三分之一后瓶內(nèi)的C5液體就無法夾帶，不能再使用。 當(dāng)添加適量的FS時，氣瓶內(nèi)的料液可以完全被夾帶，可以得到充分利用。 這樣，甲苯的發(fā)展開辟了一條新的途徑。 此外，F(xiàn)S還可以提高柴油使用效率約15%，不僅節(jié)省燃油，還可以改善底盤的工作特性，減少廢氣的黑煙排放，并且可以減少噴油嘴的積碳，延長機(jī)器的使用壽命。

2.32.3 涂料和涂料添加劑

使用普通涂料在聚乙烯薄膜、塑料制品、表面經(jīng)過處理的光滑紙張等表面不能潤濕的物質(zhì)上印刷或書寫時，經(jīng)常會出現(xiàn)缺色、斷線、難劃線或涂料附著力差、涂料出現(xiàn)魚鱗等現(xiàn)象。 此時，如果在涂層制備過程中加入少量（一般為0.01%~0.1%質(zhì)量）的FS，就可以改變上述各種缺陷。 由于FS的加入改變了涂料的流平性、鋪展性和潤滑性，并降低了涂料的表面張力，增強(qiáng)了其內(nèi)聚力，有助于其產(chǎn)生良好的漆膜層，因此將普通涂料提升到了更高的水平。 同樣，在涂料生產(chǎn)過程中，F(xiàn)S的添加也可以極大地改變現(xiàn)有涂料的性能。 在水溶性涂料中，添加少量FS作為涂料中的部分乳化劑，可以顯著提高漿料的耐光性，并改善其潤濕性和滲透性，使其在使用過程中能均勻地涂刷在被涂物體表面。 此外，一些FS產(chǎn)品還可以提高油墨的防污性能。 在油胺油墨中，F(xiàn)S作為分散劑，可以使涂料生產(chǎn)過程中使用的各種助劑分散均勻，不結(jié)塊，并能改善涂料的潤濕性，增加其表面張力，有利于增強(qiáng)涂料的質(zhì)量。

2.4 抗靜電劑

大多數(shù)高分子材料（如：橡膠、塑料、聚氨酯等），由于具有一定的絕緣性，不易導(dǎo)電，因此在單獨(dú)使用或進(jìn)一步加工時，摩擦產(chǎn)生的靜電通常很難自行去除，當(dāng)靜電電壓達(dá)到一定值（小于4KV）時，就會形成電火花。 除了造成觸電外，還容易引發(fā)火災(zāi)或爆燃事故。 這時，如果采用相應(yīng)的FS作為抗靜電劑，借助FS的獨(dú)特性能，可以在塑料、橡膠等物體表面產(chǎn)生一層摩擦系數(shù)極低的全氟烷基鏈的取向取向?qū)?，將大大減少摩擦過程中形成的靜電現(xiàn)象。 例如：在感光膠片的生產(chǎn)過程中，選用非離子型FS作為抗靜電劑與單獨(dú)的堿液混合后涂布在膠片的片基上，解決了膠片生產(chǎn)過程中片基高速旋轉(zhuǎn)、摩擦而形成靜電火花的可能性，保證了膠片生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質(zhì)量。 塑料薄膜在加工過程中，靜電常常會造成薄膜之間的攣縮和吸附。 在加工過程中添加一定量的FS作為內(nèi)部抗靜電劑或?qū)λ芰媳∧みM(jìn)行預(yù)處理，以防止塑料薄膜在加工過程中成型。 作為抗靜電劑，有很多應(yīng)用。 它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，而且也廣泛應(yīng)用于日常生活中的許多地方。 例如：電視屏幕、電動吊扇的葉片等都可以涂FS作為抗靜電劑，因此物體表面由于靜電作用很容易吸附灰塵。 同時，高檔燈具、家用電器的表面也可擦拭干凈防塵，不易腐蝕，保持表面潔白。

2.5 脫模劑

目前，在高分子聚合物的成型加工領(lǐng)域，離不開脫模劑的使用，一般用作脫模劑的物質(zhì)主要是醇類表面活性劑或聚異戊二烯有機(jī)硅表面活性劑。 利用醇類水解產(chǎn)物（如磷脂化合物）配制的脫模劑，脫模后可直接進(jìn)行二次加工，但使用多年后，磨具表面會產(chǎn)生棕色燒焦物，污染磨具。 采用有機(jī)硅（如：硅油、硅橡膠）制成的脫模劑比前一類效果更好，但脫模后會在制品表面形成一定量的油污，使制品難以重復(fù)使用。 目前，在FS的幫助下，已經(jīng)配制出了新一代高效含氟脫模劑，以取代前幾年的產(chǎn)品。 其主要優(yōu)點(diǎn)是：使用含量低，使用壽命長，對高粘度原料脫模性好，對制品表面污染少，可直接對制品進(jìn)行二次加工，對磨具表面無污染，配制的脫模劑質(zhì)量穩(wěn)定，保存時間長。 關(guān)于FS制備的含氟脫模劑，筆者曾在《有機(jī)氟工業(yè)》1997.3期專門介紹過。 目前，國產(chǎn)含氟脫模劑產(chǎn)品也已逐步投入市場，并取得了預(yù)期的療效。

2.62.6 纖維物質(zhì)處理劑

以FS為初始原料，經(jīng)過再合成反應(yīng)或相應(yīng)的聚合反應(yīng)，可得到各種類型的各種纖維材料的三防（防水、防油、防污）處理劑。 如：織物處理劑、紙張?zhí)幚韯?、皮革處理劑、合成纖維處理劑等。實(shí)際使用結(jié)果表明，用配制好的各種處理劑處理相應(yīng)材料時，氨水中的固體濃度通常為1%左右，使處理后的材料能夠具有防水、防油、防污的效果，同時不改變材料原有的透氣性能。 目前國內(nèi)已商品化的處理劑種類較多（包括霜劑型和溶劑制劑型），主要原料均以FS或類似的含氟化合物為初始原料制備而成。 事實(shí)上，我國很多領(lǐng)域都在使用此類處理劑，但基本上都是美國產(chǎn)品。 事實(shí)上，早在20世紀(jì)70年代初，我國相關(guān)科研機(jī)構(gòu)就開始了該領(lǐng)域的研究工作，但由于種種原因蝕刻界面活性劑是什么，國內(nèi)產(chǎn)品尚未大規(guī)模進(jìn)入市場。 近期，該領(lǐng)域的開發(fā)工作已經(jīng)啟動，相信國產(chǎn)的各種FS治療劑將在不久的將來正式問世。

2.72.7 其他

FS作為添加劑，在各個行業(yè)都有很多應(yīng)用實(shí)例。 如：玻璃、陶瓷行業(yè)的清洗添加劑、表面處理劑、蝕刻添加劑、金屬制品防腐添加劑、防污添加劑、清洗劑、大理石防污處理劑、塑料薄膜防霧劑、電鍍液添加劑、滅火劑添加劑、汽油揮發(fā)抑制劑等。 其應(yīng)用療效難以與普通表面活性劑相媲美。

作為一種新型物質(zhì)，F(xiàn)S的發(fā)展歷史較短。 隨著對其性能和應(yīng)用研究的逐步深入，其適用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大，產(chǎn)品的需求量也將不斷上升。 可以感覺到這個領(lǐng)域是非常有前景的。

標(biāo)簽： 含氟表面活性劑

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