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含氟系列表面活性剂产品及应用 蔡振良 (上海羽飞科技发展有限公司) 摘要本文主要介绍了含氟表面活性剂的独特性能及在应用过程中的不同个性，同 时对于有关含氟表面活性剂的特性、用途、应用领域之间的关系及具体的应用场合作了相 应的报道。目前本公司已商品化的含氟表面活性剂系列产品在文章的结尾也有介绍。 关键词 氟表面活性荆 产品性能应用 系列产品 1 简述 含氟表面活性剂(简称：FS)，是迄今为止所有已开发研制出的表面活性剂中表面活性最高的一种活 性剂产品。通常使用的表面活性剂其结构式中的憎水基部分大都是碳氢烃基，分子式中还可以含有氧，以 及氮、硫、氯、溴和碘等元素，这种结构的产品，我们称为碳氢表面活性剂或者称为普通表面活性剂。当表 面活性剂的结构式中引入了氟、硅、磷等元素时，则该结构的产品就被称为特种表面活性剂。 FS正是上述的特种表面活性剂的一类，其憎水基中的氢原子已被氟原子取代(有全部取代的，也有部 分被取代的)，而形成碳氟链的结构。我们把含有碳氟链憎水基的表面活性剂叫做FS。 通过对FS的分子结构，合成方法及物化性质的研究及讨论，已充分证明了FS与一般的碳氢表面活性 剂及其它特种表面活性剂所具有的不同之处及其独特的性能：(I)具有非常低的表面张力(即：很高的表 面活性)。(2)具有很高的热稳定性。(3)具有很高的化学稳定性。(4)具有独特的憎水性和憎油性。即 通常所说的“三高”、“两憎”特性。另外FS可以与很多普通表面活性剂复合使用，所产生的协同效应不仅 增加使用效果，还可降低使用浓度。同时FS在某些场合的试验性应用时，往往会出现一些预料不到的效 果和现象。鉴于FS所具有的这些特性，故它在众多领域中的应用性很强，特别是在～些特殊的应用领域， 有着其它表面活性剂无法替代的作用。 2 FS的应用 2．1 FS在应用中的特性 FS在具体应用中所体现的性质可以用“高效、稳定、用量低、范围广”来描述。 2．1．1 高效：由于FS结构内的氟碳链既憎水又憎油，同时氟碳链之间的相互作用力很弱，使FS在水 中呈现很高的表面活性，即非常低的表面张力。因此，FS在具体的应用场合及使用过程中除了有他们独 特的物理化学性质所体现出的功效外，还有不同的个性。具体表现为：(1)用量低见效快。作为添加剂使 用，由于加入量极少，对产品的最终质量及外观不会产生不利现象。(2)FS可以与其它普通表面活性剂复 配使用。通过FS的加入，不但可以大大降低原有的普通表面活性剂的用量，还可以使其降低表面张力的 能力大幅度提高。(3)FS降低表面张力的能力，在已知的表面活性剂中是最高的，它可以使水的表面张力 数十倍以上。(4)FS可以在某些特种场合上使用，如强酸、强碱、强氧化剂体系的溶液中，而普通的表面活 性剂是很难在这种溶液中使用的。(5)经添加入FS后的溶液，由于该溶液的表面张力较低，又有较好的 流平性，故它可以很容易的涂刷在一般表面较光洁的固体材料上。(6)FS不但有降低水的表面张力能力， 有些品种的FS还可以降低油(有机溶剂)的表面张力，例如：油漆、涂料行业，目前已有多个品种的产品 (添加了FS)问世(7)利用FS与离子性相反的碳氢表面活性剂的复配物制成的水溶液可以作为汽油类溶 剂的表面辅展液使用。 2．1．2稳定：F’S具有很高的热稳定性与化学稳定性，这是它最突出的化学性质。这种性质与FS结 构中存在稳定性很高的全氟烷基有直接关系。当氟原子取代了碳氢链中氢原子后，就会使它的化学、物理 性质与原来的烃类明显不同。一般的碳氢类烷烃，特别是直链结构的烷烃，都有较高的热稳定性和化学稳 一49— 定性，这主要是与它们结构中含有键能很高的碳一碳单键和碳一氢链不易断裂有关。当氟原子取代了烷 烃分子中的氢原子之后所形成的氟代烷都较稳定(除了一元氟代烷以外)，当同一碳原子上连有两个以上 的氟原子时，稳定性就逐渐增加，形成全氟烷烃时，稳定性更高。一般长链全氟烷烃要加热到400—500％ 以上才分解，此时主要是碳一碳单键断裂。全氟烷烃之所以有如此高的稳定性，主要与氟原子的特性有 关。氟是所有元素中电负性最大的，而范德华原子半径又是除氢以外最小的，而且原子极化率又是最低的 (见表(2．3．1))。氟原子形成的单键比碳原子与其它原子形成的单键键能都大，而且键长又较短(见表 (2．3．2))