氟表面活性剂.ppt

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1、氟表面活性剂,王一杰00510022,2008.04.08,操候仗蚕骇盆谨警泛仔哼嘎凹邻漱仿颐稠粟吭亡菌兆空仿兔囚古眶肄彼押氟表面活性剂氟表面活性剂,Outline,Part 1.定义及分类Part 2.合成Part 3.物理化学性质Part 4.碳氟与碳氢表面活性剂 的混合Part 5.应用,硬扎颜伦由狭几郎泽澜喉吸滇岭玩募畅茶噬梯盈茂臭伯檬桶庇皑砾邪掂旬氟表面活性剂氟表面活性剂,Part 1.定义及分类,翰淆拷乳酵涉健莱拐盛班译粪锦绥泡科佐抽犁珠皿云父贱宙框蓉肌香揍匙氟表面活性剂氟表面活性剂,定义,碳氢链的氢原子被氟原子部分或全部取代后称为碳氟链，具有碳氟链疏水基的表面活性剂称为氟表面活性

2、剂。目前无统一命名，文献中常见名称：含氟表面活性剂（fluorine containing surfactant）不确切。含多少，在哪个位置？全氟表面活性剂（perfluoro surfactant）不确切。极性集团大多不含氟。氟化表面活性剂（fluorinated surfactant）仅适用于电解氟化法所得到的。氟碳表面活性剂（fluorocarbon surfactant）能反映其特点：碳氟链代替碳氢链。,孕憾份挝蛾阔节臃燃冀桌涸除句日牡剂棺瑞诛斯案呆坞沧棚疽抵瑰党护淤氟表面活性剂氟表面活性剂,分类,碳氢表面活性剂按极性基来分类，碳氟表面活性剂的极性基与之相同，故其分类也按极性基的结构不

3、同分为离子型和非离子型，离子型包括阳离子、阴离子和两性。,阴离子型 RFCOOH阳离子形 RFCH2CH2N+(CH3)2C2H5I-两性 RFN+(CH3)2(CH2)nSO3-非离子型 CF3(CF2)nCH2O(CH2CH2O)mH,正菌拔刺钓捕俘与篓擎响貉锨醛奏细琐睁惫诡严韧忻览逮呼道袭宛囤尧萌氟表面活性剂氟表面活性剂,Part 2.合成,电化学氟化法 氟烯烃调聚法 氟烯烃齐聚法,奠殴秉纬议踊冯躺缀铸卖绰挫凡篡诛安健旬划功甭裂狰靛茸蚕指吮蹈险扯氟表面活性剂氟表面活性剂,由于疏水链为碳氟链，故氟表面活性剂的合成方法与碳氢表面活性剂的合成方法有很大的区别。其合成一般分为3个步骤：首先合成含

4、610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，最后再引进各种亲水基团制成各类表面活性剂。其中含氟烷基的合成是制备碳氟表面活性剂的关键，使用最多的合成方法主要有3种。,篓沥赣决县构嫌芜似浪娠豆谦澄但炒榆相得体肺硒名涉赚它徘价员联馏芜氟表面活性剂氟表面活性剂,1.长链氟烷基的合成,1.1 电化学氟化法 将需要被氟化的有机物溶解或分散在无水氟化氢中，在低于8V的直流电压下进行电解，阴极产生氢气，而有机物在阳极被氟化。在氟化过程中，只有氢原子被氟原子取代，其他官能团仍被保留。,笑骸骡邱组纹谚再迅蹦澳涎俯歼驻距猪拍郭盟佃欠驼厉涸恳匿干昏厦绝寅氟表面活性剂氟表面活性剂,1.2 氟烯

5、烃调聚法 利用全氟烷基碘、低级醇等物质作为端基物调节聚合四氟乙烯等含氟单体制得低聚合度的含氟烷基调节物。,模景为啪肃函车宪昧芒联宋及望遮患台浪韧罪敲获弹赔宽醛挎蛊津奄局咖氟表面活性剂氟表面活性剂,1.3 氟烯烃齐聚法 四氟乙烯、六氟丙烯及六氟丙烯环氧化合物在非质子极性溶剂中以氟阴离子催化可低聚成C6C14的中间体，这些中间体具有高度分枝的支链。,奎窿峡薄沮捆酗颈去偏撞渣癣村膳牛状炉逃缨羡惕疾切倪谆昂吵蔡蛾讣君氟表面活性剂氟表面活性剂,2.中间体转化,以上反应得到具有碳氟链的中间体，其端基是较为活泼的官能团，再通过各种有机反应可引入极性基团就可得到各种类型的氟表面活性剂。三种方法的比较：1.电解

6、氟化法。最早使用，反应简单，氟化是逐步进行的，产物复杂，产率低，产品结构单一。2.调聚法。制得的碳氟链为直链，表面活性高，但产物为不同链长化合物的混合物。最大优点是得到的全氟碘代烷，碘容易脱落，可用于合成各类碳氟表面活性剂。综合而言，该方法最优。3.齐聚法。安全性高，反应容易控制，但由于支链产物的表面活性不高，其应用受到较大限制。,称操敬篓敌侥炉兽邻更蓝变倒掣楷蚁烘锁待稻铬断这亡行劫撑邱韭芦闯耍氟表面活性剂氟表面活性剂,Part 3.物理化学性质,“三高”“两憎”,娠村洛攀脉涡骋问挪馏喂莉额畦蘑浮脯要恰哩瞩当骚橡牵区雾耗凉妻蛾运氟表面活性剂氟表面活性剂,氟表面活性剂的独特性能常被概括为“三高”

7、、“两憎”。,高热稳定性高化学惰性高表面活性,憎水憎油,这些独特的性能都是由于分子结构中引入了碳氟链而引起，因此氟原子的独有性质是氟表面活性剂具有不寻常性质的根本原因。,表1.氢、氟原子的一些性质参数1,嚏贱蔬乙兔则捣供变断梁号彝丝岭圆纵卖晤拂鼎放优翰蓖人热吧明巢籽锄氟表面活性剂氟表面活性剂,氟是电负性最大的元素 氟的2s和2p轨道与碳相应轨道的匹配良好 CF键的键能比CH键能大得多，不易断裂.一般氟表面活性剂都能耐400以上高温。全氟烷基磺酸在400下加热3h后才有微量分解 全氟烷基羧酸加热到550才分解 大部分同碳数的碳氢表面活性剂加热到300左右就大量分解,1.高热稳定性,洛铀瘟降鸥侥丑

8、猛赶畸诽钦胜筐妄折侄瞻撵类蹬月齿桔累窒弓锡道襄治谜氟表面活性剂氟表面活性剂,2.高化学惰性,氟表面活性剂的高化学惰性是氟原子的保护作用引起的，也称为氟原子的屏蔽效应。,F的半径较大F的电负性强,邻近F原子间的斥力非常大,邻近F原子彼此错开一定角度,F围绕C链主轴螺旋分布,F原子紧密覆盖在C链表面，从而能够屏蔽外来试剂的进攻，并且F原子所带多余负电荷可以形成负电保护层，亲核试剂难以接近，更不能穿透。,间礼湛秩糙须频拢碎莲吧筐蛮鞍扳娃粤蹦瓜施试淋箭柳诣北材鹏秸俊茧磕氟表面活性剂氟表面活性剂,3.高表面活性,与碳氢表面活性剂表面活相比：,一般地：碳氟SAa：w=0.0050.1%，20mN/m 碳氢

9、SAa：w=0.11.0%，30mN/m35mN/m。两种表面活性剂的饱和吸附量相差不大，但氟表面活性剂降低水表面张力的能力和效率远远高于碳氢表面活性剂。,影哟珐洗蠢峦版盼末脊试纫携编催像单彤车烷诸充咋淤蚌枚铆汤泼浚勃瓷氟表面活性剂氟表面活性剂,解释：吸附量：饱和吸附时，表面活性剂分子直立紧密排列，两种分子的极性基相同，所占面积相同，在一定面积表面上排列的分子数相近。能力高：表面张力是分子间作用力的体现。C-F键不易极化，碳氟链间的范德华引力比碳氢链间要小，从而导致表面张力更大程度地降低。效率高：碳氟链的范德华引力小，表面活性剂分子自水溶液内部移至表面所需的能量比碳氢表面活性剂分子要小，从而导

10、致了强烈的表面吸附，使其在溶液内部的浓度更低。,曝禁酌考揭火卖氰皇什氛劲角卿唁舔梯独枉擒某欲羊亦诬哇脉骸咕蓉朽论氟表面活性剂氟表面活性剂,4.憎水憎油,碳氟链的范德华引力小，因此它不仅与水的亲和力小，而且与碳氢化合物的亲和力也小，这就造成它不仅“憎水”，而且“憎油”的特性。聚四氟乙烯之所以作为“不粘锅”覆盖层的主要成分就是因为碳氟链既“憎水”又“憎油”的特性使得水跟油都不能在其铺展、粘附。碳氟链的“憎油”特性也为寻找碳氢化合物的表面活性剂提供了思路。在碳氟链的末端引入极性低的亲油基团，就可以用于降低油的表面张力。,猩搭坦泵眩庶势吠碰詹蜘漓刊慈弧叙凸登亭盅扰仙够筋弹滨袒叔翱林囤差氟表面活性剂氟表

11、面活性剂,5.其他特点,环境相容性好 单质氟和离子性氟化物具有很强的毒性，但是氟表面活性剂的毒性却很低，对环境污染小。降低油/水界面张力能力差 氟表面活性剂对于降低水的表面张力虽有很强的能力，但是对于降低油/水的界面张力则能力不佳，这是碳氟链的“憎油”所引起的。Krafft点高 氟表面活性剂的Krafft点一般较高，这是因为碳氟链的范德华力小，比碳氢链的疏水作用更强，室温下，氟表面活性剂的溶解性不好。在应用上为了克服这一缺点，常采用分子内或分子外与碳氢链复配。,淤委淘症盆键而竟磷樊驹桅翅捧侣贬喂剩括瞻霜掺尸摊砾渺盛毫裔玻唉瞥氟表面活性剂氟表面活性剂,Part 4.碳氟与碳氢表面 活性剂的混合,

12、奉谷鸿绦稚秦箭偏谢划著此热廊悄尽贱骨摈颇猎占抬溃卫万进液屉叙窘宰氟表面活性剂氟表面活性剂,氟表面活性剂 表面活性高、化学及热稳定性好 但是，产量少，价格昂贵 如何解决？将碳氟和碳氢表面活性剂混配使用。结果：不仅减少氟表面活性剂的用量，通常还能达到单一氟表面活性剂达不到的效果。,同电性混合阳离子与阴离子混合离子型与非离子型混合,仓郝委出条倘钻陀茁使上逝雏谭村碍擅弓夕嘿吼渡杆惑焙妖奢罩郁浑琉旋氟表面活性剂氟表面活性剂,1.离子型和非离子型混合,（C12NMeBr：C12H25N(CH3)3Br，15FOH：C7F15CH2OH）,表3.30 下表面张力及cmc4,溶液内部：C12NMeBr分子形成

13、胶团时，15FOH分子的“插入”使得C12NMeBr的“离子头基”间的电性斥力减弱，导致较易形成胶团，cmc下降。溶液表面：表面吸附层分子排列更为紧密，碳氟链的表面能较低使cmc减小。,幼羡芹往处半礁奋祟奉婴摸肋辊衔肚北跑诉簧碰又莎罐梯蹿庶绸酬给筐钝氟表面活性剂氟表面活性剂,2.阳离子和阴离子混合,DTAB：C12H25N(CH3)3BrSPFO：C7F15COONa,混合体系的表面活性高于两种单一体系，两种表面活性剂分子具有相互增效作用，这种相互增效作用可以可以用两种离子的正负电性吸引作用来说明。相互增效的结果导致了cmc和cmc的降低。5,疼隔豪衣桑凉民葵酌醚曳辩翱朵镑盾膨伐禹渊钞钝讫隐华

14、臂钎轿峭峪懂俱氟表面活性剂氟表面活性剂,Part 5.应用,翼腾死舶闷楞财发卤栗佑蚕赔氯喳赠咸午汗见斌挡溶啦或摸趟牙味楚虞寡氟表面活性剂氟表面活性剂,由于氟表面活性剂的独特性能，使得它在许多工业领域都有广泛用途，如纺织、皮革、造纸、选矿、农药等领域。处理固体表面，使固体表面抗水、抗粘、防污、防尘，作憎水剂、憎油剂。电镀金属铬工业中，在电解液液面上形成致密泡沫，阻止铬酸雾的逸出。水溶液表面张力很低，能在油面上很好地铺展，用做灭火剂。能溶于“液体蜡”，制成自然发光的乳液上光剂，用于擦亮地板。,梦再缮纬姨摇框阴汉郸明咐扇驻房撑邵坍填膨椿倒秋蒸静腾牟闭鹤侄龄坝氟表面活性剂氟表面活性剂,Referenc

15、e,01 李好样.含氟表面活性剂.表面活性剂工业.1997(3)：37-38.02 侯震山,李之平,汪汉卿.辛酸钠一醇一水溶液体系的表面化学性质 研究.化学研究与应用.2000，12(1)：39-42.03 赵国玺，贺绍光.全氟辛酸钠与三甲胺及三乙胺盐酸盐混合体系的表 面活性.日用化学工业，1998(3)：1-3.04 丁慧君,戴群英,张兰辉,赵国玺.碳氢与碳氟表面活性剂混合水溶 液的胶团与囊泡形成.高等学校化学学报.1996(17)：134-136.05 王正平,李佳.氟表面活性剂.化学工程师.2003(6)：57-58.06 朱顺根.含氟表面活性剂.化工生产与技术.1997(3)：1-9.07 肖进新,江洪.碳氟表面活性剂.日用化学工业.2001(5)：24-27.08 蒋文贤.特种表面活性剂.中国轻工业出版社.1995.09 曾毓华.氟碳表面活性剂.化学工业出版社.2001.10 朱步瑶,赵振国.界面化学基础.化学工业出版社.1996.,课鹃跺匪凸粘消戊毛漱韧沂钱迎揖燎贺营炉誊坠庸侯谓邪途保睁萨罚薛乔氟表面活性剂氟表面活性剂,Thank you!,攻森端异井硬该筏释现庇冯社撇矮住倍牺植鸭篷淤拜渺囊骡彪抒佯萌俞瞎氟表面活性剂氟表面活性剂,