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氟碳表面活性劑的特性及其原理
時間:2024-01-18 訪問量:256

  由上述結構特點,我們便可推知氟碳表面活性劑的獨特性質直接與氟碳鏈相關,更進一步講是取決于氟元素的獨特性質。簡而言之,相對于其他表面活性劑,氟碳表面活性劑***為顯著的特點是:***、穩定,即高表面活性,高熱力學和化學穩定性。

  氟元素是電負性***強的元素,它具有高氧化勢、高電離能,這種特性一方面造成氟—碳鍵(F—C)鍵能高(實際上氟—碳鍵是已知鍵能***高的共價鍵),因而氟碳鏈結構遠比碳氫結構穩定;另一方面氟原子非常難以被極化,使氟碳鏈極性比碳氫鏈小。正是因為這種低極性,使氟碳鏈疏水作用遠比碳氫鏈強烈(其實,低極性不但使氟碳鏈疏水,而且還疏油—這里油是指碳氫類化合物);另外,低極性又導致氟碳鏈相互間作用力弱。這二個因素共同作用使得氟碳表面活性劑分子在水溶液中有比其它表面活性劑分子更加強烈的傾向來脫離水溶液,在液/氣界面上定向聚集排列成分子膜,從而使其具有與其它表面活性劑所不同的二種特性;1、在極低應用濃度下便能顯著降低水溶液的表面張力。有些氟碳表面活性劑,在50~100ppm時便可將水溶液表面張力降到18~20dyn/cm。這主要是氟碳鏈疏水作用強烈,相互間分子作用力弱的原因。

  2、極高的表面活性,即可將水溶液表面張力降到極低水平。像全氟羧酸可以使水溶液表面張力降至15~16dyn/cm。這是因為氟碳表面活性劑中的氟碳鏈在水溶液表面形成排列整齊的單分子膜,就像在溶液表面鋪了一層氟碳化合物,而氟碳化合物是典型的低表面能材料,如聚四氟乙烯表面能為19dyn/cm。

  另外,氟碳表面活性劑還具有極高的穩定性。這是因為一方面氟—碳鍵(F—C)鍵能高,很難被破壞;另一方面氟原子對碳—碳鍵(C—C)具有屏敝效應。氟原子的半徑比氫原子大,可有效地將全氟化的碳—碳鍵(C—C)屏敝保護起來,減少碳—碳鍵(C—C)被破壞的可能,但同時氟原子半徑又沒有大到足以在全氟碳鏈中引起立體張力的程度,因此使氟碳鏈更加穩定。這種穩定性具體表現在以下三個方面:

  1、熱穩定性高。全氟磺酸鹽能在350~400℃不發生分解,全氟羧酸在400℃環境下能穩定存在,全氟羧酸鹽也能應用在250℃的高溫體系中;2、化學穩定性好。氟碳表面活性可在強酸、強堿、強氧化介質等特殊應用體系中穩定有效地發揮其表面活性劑作用,不會與體系發生反應或分解。如全氟磺酸鹽在含氧化鉻(10G/L)的98%硫酸溶液中于90℃溫度下存放28天其性能不發生任何變化;3、相容性好。高的化學穩定性就意味著高的化學惰性,氟碳表面活性劑能與其它各類活性劑很好地相容,并可應用于幾乎所有配方體系。

  實際上氟碳表面活性劑分子中其它基團的穩定性往往比氟碳鏈差,在總體上降低了氟碳表面活性劑的穩定性。換句話,氟碳表面活性劑的穩定性取決于其所含非氟基團(如親水基)的穩定性。

  綜上所述,氟碳表面活性劑具有以下其它非氟表面活性劑不可能具備的特性:

  1、在非常低的濃度下(50~100ppm)可將水溶液表面張力降到很低水平(18~20dyn/cm);2、高的熱力學和化學穩定性,可用于高溫、強酸、強堿、強氧化介質等體系;3、極好的相容性,可廣泛用于各種PH值范圍、各類水性、溶劑型、粉末或輻射固化體系,并能與體系中其它表面活性劑和組份很好地相容。

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