含氟表面活性剂的制备和应用

概述:

含氟表面活性剂(简称:FS)是近些年来逐渐商品化的一种特殊性能的表面活性剂。与普通活性剂不同之处在于,FS主要以全氟烷基或部分氟化了的烷基等作为表面活性剂中的疏水基部分,然后根据需要引入适当的连接基和亲水基团。目前,FS由于其卓越的性能成为表面活性剂中最重要和最具发展潜力的品种。据不完全统计,目前全球FS产量每年在几万吨以上,尽管远比碳氢表面活性剂量少,但其具有独特的性能和极高的表面活性,如,氟元素是电负性最强的元素.具有高氧化性、高电离能,这种特性使得氟碳键键能高,结构比碳氢结构稳定,同时又使氟原子非常难以被极化,这种低极性使氟碳链疏水作用远超过碳氢链。所以FS具有其他表面活性剂难以具备的以下几大特性:极高的表面活性.高热和化学稳定性和防水、防油、防污性。这些特性使其具有非常高的附加值和市场前景。
内容:

含氟表面活性剂(简称:FS)是近些年来逐渐商品化的一种特殊性能的表面活性剂。与普通活性剂不同之处在于,FS主要以全氟烷基或部分氟化了的烷基等作为表面活性剂中的疏水基部分,然后根据需要引入适当的连接基和亲水基团。目前,FS由于其卓越的性能成为表面活性剂中最重要和最具发展潜力的品种。据不完全统计,目前全球FS产量每年在几万吨以上,尽管远比碳氢表面活性剂量少,但其具有独特的性能和极高的表面活性,如,氟元素是电负性最强的元素.具有高氧化性、高电离能,这种特性使得氟碳键键能高,结构比碳氢结构稳定,同时又使氟原子非常难以被极化,这种低极性使氟碳链疏水作用远超过碳氢链。所以FS具有其他稳压器厂表面活性剂难以具备的以下几大特性:极高的表面活性.高热和化学稳定性和防水、防油、防污性。这些特性使其具有非常高的附加值和市场前景。
制备

FS的合成一般分为3个步骤,首先合成含6~10个碳原子的碳氟化合物.然后制成易于引进各种亲水基团的含氟中间体:最后引进各种亲水基团制成各类氟表面活性剂,其中碳氟化合物是合成FS的关键。碳氟化合物通常有三种合成方法[l]。即电化学氟化法、齐聚法和调聚法。

1.电化学氟化法
主要以碳氢羧酰氯或磺酰氯为原料.电解最终产物为全氟羧酰氟或全氟磺酰氟等。反应式如下:

C7H15COCl+HF→C7F15COF+HCl
C8H17SO2Cl+HF→C8F17SO2F+HCl

电解法是最传统的合成方法,工艺技术简单.但是由于电解过程中的氟化反应是逐步进行的,故反应产物复杂,收率低.且产品结构单一,基本上以阴离子型为主。目前国内基本上都是采用电解法进行生产,产品单一重复,合成的表面活性剂以全氟辛基磺酸及其衍生物为主。如利用全氟正辛基磺酰氯和N一乙基全氟正辛基胺.则可以合成多种FS产品。

2.齐聚法
在氟阴离子催化下。分别使用四氟乙烯、六氟丙烯、全氟环氧丙烷齐聚制备支链化的全氟化合物,反应式如下:

nCF2CF2+F-→(CF2CF2)n(n=4~5)
nCF3CFCF2+F-→(CF3CFCF2)n(n=2~3)

齐聚法所制备的多是带有不饱和双键的支链型全氟烷烃.再以双键为活性官能团进行各类反应后制备氟表面活性剂,采用该法安全性比较大,反应易于控制,但是由于支链产物的表面活性不高,故其应用受到较大限制。
3.调聚法

该法多以多氟碘代烷、全氟丙酮和醇类为调聚基.以四氟乙烯作为调聚单体,合成产物多为全氟烷基碘化物。反应可以按照多种方式进行:自由基方式,反应借助各种过氧化物引发剂;催化剂方式,包括氧化还原体系的引发;还有光热引发方式等。典型反应式如下: