1 氟表面活性剂的性能
氟表面活性剂的独特性能常被概括为“三高”、“两憎”,即高表面活性、高耐热稳定性及高化学稳定性;它的含氟烃基既憎水又憎油。
氟表面活性剂是迄今为止所有表面活性剂中表面活性最高的一种,用量极少就可使水的表面张力降至很低数值。普通表面活性剂在水溶液中的质量百分数为0.1%-1.0% 时可使水的表面张力降至30~35mN/m,而氟表面活性剂在水溶液中的质量百分数为0.005%~0.1%时,就可使水的表面张力降至20mN/m以下。
C-F键键能(485.6KJ/mol)大于 ,C-H键键能(413KJ/mol),较C-H键稳定,不易断裂,氟原子体积比氢原子大,使C-C键因氟原子的屏蔽作用而得到保护,故氟表面活性剂具有较高的耐热及化学稳定性。固态全氟烷基磺酸钾,加热到420℃以上才开始分解,因而可在300℃
以上的温度下使用。氟表面活性剂不会与各种强氧化剂、强酸和强碱发生反应而分解,而且在这种溶液中仍能保持良好的表面活性。
C-F键的键能大,极化率小,键距短。碳氢链刚直无柔顺性,内聚能小,与极性分子的作用力弱,显示出明显的憎水憎油性。
2 氟表面活性剂的合成方法
氟表面活性剂的合成一般分为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氟表面活性剂的关键。目前,含氟烷基的工业生产方法主要有电解氟化法、氟烯烃调聚法和氟烯烃齐聚法3种。
造纸化学品
(1)电解氟化法
电解氟化法是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 的直流电流电压下进行电解,在阴极产生氢气,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。
(2)氟烯烃调聚法
氟烯烃调聚法是利用全氟烷基碘等物质作为端基物调节聚合四氟乙烯等含氟单体制得的低聚合度的含氟烷基调节物。
(3)氟烯烃齐聚法
氟烯烃齐聚法是利用氟烯烃在非质子溶剂中发生齐聚反应合成了全氟烯烃齐聚物(不同相对分子质量的低聚物混合体)。氟烯烃齐聚法一般可分为四氟乙烯齐聚法、六氟丙烯齐聚法和六氟环氧丙烯烷齐聚法3种。
此外,还可以从氟高分子化合物制得氟高分子表面活性剂,例如工业原料氟硅橡胶经过氧化,再用亚硫酸钠开环,可制得一种阴离子型氟高分子表面活性剂。
3氟表面活性剂在造纸中的应用
在造纸工业中,氟表面活性剂主要用作纸张涂布助剂和防水防油剂。
随着我国经济的发展和人民生活水平的提高,对纸和纸板的质量提出了更高的要求。通过纸张涂布加工,可提高纸张的许多表面性能,如适印性、防锈防蚀性、防水防油性、抗静电性、强性以及照相显影、记录模写导电和装饰等性能。涂布纸可分为颜料涂布纸、树脂涂布纸和特种涂布纸等,其中颜料涂布纸是将颜料、胶粘剂和助剂配料经涂布机涂布于纸张表面而制得的加工纸。氟表面活性剂在纸张涂料调制及涂布过程中有着重要的应用价值。
3.1 分散剂
为了防止涂料发生絮凝和沉降现象,并使涂料粘度保持尽可能低,从而获得良好的流动性和涂布适应性,必须使用表面活性剂作为分散剂。为了提高涂布机车速和节能,需使用高固含量的涂料。氟表面活性剂作为性能优异的表面活性剂,用量极少,效果极佳,因而是较理想的涂料分散剂。
3.2 消泡剂
纸张涂料制成之后,在经过泵、筛和涂布的过程中,往往会产生泡沫,使涂布面产生针孔、斑点及“鱼眼”现象,从而降低了纸张的质量,因此必须加入表面活性剂作为消泡剂。氟表面活性剂可使表面张力降得极低,消泡作用极佳。
3.3 润滑剂
涂布过程中涂布机的辊与 纸面之间存在摩擦力,易产生“糊头”现象,因此需加入表面活性剂作为润滑剂。氟表面活性剂因为分子间力极小,所以是作为润滑剂的理想材料。
3.4 防水防油剂
聚苯乙烯、聚氯乙烯等传统包装材料造成的白色污染已严重地影响了我们的生活,解决的出路就是使用纸质材料。纸质包装材料易降解,无污染,但必须进行防水防油处理,一般是在纸质表面覆塑一层聚乙烯薄膜,但这却给以后的废纸回收处理带来了困难。氟表面活性剂作为性能优异的防水防油剂,为这一问题的解决提供了新的思路。
用氟表面活性剂对纸张进行防水防油处理的方式一般有3种:
一为外添加型,即将含有氟表面活性剂的防水防油剂直接涂敷于纸张表面;
二为内添加型,即将氟表面活性剂在制浆时加入,再加工成型;
三是加在纸张涂料中,即在对纸张上色处理前,将氟表面活性剂加在涂料中,与涂料一起施于纸张表面,借涂料中粘合剂的作用与纸张较牢固地结合。使用这3 种方法,均可在纸张表面形成一层氟烷基向外定向排列的憎水憎油层而起到防水防油的效果,并可使纸张保持原有的孔隙度、柔韧性、透气性、外观及湿强度 ,这是在纸的表面覆塑聚乙烯薄膜所不能比拟的。日本公开专利208473(1993年)介绍,用全氟烷基磷酸酯二乙醇胺盐处理纸张表面,起到了很好的防水防油效果。本文作者正设法从全氟辛基碘酰氟出发,制备氟施胶剂PAE-F,以期达到 理想 的效果。