含氟表面活性剂的应用

含氟表面活性剂及其应用

摘要

含氟表面活性剂是目前最受青睐的特种表面活性剂，相比于传统的碳氢表面活性剂，含氟表面活性剂的用量少，降低水溶液表面张力的作用强，同时可以跟其它表面活性剂起到很好的复配效果，可以应用于石油、消防、涂料、造纸等很多领域。

目录

1 表面活性剂 (1)

2 含氟表面活性剂的结构及性质 (1)

2.1 含氟表面活性剂 (1)

2.1.1 含氟表面活性剂的稳定性 (1)

2.1.2 含氟表面活性剂的溶解性 (1)

2.1.3 含氟表面活性剂的表面活性 (2)

2.1.4 含氟表面活性剂的水溶液在油面上的铺展 (2)

2.2 含氟表面活性剂类型 (2)

2.3 含氟表面活性剂的合成方法 (3)

2.4 含氟表面活性剂的应用 (3)

2.4.1 在石油领域的应用 (3)

2.4.2 在消防领域的应用 (4)

2.4.3 在涂料中的应用 (4)

2.4.4 在造纸业中的应用 (4)

2.4.5 在其他方面的应用 (4)

2.5 含氟聚合物的研究进展 (5)

3 展望 (8)

4 个人想法 (8)

参考文献 (9)

1 表面活性剂

所谓表面活性，是指溶剂的表面张力降低的性质，能显著降低（多数为水）表面张力或液-液界面张力的物质被称为表面活性剂。最近科学领域不断地在开拓，表面活性剂不仅运用于日常生活，还可以运用到国民经济关系到的很多方面，在这些领域里，表面活性剂有着神奇的效果，用量虽少，但对改进技术、提高质量、增产节约却收效显著，有“工业味精”之美誉。

我们把表面活性剂的疏水基只含有碳氢链（分子中可以含有Cl、Br、I、O、N、S等元素）的这种常用的表面活性剂称为碳氢表面活性剂。如果除含有以上元素外，分子中还含有F、Si、B等元素，则叫做特种表面活性剂。但随着科学技术的不断发展，一些结构特殊的表面活性剂的不断出现，形成了新型的特种表面活性剂，如含有Bola型、双子型、冠醚型等结构的表面活性剂。特种表面活性剂之所以受到如此关注，是因为它具有诸多普通表面活性剂所不能及的特殊性质。特别是含氟表面活性剂，它是近年来迅速发展的一类表面活性剂，是特种表面活性剂非常重要的一个品种，也是迄今为止表面活性最高的一种。

2 含氟表面活性剂的结构及性质

2.1 含氟表面活性剂

碳氧表面活性剂结构上的氧原子被氟原子部分或者全部替代被称为含氟表面活性剂。它具有高表面活性、高耐热稳定性、高化学稳定性、憎水性和憎油性的“三高”、“两憎”的独特性能，是20世纪最重要的化工产品之一，在许多特殊的领域中有着不可替代的作用。

2.1.1 含氟表面活性剂的稳定性

氟是自然界中电负性最高的元素，所以碳氟键的共价键具有离子键的性能，键能很高，可达415J/mol，又因为共价键合的氟原子的原子半径比氧原子大，可有效地将全氟化的键屏蔽保护，因此相比之下含氟表面活性剂具有良好的化学稳定性和热稳定性。例如，将全氟辛基磺酸在浓硝酸中反应温度加到170℃也没有被分解；同时与其他的过氧化氧或者联氨等反应时也没有发现异常。

2.1.2 含氟表面活性剂的溶解性

含氟表面活性剂在水溶液的溶解度完全取决于其极性基团和碳氟基的结构，其溶解度随着链长的增加而降低。例如甲烷在水中的溶解度是四氟甲烷的7倍。

由于碳氟链不仅憎水、憎油，而且难溶于极性和非极性有机溶剂，所以它在固体表面单分子层不会被非极性液体所润湿，从而使全氟表面活性剂能大大的降低水、碳氧化合物液体、其他有机溶剂的表面张力。

2.1.3 含氟表面活性剂的表面活性

由于碳氟键比较稳定，发生反应不易断裂，在酸碱溶液中稳定存在，因此含氟表面活性剂有很好的表面性能；主要是是因为碳氟键不容易被极化，氟原子半径比氧原子要大，这样就能使碳原子完全遮盖住。碳氟链的作用力远小于碳氢链的作用力，因此从水相迁移到含氟表面活性剂表面时做很小的功，所以可以将水的表面张力降到很低，比传统碳氧表面活性剂的作用效果更佳。

2.1.4 含氟表面活性剂的水溶液在油面上的铺展

含氟表面活性剂最突出的性质之一是其水溶液可在烃油表面铺展。

当一种液体滴加于另一种液体的表面时，会出现三种情况①液滴下沉至底部，如水滴入油面②液滴悬浮于液面，如一滴石蜡在水面上；③液滴在另一液体表面铺开形成一层液膜，如长链的醇在水面上铺展。第三种情况我们将其称为液体在液体上的铺展。

若使水溶液在油面上铺展，则必须满足铺展条件，即铺展系数S

w/o

>0。

S w/o =Y

o

-Y

w

-Y

w/o

>0

其中Y

o 、Y

w

、Y

w/o

分別表示油、水溶液的表面张力及油水界面张力

在日常生活中纯水不能在油面铺展，碳氟表面活性剂水溶液也不能在油面铺展。但当氟表面活性剂加人水中时，水溶液的表面张力可降到20mN/m以下（甚至在15mN/m左右，油的表面张力通常在20~30mN/m）。含氟表面活性剂水溶液因其极低表面张力使其可以在油面铺展形成一层水膜。

2.2 含氟表面活性剂类型

根据极性基结构的不同将氟表面活性剂分为离子型和非离子型两大类。离子型氟表面活性剂又可分阴离子型、阳离子型和两性型氟表面活性剂。而某一类型的表面活性剂又根据所含基团结构不同可形成各种系列的产品。见表1

表1 含氟表面活性剂的特性与应用

2.3 含氟表面活性剂的合成方法

含氟表面活性剂的合成包括三步：即首先合成含氟烷基化合物，然后制得易引入亲水基团的含氟中间体，最后引入各种亲水基团制得含氟表面活性剂。其中含氟烷基化合物的合成是关键，目前制备含氟烷基化合物的方法主要有三种，分别是电解氟化法、氟烯烃调聚法和氟烯烃齐聚法。

2.4 含氟表面活性剂的应用

2.4.1 在石油领域的应用

在原油开采过程中，化学驱油法可提高原油采收率(可达到80%～85%)，其中表面活性剂驱油及微乳状液驱油又是效率最高的两种化学驱油法。表面活性剂驱油法是利用表面活性剂来降低油水界面张力，增加洗油能力。微乳状液驱油也是将表面活性剂溶于地下矿化水中，再加入一定量油而形成微乳状液，它与油、水间无界面，与油完全混溶，洗油率更高，可使采油率提高到90%。这两种方法均需耗用较多的表面活性剂，但在当前能源紧张，从充分利用资源的角度考虑，仍是值得的。因此，尽管含氟表面活性剂较碳氢表面活性剂成本更高，但人们仍对