前面几章主要针对工业上广泛应用的四大表面活性剂进行介绍，按亲水基进行分类，分别为阴离子、阳离子、非离子、两性表面活性剂。这些表面活性剂的疏水基均为不同碳原子数的碳氢链，相对分子量一般低于500或在500左右。本章将重点介绍碳氟表面活性剂、含硅表面活性剂、以及高分子型、冠醚型、反应型和生物表面活性剂。

8.1 碳氟表面活性剂

含氟表面活性剂是指碳氢链中氢原子被氟取代了的表面活性剂。

氢原子可以部分被氟原子取代（部分取代的较少，不是研究和应用的重点），也可全部被氟原子取代，后者称为全氟表面活性剂。

这类表面活性剂性能特殊，具有憎水、憎油的双重特性，降低表面张力的能力极为显著，其应用越来越引人注目。

8.1.1 碳氟表面活性剂的性质

1 化学稳定性和热稳定性能好

（1）耐高温（C—F键的键能比C—H键能大得多，不易断裂）

全氟烷基磺酸在400℃下加热3h后才有微量分解；全氟烷基羧酸加热到550℃才分解；大部分同碳数的碳氢表面活性剂加热到300℃左右就大量分解。

（2）高化学惰性

氟表面活性剂的高化学惰性是氟原子的保护作用引起的，也称为氟原子的屏蔽效应。F原子紧密覆盖在C链表面，从而能够屏蔽外来试剂的进攻，并且F原子所带多余负电荷可以形成负电保护层，亲核试剂难以接近，更不能穿透。

原因：C-F键能高（452kJ/mol)；氟原子屏蔽碳原子能力较强。

2 溶解性

（1）憎水憎油

碳氟链的范德华引力小，因此它不仅与水的亲和力小，而且与碳氢化合物的亲和力也小，这就造成它不仅“憎水”，而且“憎油”的特性。

聚四氟乙烯之所以作为“不粘锅”覆盖层的主要成分就是因为碳氟链既“憎水”又“憎油”的特性使得水跟油都不能在其铺展、粘附。

（2）氟表面活性剂具有高熔点、高Krafft点和在溶剂中溶解度底的特点。

（3）全氟表面活性剂不但能降低水的表面张力，而且也能降低液态碳氢化合物的表面张力。

3 表面活性

碳氟表面活性剂有极高的表面活性，其水溶液的表面张力可低至20nN/m以下(有的甚至可低到12nN/m)，这是其它类型表面活性剂所远不及的。

两种表面活性剂的饱和吸附量相差不大，但氟表面活性剂降低水表面张力的能力和效率远远高于碳氢表面活性剂。解释如下：

吸附量：饱和吸附时，表面活性剂分子直立紧密排列，两种分子的极性基相同，所占面积相同，在一定面积表面上排列的分子数相近。

能力高：表面张力是分子间作用力的体现。C-F键不易极化，碳氟链间的范德华引力比碳氢链间要小，从而导致表面张力更大程度地降低。

效率高：碳氟链的范德华引力小，表面活性剂分子自水溶液内部移至表面所需的能量比碳氢表面活性剂分子要小，从而导致了强烈的表面吸附，使其在溶液内部的浓度更低。

碳氟表面活性剂在6个碳原子的时候就有很好的表面活性。8~12个碳原子最佳。

 

4 CMC

碳氟表面活性剂比结构相似的碳氢表面活性剂低10-100倍。

8.1.2 碳氟表面活性剂的分类

离子型：阳离子型（羧酸盐、硫酸盐、硫酸酯盐、磷酸酯盐）

阴离子型（含氮化合物）

两性型（甜菜碱型、氨基酸型）

非离子型：极性基团由含氧醚或羟基构成

8.1.3 碳氟表面活性剂的应用

应用特性：高效稳定

复配与选择：利用哪些性能；是否适合体系；成本、使用效果。

1 高效灭火剂

轻水泡沫灭火剂：当水成膜泡沫灭火剂通过泡沫罐（泡沫比例混合装置）与水混合后，输出的泡沫混合液经泡沫产生的喷射设备（泡沫发生器等）产生灭火泡沫，喷射到燃烧的油面时，泡沫一面在油面上散开，在油层表面形成一个个包有小油滴的不燃烧的泡沫层，一面在油面上形成一层水膜，抑制油品的蒸发，靠泡沫层和保护膜的双重作用，并使灭火泡沫迅速向尚未直接喷射到的区域扩散，进一步灭火。

在油面上迅速铺展成膜、缩短灭火时间、提高灭火性能、抗复燃型好。

2 电镀

在安全生产方面的应用。

抑铬酸雾剂（在电解液液面上形成致密泡沫，阻止铬酸雾的逸出。）

3 织物整理剂

整理目的：防水、防油。

4 高聚物添加剂

防结块、降低摩擦力、改善润湿性

5 感光材料

防斑点

其它性能：医疗材料、杀虫剂、石油开采等。

8.1.4 碳氟表面活性剂的合成

（1）电解氟化法

将需要被氟化的有机物溶解或分散在无水氟化氢中，在低于8V的直流电压下进行电解，阴极产生氢气，而有机物在阳极被氟化。在氟化过程中，只有氢原子被氟原子取代，其他官能团仍被保留。

（2）氟烯烃调聚法

利用全氟烷基碘、低级醇等物质作为端基物调节聚合四氟乙烯等含氟单体制得低聚合度的含氟烷基调节物。

（3）氟烯烃齐聚法

四氟乙烯、六氟丙烯及六氟丙烯环氧化合物在非质子极性溶剂中以氟阴离子催化可低聚成C6～C14的中间体，这些中间体具有高度分枝的支链。

以上反应得到具有碳氟链的中间体，其端基是较为活泼的官能团，再通过各种有机反应可引入极性基团就可得到各种类型的氟表面活性剂。

三种方法的比较：

    1. 电解氟化法。最早使用，反应简单，氟化是逐步进行的，产物复杂，产率低，产品结构单一。

    2. 调聚法。制得的碳氟链为直链，表面活性高，但产物为不同链长化合物的混合物。最大优点是得到的全氟碘代烷，碘容易脱落，可用于合成各类碳氟表面活性剂。综合而言，该方法最优。

    3. 齐聚法。安全性高，反应容易控制，但由于支链产物的表面活性不高，其应用受到较大限制。