含氟表面活性劑(簡稱：FS)是近些年來逐步商品化的一種特殊性能的表面活性劑。與普通表面活性劑不同之處，FS主要以全氟烷基或全氟烯基或部份氟化了的烷基等作為表面活性劑中的疏水基部份，然后再按需要引入適當?shù)倪B接基及親水基團，根據(jù)親水基團性質(zhì)的不同分別制得陰離子型、陽離子型、非離子型及二性型等不同系例的FS產(chǎn)品。
1 FS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上的氫原子，把C-H鍵的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?SPAN lang=EN-US>C-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。一般碳氫鏈的表面活性劑的應用濃度需在0.1%-1%之間，此時水溶液的表面張力只能降到30-35達因/厘米，而碳氟鏈表面活性劑的用量在0.005%-0.1%時，就能使水溶液的表面張力降至20達因/厘米以下。另外FS在有機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，它能使碳氫烴類溶劑降低表面張力5-15達因/厘米，FS所體現(xiàn)出的優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及化學惰性，主要是由于氟碳鏈憎水基取代碳氫鏈的憎水基后，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，所以使原來鍵能不太高的C-C鍵也穩(wěn)定了，這樣使得C-C鍵也穩(wěn)定了，這使得FS具有碳氫表面活性劑所沒有的化學穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性。例如：C
有研究表明，FS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，導致了活性劑分子在溶液表面大量的聚集，形成強烈的表面吸附，而這類化合物不僅對水的親和力小，而且對碳氫化合物的親和力也較小，因此形成了既憎水又憎油的特性，但它對油/水界面的界面張力作用能力不強，如將FS與碳氫表面活性劑復配使用，利用FS能選擇性地吸附在水的表面，使表面張力降低；而碳氫表面活性劑能吸附在油/水界面上，使界面張力降低，這樣就必定會提高水溶液的潤濕性能。
2 FS的應用
鑒于FS所的特性，故它在某些領域中的應用性很強，特別在工業(yè)領域中有多方面的用途。表1所列的FS的用途分類簡況。部份應用簡介：
2.1分散劑：FS在各種氟樹脂的分散聚合時可作分散劑使用。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，到1980年左右，在四氟乙烯乳液聚合上所使用的FS的量約達80噸/年左右。日本旭硝子公司統(tǒng)計，在80年代初，日本用于制造分散氟樹脂的FS的量已達5噸/年。另有研究報導，FS也可用于PVC的反應過程中。
2.2滅火劑：FS在滅火劑上的應用可分為“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，不僅對熱塑料高聚物有良好的脫模性，同時對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，并對脫模后的工件無污染現(xiàn)象，可直接進行二次加工(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價。
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)部門測試：對PVC片基進行表面處理后，其表面電阻由原來的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。利用此抗靜電劑對錄像機中的磁鼓、磁關(guān)的表面清洗，效果遠比一般的清潔劑或清潔帶優(yōu)越，并可延長磁鼓、磁頭的使用壽命。經(jīng)清洗后的薄膜或密紋唱片，在放音時，其音量可提高3個分貝。利用此抗靜電劑還可對家用電器、塑料制品、電視機熒屏及其它高檔家具、精密儀器等進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。
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，對天然或合成的纖維及其制品進行表面處理后，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)餐具已進市場供應，解決了白色污染所造成的環(huán)境危害。
2.7其它應用：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。
3 FS的制備
按前面所述，FS與碳氫表面活性劑的差別主要在于疏水基部份，因此在制備過程中也主要分成二部份進行。首先是制得有一定結(jié)構(gòu)的長碳鏈氟化物，其碳原子數(shù)一般在6-12個即可，然后根據(jù)其化學性質(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，完成FS的最終合成。
目前工業(yè)化生產(chǎn)長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碳鏈氟化物，并由美國
由于電解氟化反應甚為激烈，易發(fā)生C-C鏈的斷裂，因此反應過程中除了有機原料的碳原子數(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。采用此反應生產(chǎn)FS的有美國的
b.調(diào)聚法
氟烯烴調(diào)聚反應最早是由英國Haszeldine教授提出的方法。隨后美國Du Pont公司又開發(fā)了用五氟化碘和四氟乙烯進行調(diào)聚反應，制得全氟烷基磺化物。
此反應產(chǎn)率雖高，但最終產(chǎn)物為鏈長不同的混合體(其n數(shù)的分布較寬)，適當選擇良好的反應過程，控制反應工藝條件，確保n數(shù)在所需的范圍內(nèi)(n:2-4)終止反應的繼續(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，在這一研究領域內(nèi)已有大量的專利發(fā)表，其各自的反應式如下
采用調(diào)聚法生產(chǎn)FS的有美國杜邦公司，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)聚反應中所得產(chǎn)物是一個鏈長不一的混合物，這樣就可合成出不同長短的氟碳鏈疏水基，若以適當?shù)谋壤旌鲜褂茫馨l(fā)揮最終產(chǎn)物的表面活性。
c.齊聚法
由英國ICI公司開發(fā)的，以四氟乙烯陰離子聚合為基礎，制備長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，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，所以可通過這一反應來引入所需的連接基團。
六氟丙烯齊聚反應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，也很容易進行齊聚反應。
采用齊聚法生產(chǎn)FS的公司有英國ICI公司、日本neos公司等。
通過以上所述的工業(yè)生產(chǎn)長碳鏈氟化物的各種方法，為進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?shù)倪B接基及親水基與其反應，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，它的應用領域還有待進一步開拓，隨著對它的性能與應用的逐步研究、認識，相信此類產(chǎn)品的品種與產(chǎn)量必將會不斷擴大。
