含氟表面活性劑(簡稱:fs)與普通表面活性劑不同之處,在于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的連接基及親水基團,根據親水基團性質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產品。
1 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構的長碳鏈氟化物,其碳原子數一般在6-12個即可,然后根據其化學性質,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。
目前工業化生產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.調聚法;c.齊聚法。
a.電解氟化法
根據simon’s電解氟化法首次獲得了長碳鏈氟化物,并由美國3m公司于1950年最早實現商品化。在此工藝路線中,可將碳氫鏈烷基的酰氯或磺酰氯直接換成相應的全氟烷基酰氟或磺酰氟產物。
由于電解氟化反應甚為激烈,易發生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物生成,因此總的產物收率較低。采用此反應生產fs的有美國的3m公司,日本的大日本油墨公司及東北肥料公司等。
b.調聚法
氟烯烴調聚反應最早是由英國haszeldine教授提出的方法。隨后美國du pont公司又開發了用五氟化碘和四氟乙烯進行調聚反應,制得全氟烷基磺化物。
此反應產率雖高,但最終產物為鏈長不同的混合體(其n數的分布較寬),適當選擇良好的反應過程,控制反應工藝條件,確保n數在所需的范圍內(n:2-4)終止反應的繼續發展。以減少不希望得到的高沸物(n>6)大量生成。作為調聚劑使用的其它物質還有很多,在這一研究領域內已有大量的專利發表,其各自的反應式如下
采用調聚法生產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。從調聚反應中所得產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,若以適當的比例混合使用,更能發揮最終產物的表面活性。
c.齊聚法
由英國ici公司開發的,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氧化合物(如:六氟環氧丙烷在氟離子催化作用下,于非質子極性溶劑中可發生陰離子聚合反應,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生產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。根據這些物質各自的結構特性,都可選用適當的連接基及親水基與其反應,最終合成出希望得到的fs產品。
fs作為工業化產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,相信此類產品的品種與產量必將會不斷擴大。表5所列是我公司新近開發的部分fs產品。




