导图社区 氟碳表面活性剂(Fluorocarbon surfactan
氟碳表面活性剂能以极低的浓度显著地降低溶剂的表面张力的一类物质称为表面活性剂。氟碳表面活性剂是特种表面活性剂中最重要的品种,指碳氢表面活性剂的碳氢链中的氢原子全部或部分被氟原子取代,即氟碳链代替了碳氢链,因此表面活性剂中的非极性基不仅有疏水性质而且独具疏油的性能。全氟化或部分氟化表面活性剂,表面张力最低,但界面张力一般。用于特殊用途。
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氟碳表面活性剂 (Fluorocarbon surfactant)
概念
原表面活性剂中碳氢链的氢原子被氟原子所取代的一种表面活性剂
别名
含氟表面活性剂(fluorine containing surfactant)、氟化表面活性剂(fluorinated surfactant)、全氟表面活性剂(perfluoro surfactant)
氟碳链
碳氢链氟化程度
碳氢链中的氢原子被氟原子全部取代
只含有F、C两种元素
部分氟化
可以是直链也可以是支链
支链在降低表面张力方面比直链表面活性剂效果更好
氟碳烷烃的分子骨架呈锯齿形
氟碳链是刚性的,不可弯曲
氟碳键
当受到高温作用或化学试剂作用时,C-C 键先于 C-F 键断裂
由于 C-F 键的作用,使得 C-C 键的距离缩短、键能增强,稳定性也随之增强
氟原子
原子半径仅比氢原子大
但相对来说氟原子还是小原子
碳原子四周可恰巧被氟原子严密地包住
使碳原子不易发生反应
电负性是所有元素中最大的
使得 C-F 键中的共用电子对强烈地偏向氟原子
使氟原子带有多余的负电荷
对骨架碳原子形成一种负电保护层
带负电荷的亲核试剂难以与碳原子反应
屏蔽效应
极化率是所有元素中最低的
性质
化学性质
表面活性最高
氟碳化合物的分子间引力降至很低
在水溶液中从内部移至表面比碳氢化合物从内部移至表面所需的张力要小
还能使有机溶剂的表面张力降低
CMC比普通碳氢表活剂低10-100倍
低碳醇复配表面张力能达到7mN/m
降低油水界面张力能力较差
既憎水又憎油
与亲水基连接后可以制成水溶性表活剂
与亲油基连接后可以制成油溶性表活剂
耐强氧化剂、强酸、强碱
化学惰性
热稳定性和化学稳定性
有优越的阻止热和化学进攻的能力
物理性质
与碳氢表活剂相似
常温常压下,大多数的氟碳表面活性剂为固体粉末状或粘稠膏状
也有一些呈液体状态
沸点比碳氢表面活性剂要低
熔点比相应的碳氢烷烃的熔点高
当氟碳链为直链时尤为显著
复配
当带有异种电荷的氟碳表面活性剂复配时,不但不会产生沉淀,而且会使表面活性增加
异种电荷的氟碳、碳氢表面活性剂复配现象同上
毒性和降解性
单质氟还是离子性的氟化物都具有很强的毒性
氟表面活性剂的毒性却相对小很多
很高的生物化学惰性
毒性原理
离子型的氟碳表面活性剂容易吸附在生物膜蛋白质和酶的界面
生成离子性吸附复合物
非离子型不会产生稳定的吸附
与碳氢类表活剂原理相同
合成
一般步骤
1.要合成含有 6~10 个碳原子的氟碳化合物
2.将这种氟碳化合物制成易于引进各种亲水基团的含氟中间体
3.在含氟中间体中引入各种亲水基团制成各类碳氟表面活性剂
常用方法
电解氟化法
氟烯烃调聚法
氟烯烃齐聚法
分类
阴离子型
磺酸盐
抗氧化性更强
强酸介质、电解质以及离子等的敏感性较小
实际应用中更为广泛
羧酸盐
氟碳羧酸具有更强的酸性
强酸或含有二价、三价金属离子的水中溶解度很小
不适合在含、离子较高的硬水中使用
硫酸盐
水溶性更强,制备方便
水解稳定性很差
限制了广泛应用
磷酸盐
起泡性能较差
用做抗泡剂
常用
全氟烷基羧酸盐、全氟烷基磺酸盐、全氟烷基醚磷酸酯、全氟聚醚羧酸
阳离子型
大多数物质的表面都带有负电荷
阳离子型容易发生聚集和沉淀
含氟烷基胺季铵盐、含氟烷基酰胺基季铵盐、氟烷基铵盐等
两性离子型
与普通的两性表面活性剂性质基本相同
羧基甜菜碱、磺酸甜菜碱、硫酸甜菜碱
用途
高效泡沫灭火剂的泡沫稳定剂
非离子型
含氟烷烃、含氟烷基苯、氟烷基聚氧乙烯基醚醇和含氟烷基磺酰胺基醇
不电离
可以在强酸或强碱的环境中使用
消泡效果较为突出
应用
石油工业
化学驱油剂
热采工艺中的化学驱油剂
与碳氢表活剂复配
采油中的起泡剂
与低碳醇的复配性能非常好,复配品的起泡性优越
原油破乳剂
油水界面张力明显降低,所以它的破乳效果比普通的表面活性剂要好
酸化压裂助剂
酸液助排剂
原油蒸发抑制剂
极易在原油表面铺展形成一层水膜,从而使原油蒸发受到抑制
原油捕集剂
原油收缩集中的速度加快,从而使集油效率提高
其他
消防领域应用多
泡沫稳定剂、工业洗涤剂、织物柔软剂、餐具洗涤剂、洗发香波、金属洗涤剂、防锈剂、抗静电剂
价格
价格昂贵,原料紧张
一公斤300元