第8章特殊类型表面活性剂剖析

碳氟表面活性剂在水中的溶解度取决于 极性基团和碳氟基的结构。与传统表 面活性剂类似，其溶解度随着链长的 增加而降低。总的来讲，碳氟表面活 性剂具有高熔点、高Kfafft point和在溶 剂中溶解度低的特点。
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由于碳氟链不但憎水，而且憎油，难 溶于极性和非极性有机溶剂，因此它 在固体表面的单分子层不能被非极性 液体所润湿，从而使全氟表面活性剂 不但能大大降低水的表面张力、也能 降低碳氢化合物液体或其他有机溶剂 的表面张力。
RF～N+(CH3)2(CH2)nSO3-
非离子型
CF3(CF2)nCH2O(CH2CH2O)mH
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1.阴离子型碳氟表面活性剂 是此类表面活性剂中很重要的一种类
型，也是应用比较早的一种碳氟表面活性 剂，其表面活性离子带有负电荷。按其极 性基的结构不同又可分为羧酸盐、磺酸盐、 硫酸酯盐和磷酸酯盐四类。碳氟非极性基 是通过羧基、磺酸基、硫酸酯基或磺酸酰 氨基连接表面活性剂分子的架构。
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碳氟羧酸比相应的碳氢羧酸具有 更强的酸性，但碳氟羧酸盐在强酸或 含有二加或三价金属离子的水中溶解 度很小。
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磺酸盐型碳氟表面活性剂在实际 应用中具有更强的耐氧化性，对强酸 性介质、电解质及钙离子敏感性小。 而硫酸酯盐型水溶性较好，但水解稳 定性低。磷酸酯盐型比其他类型碳氟 表面活性剂起泡性低，可用作很好的 抗泡沫剂。
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2.溶解性 由于氟原子既能对全氟化的碳原子形成屏
蔽，又不出现立体障碍，所以由全氟甲 基或全氟亚甲基形成的化合物分子间作 用力非常弱，其结果是不溶于普通的有 机溶剂。因而在碳氢表面活性剂中碳氢 链称为疏水亲油基，而碳氟表面活性剂 中碳氢链则称为疏水疏油基。
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1.化学稳定性和热稳定性
由于氟是自然界中电负性最大的元素，是碳 氟共价键具有离子键的性能，碳氟键的健 能很高，且氟原子半径比氢原子大，屏蔽 碳原子的能力较强，使原来键能不太高的 碳碳键的稳定性有所提高，因此碳氟表面 活性剂与碳氢表面活性剂相比，具有良好 的化学稳定性和热稳定性。高温加热不易 分解，不会因与各种氧化剂、强酸和强碱 反应而分解。
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分类
碳氢表面活性剂按极性基来分类，碳 氟表面活性剂的极性基与之相同，故 其分类也按极性基的结构不同分为离 子型和非离子型，离子型包括阳离子、 阴离子和两性。
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阴离子型
RFCOOH
阳离子型
RFCH2CH2N+(CH3)2C2H5I-
两性
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这种方法是将无水氟化氢和有机化合物在 电解槽中电解氟化的过程。
优点：原料氟化氢价廉易得，而且可以直 接合成碳氟表面活性剂的反应性基团， 经进一步反应引入亲水基团即可制得碳 氟表面活性剂。
缺点：氟化产率低，成本高。近几十年主 要研究如何提高氟化收率。
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2.阳离子型碳氟表面活性剂 几乎都是含氮的化合物，也就是有
机胺的衍生物，对介质和电解质的PH 值比较敏感。
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3.两性离子型碳氟表面活性剂 同时含有酸性基团和碱性基团，碱性基
团主要是氨基或季铵基，酸性基主要 是羧酸基和磺酸基、磷酸基等。随介 质PH值得不同，既可表现阴离子表面 活性剂的特性也可表现阳离子表面活 性剂的特性。在等电点区呈现电中性。
的混合 Part 5. 应用
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一、. 定义及分类
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定义
碳氢链的氢原子被氟原子部分或全部取代 后称为碳氟链，具有碳氟链疏水基的表 面活性剂称为氟表面活性剂。
氟碳表面活性剂（fluorocarbon surfactant）
其特点：碳氟链代替碳氢链。
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二、 合成
1. 电化学氟化法 2. 氟烯烃调聚法 3. 氟烯烃齐聚法
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电化学氟化法：也称电解氟化法，是较 早合成疏水疏油碳氟链的方法，它是 通过碳氢羧酸或碳氢磺酸与电解产生 的活泼氢原子直接置换氢原子完成的。 至今已有半个世纪，而且已经广泛应 用于工业和实验室合成碳氟链。
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4.非离子型碳氟表面活性剂 在水溶液中不电离，其极性基通常由一
定数量的含氧醚键或羟基构成。含氧醚键 通常为聚氧乙烯链或聚氧丙烯链组成。这 些基团的长度可以调节，通过链长度的改 变可以调整非离子碳氟表面活性剂的亲水 亲油平衡值，而非离子碳氟表面活性剂的 HLB值对其所在体系的界面性质及乳液的 稳定性有很大影响。
氟烯烃调聚法：利用氟烯烃的调聚反应 制取长链氟烷基中间体的混合物，然 后根据需要进行分离，再经下一步反 应便可合成表面活性剂。
氟烯烃齐聚法：采用四氟乙烯、六氟丙 烯或相应的环氧化合物在氟离子催化 下发生阴离子聚合反应，合成碳原子 数为6-14的碳氟表面活性剂中间体。
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调聚法是比较理想的方法，该法 不仅能生产碳氟表面活性剂，还可以 生产一系列可用于各种领域的全氟化 合物，如全氟辛烷是眼科手术不可缺 少的医疗材料，溴代全氟辛烷是很有 用的X光造影剂。
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三、 物理化学性质
“三高” “两憎”
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氟表面活性剂的独特性能常被概括为 “三高”、“两憎”。
高热稳定性 高化学惰性 高表面活性
憎水 憎油
这些独特的性能都是由于分子结构中 引入了碳氟链而引起，因此氟原子的独 有性质是氟表面活性剂具有不寻常性质 的根本原因。
第8章 特殊类型的表面活性剂
碳氟表面活性剂 含硅表面活性剂 高分子表面活性剂 冠醚型表面活性剂 反应型表面活性剂 生物表面活性剂
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第一节 碳氟表面活性剂
Part 1. 定义及分类 Part 2. 合成 Part 3. 物理化学性质 Part 4. 碳氟与碳氢表面活性剂