氟表面活性剂（简称：FS）为特种表面活性剂产品中最重要的一类品种，目前主要应用于技术要求较高的特种场合或一般普通表面活性剂难以胜任的、应用效果较差的领域。由于氟表面活性剂是一种高性能的产品，因此在许多特殊的领域中有着不可替代的作用，同时它又可作为普通表面活性剂增效用的特殊添加剂，通过添加极少量的氟表面活性剂后的普通表面活性剂产品，即可极大地改善普通表面活性剂的性能，有时还能达到意想不到的效果。 1 国内外情况 随着有机氟化学的发展，作为氟精细化学品的氟表面活性剂正迅猛地得到开发。1956年美国3M公司首先开发了商品名为Fluorad的氟表面活性剂，此后欧美和日本一些公司如Du Pont、ICI、Hoechst、Atochem、大金、旭硝子等地相继开发此类产品。据报道全世界氟表面活性剂产品用量每年在200吨以上。我国氟表面活性剂地研究和开发尚处于起步阶段，主要从事研究和开发的单位有中科院上海有机化学研究所、西安近代化学研究所、上海有机氟材料研究、晨光化工研究院、浙江化工研究院、上海中临材料技术有限公司和武汉长江化工厂等单位。氟表面活性剂卓越的性能是一般普通的表面活性剂无法相比的，唯一的缺点就是价格较高。 2 氟表面活性剂的分类 氟表面活性剂和碳青表面活性剂的极性基是相同的，所以依据极性基的结构不同可将氟碳表面活性剂分为非离子型氟碳表面活性剂、阴离子氟碳表面活性剂、阳离子氟碳表面活性剂和两性氟碳表面活性剂。 3 氟表面活性剂的特性 氟表面活性剂与不含氟表面活性剂，包括碳氢表面活性剂、含硅表面活性剂等相比较，其结构独特，性质优异： ①低表面张力 一般表面活性剂溶于水时，可将水的表面张力降低到30 Mn/m左右。而在氟表面活性剂当中，由于氟碳链既疏油又疏水和氟碳链之间很弱的相互作用使氟碳表面活性剂在水中呈现很高的表面活性，既有着非常低的表面张力。很多不同结构的氟碳表面活性剂在很低浓度的水溶液中的表面张力可达15-16Mn/m。这是其它任何非氟表面活性剂所不能达到的表面活性； ②良好的热稳定性和化学稳定性 由于氟原子独特的几何尺寸和非常高的电负性等因素造就氟碳表面活性剂有很高的热稳定性，很高的耐酸性、高浓度碱和强氧化剂等化学稳定性；而在这些介质中非氟表面活性剂是无法使用的； ③普通表面活性剂的添加剂 氟碳表面活性剂可与很多非氟表面活性剂复合使用，由于协同效应，不仅增强使用效果，还使总浓度降低。这对于降低氟碳表面活性剂实际使用成本是非常有用的。 ④低使用溶度 ⑤高表面活性 由于氟表面活性剂具有特别低的表面自由能，致使它与许多有机溶剂都缺乏亲合性，使它在有机溶剂中具有高表面活性能。 ⑥优良的憎水、憎油性 由于上述这些特点，氟表面活性剂的应用受到广泛的关注，应用领域正在不断的扩大。 4 氟表面活性剂的应用 由于氟表面活性剂具有优越的表面活性，使其具有极为重要的用途，可用于条件苛刻和一般碳氢表面活性剂不适用的场合。因其独特的性能已得到了广泛的应用。 4.1 消防行业 4.1.1 泡沫灭火剂的添加剂 在普通蛋白泡沫灭火剂中添加0.02%阴离子氟表面活性剂，由于低的表面张力，使蛋白泡沫能很好地在烃类燃料液面上展开，显著地提高了灭火能力。在水膜泡沫灭火剂加入氟表面活性剂，基于它的低表面张力，可在烃类燃料表面迅速形成一层水膜，抑制油汽化，控制火焰。 4.1.2 轻水灭火剂 1964年美国3M公司和美国海军部共同开发了商品名为轻水灭火剂，内含0.1%季铵型阳离子氟表面活性剂。 4.2 机械和冶金工业 4.2.1 酸洗缓蚀剂、浸蚀剂及光亮处理剂 金属材料在加工前必须进行去除油污及表面氧化层的工艺，常用的化学清洗剂是硫酸、盐酸等无机酸，如在酸中加入表面活性剂可提高清洗效果。在酸洗液中加入少量氟表面活性剂，不仅除锈速度快、表面平整性好，而且对金属有一定的缓蚀保护作用，可明显提高清洗效果。在对金属表面进行浸蚀处理或光亮处理时，在处理剂中加入氟表面活性剂，可以改善金属表面的润湿性能，并可减少处理剂蒸发损失，缩短处理时间，提高金属表面光洁度等作用。在强酸强碱介质中，在通常的表面活性剂会失效的情况下。使用氟表面活性剂做润湿剂会更有效。因为在这种条件下，它们的性能是稳定的。在由(HNO3)=20%与W(H2SO4)=5%组成的低炭钢浸蚀液中（文中W表示质量分数），加入0.01%质量分数的两性离子型氟表面活性剂，浸蚀处理5min,浸蚀量为21.3%，而未加氟表面活性剂的同样浸蚀液处理5min，浸蚀量仅为17%。 在金属刻蚀液中加入氟表面活性剂，能使刻蚀操作更顺利。在光刻工艺中，氟表面活性剂加入光致抗蚀膜中，可以改善基片的密着性，抗蚀膜变得容易剥离，可以得到更清晰的图形花纹。 4.2.2 金属防腐抑制剂、防污处理剂 在金属后加工中进行表面处理，可以减少金属被腐蚀，增强其抗污能力，用氟表面活性剂作金属防腐抑制剂，由于其在金属表面的定向吸附而抑制了酸对金属的腐蚀，如用W(HCL)=10%的盐酸溶液，在65℃时对不锈钢的腐蚀量每年为175uM，加入氟表面活性剂作腐蚀抑制剂后降为21uM。的盐酸溶液，在24℃时对铝的腐蚀量每年为1410uM，加入少量阴离子型氟表面活性剂后，降为21uM。用含有氟表面活性剂的金属光泽处理剂对钢、不锈钢、铜、黄铜等金属做金属做光泽处理时，都可以得到均匀的光泽表面，与未加氟表面活性剂的处理剂相比，可缩短浸渍时间，并增强抗污能力。在金属防污处理剂中加入氟表面活性剂，可使金属表面有防水、防油、防污效果，如铝板在用含氟烷基磷酸脂的防污处理剂处理后，不仅防污，而且可使水在其表面吸附量减少80%，这样处理过的飞机，对在寒冷的冬季飞机是极有利的。同样，用它处理汽车挡风玻璃，也可防止玻璃在冬季结冰。 4.2.3 金属清洗剂 去除金属机械表面的油污，可以用汽油等成品油。我国每年用于清洗金属零部件和车辆保养使用的汽油大约要50万吨，这是一个很大的消耗。使用成品油情况，不仅浪费能源，而且毒性大，易引起火灾和污染环境。目前，已开始改用以表面活性剂为主要成分的水基化学清洗剂代替或部分代替成品油基型洗漱剂，这样不仅能节约能源，防止对环境污染，并能提高清洗效果，保护清洗人员免受侵害，降低劳动强度。目前，国内外使用的水基清洗剂，是以阴离子、非离子表面活性剂复配而成的，不仅洗涤效果好，而且用量较少，用于清洗金属零件和精密零件的清洗剂，应具有良好的润湿、渗透、乳化、分散等能力，对零件无腐蚀作用。 在水基化学清洗剂中，加入少量氟表面活性剂与碳氢表面活性剂复配，则能起到去油污性能好，对金属不腐蚀，提高乳化能力，提高清洗效率的作用，而且可赋予清洗后的金属有防水、防油、防污的效果。 4.2.4 铬雾抑制剂 铬雾抑制剂是氟表面活性剂的一项十分重要而典型的应用。镀铬过程中，阴阳极上分别有氢气、氧气产生，气体逸出时带出大量的铬酸雾。最根本的解决办法是抑制铬雾产生或少产生，但由于电镀液是强本和强氧化性的，通常使用的碳氢表面活性剂在其中会很快氧化分解而失效，只有使用化学稳定性优良的氟表面活性剂才有效，若在电镀液中添加少量氟表面活性剂，如全氟辛基磺酸钾就能大大降低镀液与基体间的界面张力，并在液面形成连续致密的细小泡沫层，能有效地阻止铬雾逸出。 4.2.5 电镀添加剂 在电镀液中添加氟表面活性剂有提高电镀质量的作用，不仅在镀铬中如此，在镀其它金属时同样有效。有文献介绍，在镀铜、镀镍的电镀液中加入少量氟表面活性剂添加剂，有利于提高镀层强度，消除电镀过程中常见的针孔、裂纹等弊病，提高了镀层质量。在碱性电解除油槽中：电解液含有W(NaOH)=0.5%，W(Na3PO4)=8%，W(Na2CO3)=5%，加入质量分数为0.15%～0.20%的全氟烷基氧杂苯磺酸钠，在电流密度为5～10A/dm2条件下，电解1min，即可除去黄铜表面的油污及抛光膏，而且在电解液表面形成稳定的泡沫层，抑制碱雾逸出。经过此工艺处理的电镀镍、铬件，结合力好，经反复折曲试验直至折断，镀层仍不剥落。 4.2.6 金属镀塑助剂 在聚四氟乙烯微粒的悬浮液中，加入阳离子或两性氟表面活性剂，可使聚四氟乙烯微粒带上正电荷，加在电镀液中，可在钢表面镀上一层聚四氟乙烯保护层，保护钢材不被腐蚀。 4.3 造纸工业 4.3.1 分散剂 分散剂是纸张涂料中最重要的助剂，其机能为：(1)赋予颜料粒子以电荷，使之相互间产生斥力；(2)覆盖于各个颜料粒子表面，起着保护性胶体作用；(3)在颜料粒子周围形成高粘度状态，防止粒子相互聚集，以保证颜料不发生絮聚和沉降，并使涂料粘度保持尽可能低，从而具有良好的流动性和涂布适应性；(4)银钟花提高胶粘剂与颜料的混合均匀性以达到提高涂布纸的表面强度和印刷适应性的效果。随着刮刀和刮棒涂布机的使用，为提高车速和节能，需使用高固含量的涂料，为满足上述要求，用表面活性剂作为分散剂是较理想的选择。 4.3.2 消泡剂 制备后的涂料经过泵、筛和涂布过程，尤其是气刀涂布时，往往会产生泡沫，引起涂料增稠并使涂布在产生针孔、斑点，从而降低纸张的质量。因此，当起泡严重时必须加入防泡剂、消泡剂。使用氟表面活性剂作消泡剂，由于其有良好降低表面张力的能力，消泡作用更佳。 4.3.3 润滑剂 涂布过程中辊与纸面间存在摩擦力，因此要加入表面活性剂做润滑剂。特别是在热感记录纸、传真纸的涂布过程中加入氟表面活性剂做润滑剂，可提高运行适应性，减轻过程中的糊头现象。用在有磁性记录纸卡片上，可大大减少信号干扰，提高使用效果。 4.3.4 在特种纸方面作为防油、防水、防污剂 由于氟表面活性剂既耐水又憎油，被大量使用在憎油处理上，使纸张具有耐水、耐油、耐污染的性能，特别是用于食品包装纸、快餐包装盒、耐油容器包装方面，也适于非包装纸的生产如标签、无碳复写纸等。用硅表面活性剂处理的纸，只能防水不能防油，而氟表面活性剂是较理想的纸张防油整理剂。对纸张进行防油处理的方式有三种：一为外添加型，将含有氟表面活性剂的防油整理剂直接敷于纸张表面，进行表面施胶。二为内添加型，即进行内部施胶，将氟表面活性剂加入纸浆中，再加工成型。三是加在纸张上处理前，将氟表面活性剂加在涂料中，与涂料一起施于纸张表面，借涂料中粘合剂的作用与纸张形成较牢固的结合，不仅使纸张有防油防水功能，而且也使涂料获得较亮泽的理想外观，增强其防污能力。还可以与聚合物淋膜技术一起应用。但氟表面活性剂做施胶剂使用是依靠肉眼看不见的分子“隔绝层”来实现抗油性能，而聚合物淋膜则依靠形成可见的薄膜，这种类别给氟表面活性剂的应用带来许多方便。 4.4 纺织行业 4.4.1 用作纺织油剂的添加剂 在合成纤维织造过程中，油剂是最重要的助剂，它可以增强合成纤维的可纺性，提高效率，保证纤维的产量，确保化纤生产工艺的顺利进行。如果在通常使用的油剂中添加质量浓度为0.05%的含氟表面活性剂产品，它可以使油剂的流平性，辅展性大大增强，从而提高油剂在化纤表面的扩散性，增加化纤表面的润滑性。.实践证明，在添加了含氟表面活性剂的油剂（1公斤油剂内加入0.5克含氟表面活性剂）进行化纤丝的拉伸实验（温度为：250～280℃）.随着纤维丝的拉伸变化,该油剂也届时同步地流向拉伸后的纤维表面上，即降低了纤维断裂的概率，又使拉伸后的纤维及时受到油剂可赋于它的各种性能。 4.4.2 用作聚酯浆料内的分散剂 化纤纺丝过程中，因工艺要求，需在熔溶的聚酯浆液内加入特定的固体粉末添加剂（改善化纤的性能），此时因受熔溶物料的温度影响，一般的表面活性剂较难作为分散剂使用。经实验证明，,此时加入含氟表面活性剂作为分散剂（使固体添加剂能均匀的混溶在聚酯的浆料内），其效果就很明显的体现出来，目前已投入实际使用。 4.4.3 用作化纤产品的防静电剂 化纤产品在制备过程中受磨擦影响必定产生静电作用。合成纤维憎水性强，静电问题尤为突出，其结果就会吸附大气中的灰尘，影响产品的外观质量。因此，防止和消除纤维加工过程中的静电是极为重要的。如果把具有防静电作用的含氟表面活性剂添加到化纤纺丝时的原料内，或添加到纤维后续加工过程中所需接触到的溶液中，它能赋予纤维表面一定的吸湿性和离子性，从而提高了纤维的导电性，并能中和电荷，达到防止和消除静电的目的，使纤维表面有如穿上一层防护衣，即不影响纤维本身的性能，,又能起到防静电作用。含氟表面活性剂作织物的抗静电剂，其抗静电的效果比碳氢表面活性剂强的多。电荷半衰期是衡量织物上静电衰减速度大小的物理量，如使用含氟表面活性剂作为抗静电剂，其电荷半衰期可以比碳氢表面活性剂缩短几千倍至数万倍。使用含氟表面活性剂既能防止静电产生，又能使产生的静电很快失散，而且它保持时间长，耐久性好，同时兼有防水防油的功效。 4.4.4 在纺织产品染整工艺中作添加剂 将含氟表面活性剂加入织物染加工溶液中，它可以提高溶液对织物的渗透性、染均匀性，改善染工艺的质量问题，提高效率。曾有研究表明，染醋酸纤维时，在阳离子染料液中加入一种阴离子的含氟表面活性剂，它可显著提高上染率。 4.4.5 在纺织制品的印染业中作添加剂 对有些经过后整理工序后的纺织制品，如果要在其制品上再进行染、印花时，由于此时该制品的表面因受整理剂处理后的作用，制品的界面张力很低，此时如用一般的涂料是很难印染上需要的花纹或颜的。如果在印染的涂料或染料内加入表面张力很低（比制品的界面张力低）的含氟表面活性剂来改变涂、染料的表面性能，使其表面张力降低下来，这样就可以使已整理过的制品再进行表面的印染处理。这类使用方法已在灯箱布及汽车外套的织物制品上经过了试验，并取得了预期的效果。 4.5 石油工业 4.5.1 无尘清洗用于油罐内防腐涂料 由于油品组成复杂，特别是含有水分和盐类时，对罐体材料会产生腐蚀，因此，要求罐内层必须覆以防腐涂料，以延长油罐的寿命，传统的涂料主要为生漆、环氧树脂等，但这些物质都易于受到储存油品的侵蚀，每隔一段时间必须加以清洗重涂。而如果采用氟表面活性剂的涂料，则由于其既疏水又疏油的特点，防污染性能明显增强。有报道称，采用氟涂料用于油罐内层涂覆时，油罐使用寿命可延长3倍。 4.5.2 燃油增效剂 研究表明，在燃料油中加入氟表面活性剂，可使燃油充分雾化，燃烧完全，提高燃油的燃烧效率。节省燃料，改善发动机工作状况，降低尾气烟雾排放，减少环境污染，并能使喷油嘴积碳减少，延长机械寿命。如在汽油中加入0.02%的Surfron S-381,可使汽油发动机的工作效率提高15%。 4.5.3 另外在原油开采、原油破乳和原油泄露处理等方面也有应用。道生液 4.6 颜料、涂料和油墨工业 利用普通油墨对表面难以被润湿的物质，如聚乙烯薄膜、塑料制品或是表面经过处理的光滑纸张等进行印刷或书写时，往往碰到缺、断线、难上彩或油墨附着性差，涂液出现鱼鳞状现象。此时如在油墨的制备过程中添加少量（一般为0.01%～0.1%质量浓度）的氟表面活性剂后即可改变以上的各类缺陷。由于氟表面活性剂的加入改变了油墨的流平性、辅展性和润滑性，并降低了油墨的表面张力，提高了它的粘附性，帮助其形成良好的涂膜层，从而使普通的油墨上一个档次。同样，在涂料生产过程中，氟表面活性剂的添加也能使现有涂料的性能起很大的变化。在水溶性的涂料中，利用少量的氟表面活性剂作为乳化剂的一部分加在该涂料内，可使该涂料的耐水性明显的提高，并增强了它的润湿性和渗透性，使其在使用时能均匀的涂刷于被涂物体的表面。另外有的氟表面活性剂产品还可改善涂料的防污性能。在油溶性涂料中氟表面活性剂作为分散剂使用，可使该涂料在生产过程中所用的各类添加物分散均匀，无结块现象出现，并能提高该涂料的润湿性，降低其表面张力，有利于提高涂层的质量。 充退磁控制器 4.7 自动感应垃圾桶化妆品工业 据国外报道，由全氟化合物和全氟聚醚表面活性剂混配制备高档化妆品乳液和调配高档化妆品。采用的全氟化合物有全氟聚甲基异丙基醚、全氟聚丙基醚、全氟聚异丙基醚、全氟聚甲乙醚等。用于这类化妆品的表面活性剂有全氟烷硫醇表面活性剂、全氟烷基酰胺表面活性剂和氟烷基混合双尾表面活性剂。 4.8 其它方面的应用 4.8.1 抗静电剂 大多数高分子聚合物材料（如：橡胶、塑料、聚氨酯等），由于它们都有一定的绝缘性，又不易导电，因此在某些使用过程或进一步深加工时，因摩擦而产生的静电现象一般较难自行消除，而当静电压达到一定的数值（大于4KV）时就会产生电火花。这样不仅会造成触电现象，也很易导致火灾或爆炸事故。此时如选用相应的氟表面活性剂作为抗静电剂使用，利用氟表面活性剂所特有的性能，使其在塑料、橡胶等物体的表面形成摩擦系数很低的全氟烃基链的定向排列层，会大大减少摩擦过程中所产生的静电现象。如：感光胶片的生产过程中，选用非离子型的氟表面活性剂作为抗静电剂混溶于某些溶液内涂在胶片的片基上，解决了胶片生产过程中因片基的高速转动摩擦而产生的静电火花的可能，保证了胶片生产过程中的产品质量。在塑料薄膜的加工过程中，因静电作用时常造成薄膜间的粘连、吸附现象，给加工过程中加入一定量的氟表面活性剂作为内抗静电剂或在塑料膜进行预处理，这样就能避免塑料膜在加工时产生的粘连现象。作为抗静电剂的应用场合是较多的，除了工业上有广泛的用途之外，在日常生活中也有很多地方需用抗静电剂来解决可能发生的静电、易吸尘等现象。如：电视机的荧屏、电风扇的叶子等都可用氟表面活性剂作为抗静电剂进行涂擦处理，从而物体表面因静电效应而易吸尘的现象，同时对高档家具、家用电器等物件的表面也能进行擦洗，起到清洁防尘、不易沾污、保持表面光洁的作用。 4.8.2 脱模剂 目前在高分子聚合物的成型加工领域内，脱模剂的使用是必不可少的，通常用作脱模剂的物质主要为碳氢类表面活性剂或聚硅氧烷类的有机硅表面活性剂。利用碳氢类的酯化物（如：磷脂类化合物）配制的脱模剂，其脱模后的产品可直接进行二次加工，但长期使用后将会在模具表面形成棕结焦物而污染模具。选用有机硅类（如：硅油、硅橡胶）物质配制的脱模剂，其脱模的效果要比前一类优越，但对脱模后的产品表面产生一定的油状污染，使该产品无法进行二次。目前国外已利用氟表面活性剂配制成新一代高效含氟脱模剂取代以往的产品。其优点主要为：使用浓度低，使用寿命长，对高粘度的原料有良好的脱模性，对制品表面污染性小，制品可直接进行二次加工，对模具表面无污染性，制备后的脱模剂产品质量稳定，存储时间长。目前国产的含氟脱模剂产品也已逐步投入市场，并取得了预期的效果。 4.8.3 文物保护 全氟聚醚油具有优异的防水性、防油性、透气性和低的折射率性能，在国外已经广泛应用在文物保护方面。在国内，已有专家用聚全氟醚型表面活性剂配制的全氟聚醚文物保护剂，试验表明对文物保护具有较好的保护效果。 4.8.4 航空工业 全氟聚醚表面活性剂可用于航空工业作密封和固体推动剂的助剂 |
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