含氟表面活性剂的应用及发展前景

含氟表面活性剂的生产应用现状及研究进展

摘要：含氟表面活性剂是普通表面活性剂的碳氢链中的氢原子部分或全部被氟原子取代后，具有碳氟链憎水基的表面活性剂，含氟表面活性剂是特种表面活性剂的一类。与传统的表面活性剂相比,由于其具有高表面活性,优良的耐热性和化学稳定性以及卓越的憎水、憎油性能和防污功能,因此含氟表面活性剂已经广泛应用于各个工业领域及家庭用品领域等。本文主要介绍含氟表面活性剂的结构、类型、特性及主要合成方法,对其应用领域、生产与市场现状进行了综述,重点介绍了其在消防、石油工业、造纸工业及在表面处理行业中的应用。同时也显示出氟

表面活性剂的独特性能，它在工业中应用会越来越多,有着广阔的应用前景,并概述了含氟表面活性剂近年来的研究进展。

关键词：含氟表面活性剂；应用；类型；特性；研究进展；

前言

含氟表面活性剂[1]（fluorine containing surfactant）也称氟碳表面活性剂（fluorocarbon surfactant）或氟化表面活性剂（fluorinated surfactant），是近几十年来开发的一种性能优越的表面活性剂。该类表面活性剂性能温和并具有良好的去污、起泡、乳化和稳定的化学性能，且生物降解性好、对环境无污染，因而在日用化工、纺织/印染、电镀防腐等领域中有广泛的应用前景和发展潜力。作为一类特殊的表面活性剂，近年来有关含氟表面活性剂的研究逐渐成为表面活性剂中最为活跃的研究领域和开发重点之一。

1.1 含氟表面活性剂的分类及其特性

普通表面活性剂的疏水基是有碳氢链构成的长链烷烃，用氟原子取代普通表面活性剂分子中碳氢链的氢原子，就是碳氟表面活性剂。含氟表面活性剂的亲水基与普通表面活性剂的亲水基相同，所以其分类也可分为阴离子型含氟表面活性剂、阳离子型含氟表面活性剂、非离子型含氟表面活性剂和两性含氟表面活性剂等多种类型含氟表面活性剂独特的氟碳链结构使其具有非含氟表面活性剂难以具备的特性：①在极低的添加浓度下便能显著降低水溶液的表面张力；②极高的表面活性；③高热稳定性和化学稳定性，因而具有很高的抗强氧化性和抗强酸、强碱的作用；④良好的相容性；⑤能溶解油性物质，具有良好的去污性等。

1.2含氟表面活性剂的应用

由于含氟表面活性剂所特有的“三高二憎”之特性[2](高表面活性，高耐热稳定性，高化学惰性，憎水性和憎油性)，同时还因不同品种的邓产品所体现出的独特个性，因此使含氟表面活性剂产品具有极为广泛的用途。其应用领域涉及到许多方方面面，从化学工业、机械工业、电气工业乃至纺织工业、皮革工业、橡胶塑料业、涂料油墨业以

及石油、煤炭、采矿、造纸业等都能广泛使用邓，以达到改进生产工艺条件、提高产品质量档次、增加产量、降低消耗、节约能源、改善生产环境、提高生产效率等。

部分应用简洁：

(1)分散剂含氟表面活性剂在各种氟树脂的分散聚合时可作分散剂使用。另有研究报导,含氟表面活性剂也可用于PVC的反应过程中。

(2)灭火剂含氟表面活性剂在灭火剂上的应用可分为“轻水”灭火剂、氟蛋白泡沫灭火剂和抗极性溶剂灭火剂三种,其完全控止火的时间可在90sec以内。

(3)脱模剂由含氟表面活性剂制备的脱模剂已形成系列化产品,有溶剂型的,也有水剂型的,它不但可用于高聚物弹性体的加工业,而且在刚性体的加工行业(如:铜、钢管的抽拉、压铸件的冲压加工等)也可使用,并得到用户的高度评价。

(4)抗静电剂由含氟表面活性剂配制的集清洗、防尘为一体的抗静电剂,经测试:对PVC片基处理后,其表面电阻由原来的1012Ω降低至108Ω。用其对录像机磁鼓、磁头表面清洗,效果远比一般的清洁剂或清洁带优越。用此抗静电剂还可对家电、荧屏及其它高档家具、精密仪器等进行表面清洗与防尘,且不产生任何副作用。目前本公司已有此防静电剂产品———“音磁灵”投入市场。

(5)流平剂在颜料、涂料等产品中加入少量含氟表面活性剂后,可防止固结,改善分散性,防止产生气泡,使色泽更均匀。

(6)防水防油剂由含氟表面活性剂制备的防水防油剂,对纤维及织物处理后,既可使其具有防水、防油的性能,又不影响其本身的物理特性。由其处理的一次性纸质具已大量进入市场。

(7)其它应用把含氟表面活性剂加入地板蜡中,可改善地板的光泽,增加其耐磨性及抗污染性。含氟表面活性剂还可用于石油回收用助剂、海面上的集油剂、金属防腐剂及金属光泽处理剂等等。

1.3 氟碳表面活性剂的合成[3]

我国对含氟表面活性剂的研究起步较晚，对该类产品的开发、综述性能研究及应用与国外相比尚有差距。目前广泛研究的氟碳表面活性剂有两个方向：一个是合成大分子的氟碳表面活性剂，应用于织物、纸张防水防油整理剂以及纤维或者树脂的加工助剂等；另一种是向高效率、高性能、环境友好的方向拓展，比如，合成Gemini型的氟碳表面活性剂。Gemini型表面活性剂，又叫双亲型表面活性剂，是分子中含有两个亲水基团和两个亲油基团的特殊结构的表面活性剂，具有更高的表面活性和更低的临界胶束浓度，从而提高了表面活性剂的使用效率。环境友好的氟碳表面活性剂也是现在的一个研究热点，自从合成氟碳表面活性剂一个很重要的原料-全氟辛酸铵（PFOA）被疑对人体有致癌作用后，新型环境友好的氟碳表面活性剂就成了一个亟待解决的问题。

目前我国合成含氟表面活性剂的主要

方法主要还是含氟烷基化合物的合成方法主要有电解氟化法、氟烯烃调聚法和氟烯烃齐聚法以及含氟中间体转化法等。

2.简要介绍含氟表面活性剂的在工业上的应用[4]

2.1 氟碳表面活性剂在造纸工业中的应用

用于造纸工业中的全氟烷基化合物主要可以分为3种:全氟烷基铬络合物、全氟烷基磷酸酯盐以及全氟烷基共聚物。前2种属于小分子氟化物,应用范围较窄,如: 2-(N-乙基全氟辛烷基磺酰胺)-乙基磷酸盐仅能使其处理过的纸张具有防油性而没有防水性[5],而其用在硬水中时,纸张的防水防油性几乎作为纸张的防水防油剂,其用在纸张处理上获得了良好的效果。水性氟碳丙烯酸酯共聚物对环境污染程度小,成本相对较低,乳状液产品可以直接应用于生产中,使用更为方便,近年来发展很快。氟碳防水防油剂的合成一般分为3个步骤:首先合成含6~10个碳原子的含(全)氟烷基单体,然后制成易于引进各种亲水基团的氟碳中间体,最后再引进各种亲水基团制成各类防水防油剂。其中各个合成方法的关键都是含(全)氟烷基单体的合成。含(全)氟烷基单体目前世界上只有少数几家公司能够生产,合成路线主要有3种方法,即电解氟化法、氟烯烃调聚法和氟烯烃齐聚法以及氟碳中间体转化法等。

现在市场上常见的防水防油剂都是全氟烷基丙烯酸酯共聚物,制备工艺包括全氟烷基丙烯酸酯单体的合成与共聚合反应2部分。其中制备水性氟碳丙烯酸酯共聚物的方法有后乳化法、乳液聚合法和悬浮聚合法。悬浮聚合法是早期使用的制备方法，由于其工序繁琐，不一直被稳定聚合物。故现在我们常用乳化法此种方法是先在有机溶剂介质中合成氟碳共聚物,再向体系中加入水、乳化剂和一些助剂得到水分散性体系,或者通过酸碱反应使聚合得到的氟碳聚合物形成乳液,然后将溶剂全部或部分蒸除使得体系闪点满足安全使用要求。后乳化法具有很强的实用性,通过改变制备条件、选择不同的聚合物单体及配比,可合成出性能优良的,各具特色的水性氟碳聚合物。

2.2 氟表面活性剂在石油工业的应用[6]

在石油工业中,表面活性剂广泛应用于采油、钻井、原油降粘降凝、原油破乳脱水集油、炼油等各种生产环节,对于提高原油采收率、保证钻井安全、提高原油质量、保护原油运输设备、减少环境污染等有重要作用。表面活性剂已经成为石油工业中必不可少的化学助剂。氟表面活性剂由于具有特殊的化学性能,尽管其价格较高,但在能源紧张、石油工业面临严峻挑战的今天,它仍然受到越来越广泛的关注。

由于含氟表面活性剂成本太高，我们可以用廉价的表面活性剂作为主要添加剂,如石油磺酸盐、石油羧酸盐、天然羧酸盐等,然后复配极少量的氟表面活性剂。由于氟表面活性剂的高表面活性和良好的复配性能,这样的驱油体系会有更高的驱油效果。另外,