含氟表面活性劑（簡稱：FS）是特種表面活性劑產品中最重要的一類。 關于其性能、特點、制備方法和用途，國內外有許多研究報告、專利和文章。 作者還在《工業表面活性劑技術經濟文集(4)》發表了相應的講解文章。 FS目前主要用于技術要求較高的特殊場合或普通表面活性劑無法勝任且應用效果較差的領域。 由于FS是高性能產品，因此在很多特殊領域發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揮協同作用。 在普通表面活性劑產品中添加極少量的FS，就可以大大提高普通表面活性劑的性能，有時甚至可以達到意想不到的療效。 翻閱相關文獻發現，對于各種開發的FS或個別含氟化合物產品的適用場合或具體應用領域，特別是其特殊性能所形成的社會效應和經濟效益的具體事例介紹并不多。 為了讓FS產品早日推向市場，造福人類，相關科研和生產人員不斷更新技術，降低成本，使開發的FS產品盡快滿足用戶的要求。
11FS的分類
與普通表面活性劑類似，FS產品的分類從結構上可分為陰離子、陽離子、非離子和兩性離子四種類型。 對于某一類型的FS，根據其豐富側鏈的不同結構，可以制備出各種系列的表面活性劑產品。 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合物在堿液中解離后呈陰離子狀態的FS物質。 典型的結構表達式：
射頻調幅
Rf：代表完全氯化或部分溴化的飽和（或富含不飽和官能團）直鏈或帶有羰基的氯化苯環，其中含有富含氧元素的含氟醚鍵。 （下同）。 代表性的結構式如下：
()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，主要分為乙酸絡合物（-COO-）、磺酸絡合物（-SO3-）、硝酸鹽絡合物（-OSO3-）乙酸絡合物
-O
-O
(OP(O)O22-P(O)O-)等
M：主要是無機陽離子，如：Na+k+Li+NH4+Zn2+等。
上述不同組分的側鏈結合形成的某種化合物或各個官能團橋連形成的化合物為陰離子FS產物。 部分現有產品如下：
(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，富含表面活性的側鏈是一種陽離子狀態的FS物質。 目前已開發成功的陽離子FS中，親水基團主要是含氮元素的化合物。 典型的結構表達式如下：
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+
神經網絡
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Rf常與其他橋官能團（如：烴基、酰胺基、磺丙酯基等）和親水基團B連接。一些化合物的現有結構如下：
(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品。 現有的一些產品結構如下。
(C2H4O)nHRfO()nRf
Rf()()nOH
[(C2H4O)nH](CH3)
(CH3)
(C2H5)()nH
RfCOO()()3H
RfCOH(CH3)(CH3)
FS型油胺，該化合物的結構式由含氟烴基和干醇烴官能團組成，可溶于非極性有機溶劑。 部分代表性產品結構如下：
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。 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，不與重金屬離子發生作用，可與其他類型表面活性劑混溶使用，因此其應用范圍更廣，現有部分產品結構如下：
(CH3)-
(CH3)-
(CH3)-
(CH3)-
(CH3)-
(CH3)3
OSO3-
(CH3)-
(CH3)-
(CH3)-
+()-
RfCF=(CH3)-
2FS應用
由于FS獨特的“三高兩拒”（高表面活性、高耐熱穩定性、高物理惰性、拒水拒干）特性，也由于不同品種FS產品的獨特特性，使得FS產品具有非常廣泛的用途。 其應用領域涉及多個方面，從物理工業、機械工業、電氣工業到紡織工業、皮革工業、橡塑工業、涂料工業、石油、煤炭、采礦、造紙工業等。FS可廣泛用于改善生產工藝條件、提高產品質量、增加產值、降低消耗、節約能源、改善生產環境、提高生產效率。
FS的特性與其用途、應用領域的關系如表1所示
不同離子類型FS的適用領域如表2所示
下面介紹一些應用實例。
2.1 清洗劑添加劑
在塑料注射成型加工行業中，經常需要立即對塑料制品的表面進行清洗，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。 由于這種物質揮發快，所以藥物的用量和潤濕滲透污垢的時間有關系。 如果在其中添加質量含量約為0.05%~0.1%的非離子FS，因為FS對塑料具有良好的潤濕性，對污垢有較強的滲透力。 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，經其清洗的產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，增強實際工作效率，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碳氫化合物已廣泛用作工業和民用氣體（氣瓶中的液化石油氣）的燃料。 一般來說，碳鏈短的烴（如戊烷）和沸點較高的烴（如丙酮）在較高溫度下沸點較高，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。 但有時會發現氣瓶內的燃料難以汽化（尤其是冬季，氣瓶內燃料較少），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（添加量為質量的0.01%~0.1%），就可以充分利用氣瓶內的混合氣。 一些研究介紹，丙酮（C5碳氫化合物）被用作燃料，安裝在氣瓶中。 空氣從氣瓶頂部吹入氣泡，夾帶瓶內C5料液作為氣焊用氣體。 不添加FS時，使用三分之一后瓶內的C5液體就無法夾帶，不能再使用。 當添加適量的FS時，氣瓶內的料液可以完全被夾帶，可以得到充分利用。 這樣，甲苯的發展開辟了一條新的途徑。 此外，FS還可以提高柴油使用效率約15%，不僅節省燃油，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、表面經過處理的光滑紙張等表面不能潤濕的物質上印刷或書寫時，經常會出現缺色、斷線、難劃線或涂料附著力差、涂料出現魚鱗等現象。 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，增強了其內聚力，有助于其產生良好的漆膜層，因此將普通涂料提升到了更高的水平。 同樣，在涂料生產過程中，FS的添加也可以極大地改變現有涂料的性能。 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產品還可以提高油墨的防污性能。 在油胺油墨中，FS作為分散劑，可以使涂料生產過程中使用的各種助劑分散均勻，不結塊，并能改善涂料的潤濕性，增加其表面張力，有利于增強涂料的質量。
2.4 抗靜電劑
大多數高分子材料（如：橡膠、塑料、聚氨酯等），由于具有一定的絕緣性，不易導電，因此在單獨使用或進一步加工時，摩擦產生的靜電通常很難自行去除，當靜電電壓達到一定值（小于4KV）時，就會形成電火花。 除了造成觸電外，還容易引發火災或爆燃事故。 這時，如果采用相應的FS作為抗靜電劑，借助FS的獨特性能，可以在塑料、橡膠等物體表面產生一層摩擦系數極低的全氟烷基鏈的取向取向層，將大大減少摩擦過程中形成的靜電現象。 例如：在感光膠片的生產過程中，選用非離子型FS作為抗靜電劑與單獨的堿液混合后涂布在膠片的片基上，解決了膠片生產過程中片基高速旋轉、摩擦而形成靜電火花的可能性，保證了膠片生產過程中的產品質量。 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作為內部抗靜電劑或對塑料薄膜進行預處理，以防止塑料薄膜在加工過程中成型。 作為抗靜電劑，有很多應用。 它不僅廣泛應用于工業領域，而且也廣泛應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域，離不開脫模劑的使用，一般用作脫模劑的物質主要是醇類表面活性劑或聚異戊二烯有機硅表面活性劑。 利用醇類水解產物（如磷脂化合物）配制的脫模劑，脫模后可直接進行二次加工，但使用多年后，磨具表面會產生棕色燒焦物，污染磨具。 采用有機硅（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，使制品難以重復使用。 目前，在FS的幫助下，已經配制出了新一代高效含氟脫模劑，以取代前幾年的產品。 其主要優點是：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，可直接對制品進行二次加工，對磨具表面無污染，配制的脫模劑質量穩定，保存時間長。 關于FS制備的含氟脫模劑，筆者曾在《有機氟工業》1997.3期專門介紹過。 目前，國產含氟脫模劑產品也已逐步投入市場，并取得了預期的療效。
2.62.6 纖維物質處理劑
以FS為初始原料，經過再合成反應或相應的聚合反應，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、紙張處理劑、皮革處理劑、合成纖維處理劑等。實際使用結果表明，用配制好的各種處理劑處理相應材料時，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。 事實上，我國很多領域都在使用此類處理劑，但基本上都是美國產品。 事實上，早在20世紀70年代初，我國相關科研機構就開始了該領域的研究工作，但由于種種原因蝕刻界面活性劑是什么，國內產品尚未大規模進入市場。 近期，該領域的開發工作已經啟動，相信國產的各種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，在各個行業都有很多應用實例。 如：玻璃、陶瓷行業的清洗添加劑、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、汽油揮發抑制劑等。 其應用療效難以與普通表面活性劑相媲美。
作為一種新型物質，FS的發展歷史較短。 隨著對其性能和應用研究的逐步深入，其適用領域將不斷擴大，產品的需求量也將不斷上升。 可以感覺到這個領域是非常有前景的。
標簽： 含氟表面活性劑
186信息網原創文章，轉載請注明本文來自：www.lutong-group.com
