氟碳表面活性剂理化特性

 

由上述结构特点，我们便可推知氟碳表面活性剂的独特性质直接与氟碳链相关，更进一步讲是取决于氟元素的独特性质。简而言之，相对于其他表面活性剂，氟碳表面活性剂最为显著的特点是：高效、稳定，即高表面活性，高热力学和化学稳定性。

 

氟元素是电负性最强的元素，它具有高氧化势、高电离能，这种特性一方面造成氟—碳键（F—C）键能高（实际上氟—碳键是已知键能最高的共价键），因而氟碳链结构远比碳氢结构稳定；另一方面氟原子非常难以被极化，使氟碳链极性比碳氢链小。正是因为这种低极性，使氟碳链疏水作用远比碳氢链强烈（其实，低极性不但使氟碳链疏水，而且还疏油—这里油是指碳氢类化合物）；另外，低极性又导致氟碳链相互间作用力弱。这二个因素共同作用使得氟碳表面活性剂分子在水溶液中有比其它表面活性剂分子更加强烈的倾向来脱离水溶液，在液/气界面上定向聚集排列成分子膜，从而使其具有与其它表面活性剂所不同的二种特性；颜填料,助剂,树脂,乳液,分散。

 

1、在极低应用浓度下便能显著降低水溶液的表面张力。有些氟碳表面活性剂（如Dupont的Zonyl系列产品）在50~100ppm时便可将水溶液表面张力降到18~20dyn/cm。这主要是氟碳链疏水作用强烈，相互间分子作用力弱的原因。

 

2、极高的表面活性，即可将水溶液表面张力降到极低水平。像全氟羧酸可以使水溶液表面张力降至15~16dyn/cm。这是因为氟碳表面活性剂中的氟碳链在水溶液表面形成排列整齐的单分子膜，就像在溶液表面铺了一层氟碳化合物，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为19dyn/cm。

 

另外，氟碳表面活性剂还具有极高的稳定性。这是因为一方面氟—碳键（F—C）键能高，很难被破坏；另一方面氟原子对碳—碳键（C—C）具有屏敝效应。氟原子的半径比氢原子大，可有效地将全氟化的碳—碳键（C—C）屏敝保护起来，减少碳—碳键（C—C）被破坏的可能，但同时氟原子半径又没有大到足以在全氟碳链中引起立体张力的程度，因此使氟碳链更加稳定。这种稳定性具体表现在以下三个方面：

 

1、热稳定性高。全氟磺酸盐能在350~400℃不发生分解，全氟羧酸在400℃环境下能稳定存在，全氟羧酸盐也能应用在250℃的高温体系中；颜填料,助剂,树脂,乳液,分散!

 

2、化学稳定性好。氟碳表面活性可在强酸、强碱、强氧化介质等特殊应用体系中稳定有效地发挥其表面活性剂作用，不会与体系发生反应或分解。如全氟磺酸盐在含氧化铬（10G/L）的98%硫酸溶液中于90℃温度下存放28天其性能不发生任何变化；

 

3、相容性好。高的化学稳定性就意味着高的化学惰性，氟碳表面活性剂能与其它各类活性剂很好地相容，并可应用于几乎所有配方体系。

 

实际上氟碳表面活性剂分子中其它基团的稳定性往往比氟碳链差，在总体上降低了氟碳表面活性剂的稳定性。换句话，氟碳表面活性剂的稳定性取决于其所含非氟基团（如亲水基）的稳定性。颜填料,助剂,树脂,乳液,分散

 

综上所述，氟碳表面活性剂具有以下其它非氟表面活性剂不可能具备的特性：

 

1、在非常低的浓度下（50~100ppm）可将水溶液表面张力降到很低水平（18~20dyn/cm）；颜填料,助剂,树脂,乳液,分散,

 

2、高的热力学和化学稳定性，可用于高温、强酸、强碱、强氧化介质等体系；

 

3、极好的相容性，可广泛用于各种PH值范围、各类水性、无水、粉末或辐射固化体系，并能与体系中其它表面活性剂和组份很好地相容。