含氟表面活性劑的應(yīng)用

北京化工大學(xué)研究生課程論文含氟表面活性劑及其應(yīng)用摘要含氟表面活性劑是目前最受青睞的特種表面活性劑，相比于傳統(tǒng)的碳?xì)浔砻婊钚詣?，含氟表面活性劑的用量少，降低水溶液表面張力的作用?qiáng)，同時(shí)可以跟其它表面活性劑起到很好的復(fù)配效果，可以應(yīng)用于石油、消防、涂料、造紙等很多領(lǐng)域。

目錄1表面活性劑 12含氟表面活性劑的結(jié)構(gòu)及性質(zhì) 12.1含氟表面活性劑 12.1.1含氟表面活性劑的穩(wěn)定性 12.1.2含氟表面活性劑的溶解性 12.1.3含氟表面活性劑的表面活性 22.1.4含氟表面活性劑的水溶液在油面上的鋪展 22.2含氟表面活性劑類型 22.3含氟表面活性劑的合成方法 32.4含氟表面活性劑的應(yīng)用 32.4.1在石油領(lǐng)域的應(yīng)用 32.4.2在消防領(lǐng)域的應(yīng)用 42.4.3在涂料中的應(yīng)用 42.4.4在造紙業(yè)中的應(yīng)用 42.4.5在其他方面的應(yīng)用 42.5含氟聚合物的研究進(jìn)展 53展望 74個(gè)人想法 7參考文獻(xiàn) 8

對(duì)其驅(qū)油性能進(jìn)行了大量研究，取得較好的效果。某些氟表面活性劑也適合作原油破乳劑。2.4.2在消防領(lǐng)域的應(yīng)用火災(zāi)會(huì)放出很多有害氣體，比如氧化氮（NOX），硫氧化物（SOX），一氧化碳（CO）以及一些碳氧化合物，這些會(huì)造成空氣污染，導(dǎo)致有酸雨，溫室效應(yīng)等；氟表面活性劑以其獨(dú)特優(yōu)良的性能在滅火劑研制中有著不可替代的特殊作用，作為新型的滅火劑正日益受到重視。氟蛋白泡沫滅火劑是將普通蛋白泡沫滅火劑中加入0.005%～0.05%的陰離子型或非離子型氟表面活性劑，可以大大提高滅火速度，其滅火速度比普通蛋白泡沫滅火劑高3～4倍，而且泡沫有自封作用，可以自行撲滅覆蓋滅火劑的油面上的局部燃燒的火苗，即有較好的耐復(fù)燃性。2.4.3在涂料中的應(yīng)用3M公司對(duì)于含氟表面活性劑的獨(dú)特特性有了一定的掌握，最近制備出了FC-4430和FC-4432，這兩者以高效、環(huán)保等功能替代了來滿足涂料、油墨、膠粘劑、樹脂等在工業(yè)配方中對(duì)于潤濕、鋪展、流平以及表面無缺陷的要求，有效解決了涂料浮色、發(fā)花、附著等不良現(xiàn)象。含氟表面活性劑在很低的濃度下能夠改善許多涂料、清漆和膠粘劑的性能。如在潮氣固化型的聚氨酯涂料中，添加氟表面活性劑可以使得氣泡既小又容易分散，起很好的消泡作用等。2.4.4在造紙業(yè)中的應(yīng)用在造紙行業(yè)，含氟表面活性劑作為紙張涂料分散劑，能夠覆蓋于各個(gè)顏料粒子表面，賦予顏料粒子以電荷，使之相互間產(chǎn)生斥力，防止聚集，并起著保護(hù)膠體的作用，因此具有良好的流動(dòng)性和涂料適應(yīng)性，并能夠提高膠粘劑與顏料的混合性。由于其優(yōu)良的降低表面張力的能力，對(duì)紙張涂料的消泡作用比一般消泡劑更好。利用含氟表面活性劑的優(yōu)良的潤滑、抗靜電等性能，作為涂料潤滑劑是理想的材料，特別是在熱感紀(jì)錄紙、傳真紙的涂布過程，加入氟表面活性劑，可提高運(yùn)行過程的“糊頭”現(xiàn)象。用在磁性記錄卡片上，可大大減少信號(hào)干擾，提高使用效果。2.4.5在其他方面的應(yīng)用含氟表面活性劑以優(yōu)異的性能在其他方面中也有廣泛的作用。見表2

表2含氟表面活性劑的類型、用途、優(yōu)點(diǎn)類型用途優(yōu)點(diǎn)皮革制造加工工藝潤濕、乳化、勻染助劑提高效率、改善效果、減少工藝操作時(shí)間塑料的注射成型加工行業(yè)清潔添加劑瞬間的清潔，以除去其表面所粘附的油污高分子聚合物脫模劑不可燃，耐熱性和絕緣性極佳。使用濃度低，使用壽命長，污染小，質(zhì)量穩(wěn)定，存儲(chǔ)時(shí)間長石油裂解氣燃料添加劑節(jié)省了油料，又改善了發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性，降低尾氣的煙霧排放量，并還能減少噴油咀的積炭現(xiàn)象，延長機(jī)械的使用壽命橡膠、塑料、聚氨酯等抗靜電劑全氟烴基鏈的定向排列層，會(huì)大大減少摩擦過程中所產(chǎn)生的靜電現(xiàn)象冶金清洗劑除銹速度快、表面平整性好、對(duì)金屬有一定的緩蝕保護(hù)紡織印染工業(yè)防污劑拒油、拒水和拒污性2.5含氟聚合物的研究進(jìn)展自第一種碳氟表面活性劑商品問世以來，已經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)的歷史；美國3M公司首先在1951年用電解氟化法合成含氟表面活性劑，命名為“Fluorad”。1956年又研制出商品名為scotchguard的防水、防油、防污的氟處理劑。60年代又得到大力發(fā)展，并向西歐、日本出口。此后人們開始關(guān)注此類物質(zhì)，越來越多的國家在含氟表面活性劑的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用開發(fā)方面作了大量的研究工作，取得了巨大的進(jìn)展。70年代日本的碳氟表面活性劑工業(yè)發(fā)展起來，1972年左右，大日本油墨公司在石川縣美川工廠建立日本最早的電解氟化車間。日本東京工業(yè)大學(xué)的石川延男教授與Neos公司合作開發(fā)了以六氟丙烯齊聚法為基礎(chǔ)的合成碳氟表面活性劑的生產(chǎn)工藝。西歐各國公司也對(duì)合成碳氟表面活性劑工藝進(jìn)行了大量研究，其中最突出的是英國工公司在年代中后期開發(fā)的以四氟乙烯齊聚體為憎水憎油基的碳氟表面活性劑。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界上對(duì)碳氟表面活性劑的年需求量已超過千噸，在國際上它已發(fā)展成為競爭性強(qiáng)、科技含量高，由市場(chǎng)直接導(dǎo)向的產(chǎn)業(yè)。雖然氟表面活性劑的市場(chǎng)如此繁榮，但真正大規(guī)模生產(chǎn)氟表面活性劑的公司寥寥無幾，主要是美國的3M公司、DuPont公司、英國ICI的公司、法國的Atochem公司、日本的大日本油墨、Neos公司等。進(jìn)入21世紀(jì)含氟表面活性劑逐步向環(huán)境友好型、高表面活性劑、低成本方向發(fā)展。我國具備合成碳氟表面活性劑能力的單位主要有中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所和上海市有機(jī)氟材料研究所；目前我國對(duì)于含氟表面活性劑的研究以及生產(chǎn)相比于國外有一定的差距，雖然某些領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，可是生產(chǎn)規(guī)模還是實(shí)驗(yàn)室階段，表面的原因是碳氟表面活性劑成本高，用不起。深層的原因是含氟烷基與碳氟表面活性劑合成、碳氟表面活性劑性能及應(yīng)用研究兩個(gè)環(huán)節(jié)相互脫節(jié)，不同研究單位各自為戰(zhàn)，缺乏合作。雖然碳氟表面活性劑的種類很多，但我國只能生產(chǎn)品種單一的少數(shù)幾種，由于不成系列產(chǎn)品，極大地限制了實(shí)際應(yīng)用研究。但近幾年也取得了很大進(jìn)展。20世紀(jì)90年代西安近代化學(xué)研究所的李惠芳等以全氟辛酸和全氟辛基磺酸氟為原料，然后與非氟單體聚合得到含氟丙烯酸酯防水防油表面活性劑，同時(shí)降低了原料成本。2004年，李焰等人以全氟辛基磺酰氯為原料，制備了含氟陰離子表面活性劑的方法；他們得出的結(jié)論有：用三乙胺奪氟劑，可以縮短反應(yīng)時(shí)間，提高產(chǎn)率；水解時(shí)用乙醇作助劑，可以使酯的溶解性能更好。2006年，姚錢君等以全氟辛基磺酰氛、N，N-二甲基-1，3-丙二胺等為原料，合成出的含磷酸酯的含氟兩性表面活性劑，其最低表面張力可達(dá)到24.0mN/m。劉振營等以全氟辛基磺酰氟為原料合成出了一種新型非離子含氟表面活性劑（商品名：Intechem-1），其水溶液最低表面張力可達(dá)16.8mN/m?，F(xiàn)階段Intechem-1廣泛用于水成膜泡沫滅火劑中，因?yàn)槠淇梢员憩F(xiàn)出優(yōu)良的滅火效果。而各種實(shí)驗(yàn)研究表明全氟辛基磺酰類化合物和全氟辛酸及其鹽類化合物，在各種理化條件下幾乎不會(huì)發(fā)生任何可以觀察到的降解，為目前世界上最難降解的有機(jī)污染物之一，具有很高的生物蓄積性和人體多臟器毒性。因此，在2006年底，歐盟正式發(fā)布了全氟辛烷磺酸（PFOS）的銷售和使用限制指令。但對(duì)于含氟表面活性劑的研究沒有停止，現(xiàn)在國際上正在尋找能夠替代PFOS的新型含氟表面活性劑。見表3表3現(xiàn)在生產(chǎn)的部分PFOS替代品的名稱和企業(yè)替代化合物商標(biāo)公司用途C6氟化合物Forafac?DuPont滅火泡沫脂肪醇Emulfor?Lutensit?BASF流平及潤濕劑全氟聚醚Solvera?PFPESolvay用于增強(qiáng)紙質(zhì)包裝盒等的拒油性的表面處理硅樹脂聚合物WorléeAdd?WorléeChemie涂料及墨水工業(yè)的潤濕劑

3展望隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境和健康的重視程度也隨之提高，尋找能夠替代PFOS的新型含氟表面活性劑具有重要的意義。短碳氟鏈替代品幾乎是目前最優(yōu)的應(yīng)對(duì)策略，既能實(shí)際解決應(yīng)用問題，又能兼顧環(huán)境保護(hù)。當(dāng)然，在某種程度上滿足了當(dāng)前發(fā)展的要求，不過隨著新型含氟表面活性劑的合成以及性質(zhì)研究的不斷深入，更綠色環(huán)保、更易生物降解、更高效安全的含氟表面活性劑將會(huì)不斷產(chǎn)生以滿足社會(huì)的需要。4個(gè)人想法通過以上的分析，讓我對(duì)表面活性劑有了更深一步的認(rèn)識(shí)，也讓我深一步了解含氟表面活性劑的現(xiàn)狀，這讓我想起“兩學(xué)一做”中的一句話：帶著問題學(xué)，針對(duì)問題改。PFOS的環(huán)境問題，是當(dāng)今我們要解決的問題，我們不應(yīng)該懼怕問題的到來，應(yīng)該感謝問題的到來，有問題我們才能進(jìn)步、才能創(chuàng)新、才能不斷地向前進(jìn)行探索。問題即是機(jī)遇?！芭d一利，必生一弊”，關(guān)鍵是要權(quán)衡利弊，興利除弊，而不能因弊廢利，因噎廢食。其實(shí)在我們研究生的生涯中我們更應(yīng)該記住“帶著問題學(xué)，針對(duì)問題改”這句話，我們?cè)诳蒲械牡缆飞想y免會(huì)遇到各種問題，我們要有正視問題的勇氣，帶著問題我們進(jìn)行學(xué)習(xí)，查資料、文獻(xiàn)來彌補(bǔ)自己的不足。針對(duì)問題我們來改正我們錯(cuò)誤的方面，改正我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中的陋習(xí)，慢慢的我們才能進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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