1FS的特性
由于FS結(jié)構(gòu)上的特殊性，以氟原子取代了普通表面活性劑中疏水基團(tuán)上的氫原子，把C-H鍵的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)镃-F鍵的形式，因此它顯示出氟碳烴所特有的一些優(yōu)良性能，同時(shí)它具有既憎水又憎油的特性。FS的高表面活性，取決于其分子中碳氟鍵所具有的極強(qiáng)的疏水性及較低的分子內(nèi)聚力。它能使水的表面張力降到很低的數(shù)值，而使用的濃度卻很小。一般碳?xì)滏湹谋砻婊钚詣┑膽?yīng)用濃度需在0.1%-1%之間，此時(shí)水溶液的表面張力只能降到30-35達(dá)因/厘米，而碳氟鏈表面活性劑的用量在0.005%-0.1%時(shí)，就能使水溶液的表面張力降至20達(dá)因/厘米以下。另外FS在有機(jī)溶劑中也顯示出良好的表面活性，特別是引入了N-取代的全氟辛酰胺類，它能使碳?xì)錈N類溶劑降低表面張力5-15達(dá)因/厘米，F(xiàn)S所體現(xiàn)出的優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及化學(xué)惰性，主要是由于氟碳鏈憎水基取代碳?xì)滏湹脑魉�，由于C-F鍵的鍵能(116千卡/摩爾)大于C-H鍵的鍵能(99.5千卡/摩爾)，因此C-F鍵要比C-H鍵穩(wěn)定，不易斷裂。又由于氟原子取代氫原子后，因氟原子的體積比氫原子大，使得C-C鍵因氟原子的屏蔽作用而得到保護(hù)，所以使原來(lái)鍵能不太高的C-C鍵也穩(wěn)定了，這樣使得C-C鍵也穩(wěn)定了，這使得FS具有碳?xì)浔砻婊钚詣┧鶝]有的化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性。例如：C9F17OC6H4SO3K的使用溫度可在300℃左右，而此化合物的中間體C9F17OC6H5在50%的硫酸或25%的氫氧化鈉水溶液中，在80℃時(shí)處理48個(gè)小時(shí)也不會(huì)分解。
有研究表明，F(xiàn)S的高表面活性是由于其分子間的范德華引力小造成的，活性劑分子從水溶液中移至溶液表面所需的張力小，導(dǎo)致了活性劑分子在溶液表面大量的聚集，形成強(qiáng)烈的表面吸附，而這類化合物不僅對(duì)水的親和力小，而且對(duì)碳?xì)浠衔锏挠H和力也較小，因此形成了既憎水又憎油的特性，但它對(duì)油/水界面的界面張力作用能力不強(qiáng)，如將FS與碳?xì)浔砻婊钚詣⿵?fù)配使用，利用FS能選擇性地吸附在水的表面，使表面張力降低;而碳?xì)浔砻婊钚詣┠芪皆谟?水界面上，使界面張力降低，這樣就必定會(huì)提高水溶液的潤(rùn)濕性能。
2FS的應(yīng)用
鑒于FS所的特性，故它在某些領(lǐng)域中的應(yīng)用性很強(qiáng)，特別在工業(yè)領(lǐng)域中有多方面的用途。表1所列的FS的用途分類簡(jiǎn)況。部份應(yīng)用簡(jiǎn)介：
2.1分散劑：FS在各種氟樹脂的分散聚合時(shí)可作分散劑使用。在四氟乙烯，三氟氯乙烯，偏氟乙烯等含氟單體的乳化分散聚合中都使用了FS作分散劑。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，到1980年左右，在四氟乙烯乳液聚合上所使用的FS的量約達(dá)80噸/年左右。日本旭硝子公司統(tǒng)計(jì)，在80年代初，日本用于制造分散氟樹脂的FS的量已達(dá)5噸/年。另有研究報(bào)導(dǎo)，F(xiàn)S也可用于PVC的反應(yīng)過(guò)程中。
2.2滅火劑：FS在滅火劑上的應(yīng)用可分為“輕水”滅火劑、氟蛋白泡沫滅火劑和抗極性溶劑滅火劑三種，其完全控止火的時(shí)間可在90秒以內(nèi)，有的可降至45秒以下。
2.3脫模劑：由FS制備或配料的脫模劑，不僅對(duì)熱塑料高聚物有良好的脫模性，同時(shí)對(duì)熱固性的高聚物及含硅類橡膠的彈性體質(zhì)均具有優(yōu)良的脫模性，并對(duì)脫模后的工件無(wú)污染現(xiàn)象，可直接進(jìn)行二次加工(如：印刷、涂漆、粘帖等)，并且使用一次即可多次脫模。由FS制備的脫模劑已逐步形成系列化的產(chǎn)品，有溶劑型的，也有水劑型的，它不但可用于有機(jī)高分子彈性體的加工業(yè)，而且在鋼性體的加工行業(yè)(如：銅、鋼管的抽拉、壓針、壓鑄件的沖壓加工等)也可使用。目前含氟(高效)脫模劑已在塑料、橡膠等加工行業(yè)中得到用戶的高度評(píng)價(jià)。
2.4抗靜電劑：由FS配制的集清洗、防塵為一體的抗靜電劑，經(jīng)有關(guān)部門測(cè)試：對(duì)PVC片基進(jìn)行表面處理后，其表面電阻由原來(lái)的1012Ω降低至108Ω。由此使片基表面靜電現(xiàn)象而易吸塵的情形大為減少。利用此抗靜電劑對(duì)錄像機(jī)中的磁鼓、磁關(guān)的表面清洗，效果遠(yuǎn)比一般的清潔劑或清潔帶優(yōu)越，并可延長(zhǎng)磁鼓、磁頭的使用壽命。經(jīng)清洗后的薄膜或密紋唱片，在放音時(shí)，其音量可提高3個(gè)分貝。利用此抗靜電劑還可對(duì)家用電器、塑料制品、電視機(jī)熒屏及其它高檔家具、精密儀器等進(jìn)行表面清洗與防塵使用，且不產(chǎn)生任何副作用。目前本公司已有此防靜電劑產(chǎn)品一“音磁靈”投入市場(chǎng)。
2.5流平劑：在顏料、涂料等產(chǎn)品中加入少量FS后，可防止結(jié)固現(xiàn)象，改善分散性。加入涂料及油墨內(nèi)可降低其表面張力，提高潤(rùn)濕性，并防止產(chǎn)生氣泡，且使色澤更均勻。
2.6防水防油劑：由FS所制備出的防水防油劑，對(duì)天然或合成的纖維及其制品進(jìn)行表面處理后，可使該纖維或制品既有防水、防油的性能，又不影響其本身的物理特性。由防水防油劑處理后的一次性紙質(zhì)餐具已進(jìn)市場(chǎng)供應(yīng)，解決了白色污染所造成的環(huán)境危害。
2.7其它應(yīng)用：把FS加入地板蠟中，可改善地板的光澤，增加其耐磨性及抗污染性。FS還可用于石油回收用助劑、海面上的集油劑、金屬防腐劑及金屬光澤處理劑等等。
3FS的制備
按前面所述，F(xiàn)S與碳?xì)浔砻婊钚詣┑牟顒e主要在于疏水基部份，因此在制備過(guò)程中也主要分成二部份進(jìn)行。首先是制得有一定結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)碳鏈氟化物，其碳原子數(shù)一般在6-12個(gè)即可，然后根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)，與碳氟表面活性劑的制備一樣，依次引入連接基及各種親水基團(tuán)，完成FS的最終合成。
目前工業(yè)化生產(chǎn)長(zhǎng)碳鏈氟化物的方法基本上可歸納為三條路線。a.電解氟化法;b.調(diào)聚法;c.齊聚法。
a.電解氟化法
根據(jù)Simon’s電解氟化法首次獲得了長(zhǎng)碳鏈氟化物，并由美國(guó)3M公司于1950年最早實(shí)現(xiàn)商品化。在此工藝路線中，可將碳?xì)滏溚榛孽Ｂ然蚧酋Ｂ戎苯訐Q成相應(yīng)的全氟烷基酰氟或磺酰氟產(chǎn)物。
由于電解氟化反應(yīng)甚為激烈，易發(fā)生C-C鏈的斷裂，因此反應(yīng)過(guò)程中除了有機(jī)原料的碳原子數(shù)相同的全氟化合物生成外，還有短鏈的全氟化合物和其它類型的付產(chǎn)物生成，因此總的產(chǎn)物收率較低。采用此反應(yīng)生產(chǎn)FS的有美國(guó)的3M公司，日本的大日本油墨公司及東北肥料公司等。
b.調(diào)聚法
氟烯烴調(diào)聚反應(yīng)最早是由英國(guó)Haszeldine教授提出的方法。隨后美國(guó)DuPont公司又開發(fā)了用五氟化碘和四氟乙烯進(jìn)行調(diào)聚反應(yīng)，制得全氟烷基磺化物。
此反應(yīng)產(chǎn)率雖高，但最終產(chǎn)物為鏈長(zhǎng)不同的混合體(其n數(shù)的分布較寬)，適當(dāng)選擇良好的反應(yīng)過(guò)程，控制反應(yīng)工藝條件，確保n數(shù)在所需的范圍內(nèi)(n:2-4)終止反應(yīng)的繼續(xù)發(fā)展。以減少不希望得到的高沸物(n>6)大量生成。作為調(diào)聚劑使用的其它物質(zhì)還有很多，在這一研究領(lǐng)域內(nèi)已有大量的專利發(fā)表，其各自的反應(yīng)式如下
采用調(diào)聚法生產(chǎn)FS的有美國(guó)杜邦公司，瑞士汽巴――嘉基公司，日本的旭硝子公司及大金公司等。從調(diào)聚反應(yīng)中所得產(chǎn)物是一個(gè)鏈長(zhǎng)不一的混合物，這樣就可合成出不同長(zhǎng)短的氟碳鏈?zhǔn)杷粢赃m當(dāng)?shù)谋壤旌鲜褂�，更能發(fā)揮最終產(chǎn)物的表面活性。
c.齊聚法
由英國(guó)ICI公司開發(fā)的，以四氟乙烯陰離子聚合為基礎(chǔ)，制備長(zhǎng)碳鏈氟烷基中間體也是一種制備FS的方法。四氟乙烯，六氟丙烯及相應(yīng)的環(huán)氧化合物(如：六氟環(huán)氧丙烷在氟離子催化作用下，于非質(zhì)子極性溶劑中可發(fā)生陰離子聚合反應(yīng)，生成C6-C14的全氟齊聚物。四氟乙烯齊聚所得產(chǎn)物是四、五、六、七齊聚體的混合物。)
其中五聚體約占整個(gè)混合物的65%左右。由于連接雙鍵碳原子上的氟原子易被親核試劑取代，所以可通過(guò)這一反應(yīng)來(lái)引入所需的連接基團(tuán)。
六氟丙烯齊聚反應(yīng)可定量地生成二聚體和三聚體。
六氟環(huán)氧丙烷在氟離子的作用下，也很容易進(jìn)行齊聚反應(yīng)。
采用齊聚法生產(chǎn)FS的公司有英國(guó)ICI公司、日本neos公司等。
通過(guò)以上所述的工業(yè)生產(chǎn)長(zhǎng)碳鏈氟化物的各種方法，為進(jìn)一步合成各種類型的FS提供了所需的原料。根據(jù)這些物質(zhì)各自的結(jié)構(gòu)特性，都可選用適當(dāng)?shù)倪B接基及親水基與其反應(yīng)，最終合成出希望得到的FS產(chǎn)品。
FS作為工業(yè)化產(chǎn)品的作用歷史并不很長(zhǎng)，它的應(yīng)用領(lǐng)域還有待進(jìn)一步開拓，隨著對(duì)它的性能與應(yīng)用的逐步研究、認(rèn)識(shí)，相信此類產(chǎn)品的品種與產(chǎn)量必將會(huì)不斷擴(kuò)大。
