氟表面活性劑及其應(yīng)用 - 高穩(wěn)定，多功能，小用量，大效果

來源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2023-09-04 09:27:00【大中小】

氟表面活性劑是指疏水鏈中C-H被C-F氟取代的一類特殊表面活性劑。與碳?xì)浔砻婊钚詣┫啾龋砻婊钚詣┚哂懈叩谋砻婊钚院头€(wěn)定性，已應(yīng)用于注水驅(qū)油、油脂乳化、材料改性、抗菌殺毒和消防滅火等領(lǐng)域。

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含氟表面活性劑的研究是上世紀(jì)60年代開始的，最早由美國(guó)3M公司實(shí)現(xiàn)商品化，上市商品名稱為Fluorad FC。隨后全球知名各類材料公司都做了對(duì)應(yīng)客戶領(lǐng)域的含氟表面活性劑研究，開發(fā)并成功商品化。

目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化含氟表面活性劑及功能制劑主是全氟烷基系列表面活性劑，產(chǎn)能約在3500噸/年。但各種前端研發(fā)品及其品質(zhì)在緊跟國(guó)際前沿，并且積極尋求具備特殊性能及應(yīng)用于細(xì)分領(lǐng)域產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)。

1.氟表面活性劑的特性

氟表面活性劑（簡(jiǎn)稱FSA），是以氟碳鏈為非極性基團(tuán)的表面活性劑，即以氟原子部分或全部取代碳?xì)滏溕系臍湓印７x予分子如下特性：

①氟是電負(fù)性最強(qiáng)的元素，具有高氧化勢(shì)、高電離能，所以F-C鍵能高(實(shí)際上F-C鍵是已知鍵能最高的共價(jià)鍵)，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；

②氟原子非常難被極化，氟碳鏈極性比碳?xì)滏溞?讓氟碳鏈?zhǔn)杷饔眠h(yuǎn)比碳?xì)滏湉?qiáng),也同時(shí)具備了疏油性（對(duì)碳?xì)浜推渌袡C(jī)物），高效降低表面張力，小用量，大效果，易于制成濃縮劑；

③低極性導(dǎo)致氟碳鏈相互間作用力弱。

FSA是最有效的降低表面張力的添加劑

以上三點(diǎn)共同作用使氟碳表面活性劑分子在水溶液中有更強(qiáng)的疏水性，在液/氣界面上具有獨(dú)特的聚集特性，氟原子的引入使得此類表面活性劑具有良好熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，即氟表面活性劑具備在嚴(yán)苛條件下的高效應(yīng)用的潛能。

氟表面活性劑和相似碳?xì)浔砻婊钚詣┍砻鎻埩?shù)據(jù)對(duì)比^[1-2]

2. 含氟表面活性劑的常見應(yīng)用

氟表面活性劑是目前最受青睞的特種表面活性劑，在實(shí)際應(yīng)用中有用量少，降低水溶液表面張力的作用強(qiáng)，提高潤(rùn)濕性、表面處理和流平性能優(yōu)秀，跟其它表面活性劑復(fù)配（簡(jiǎn)單的物理配方或化學(xué)合成加和）效果好，同時(shí)具有疏油和疏水性、高熱穩(wěn)定性和更好的化學(xué)耐受性等等優(yōu)良特點(diǎn)，有助于配制多種日用產(chǎn)品。

FSA的性質(zhì)及其應(yīng)用^[3]

油漆和涂料

用作多功能添加劑，以簡(jiǎn)化油漆和涂料配方，特別是那些低 VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）或無 VOC 的配方。可與改善基材潤(rùn)濕性，顏料潤(rùn)濕性和流平，為水性涂料賦予防粘連性，延長(zhǎng)開放時(shí)間，發(fā)泡性低，提高抗沾污性，增強(qiáng)抗油污功能。

提供表面防護(hù)

另外值得一提的是自2004年12月IBM和臺(tái)積電分別宣布采用193 nm浸入式光刻技術(shù)制造出全功能的芯片，浸潤(rùn)光刻技術(shù)迅速成為技術(shù)新寵，它也經(jīng)常需選用高浸潤(rùn)和抗污能力強(qiáng)的含氟表面活性劑，主要為克服控制由于浸入環(huán)境引起的缺陷，包括氣泡和污染（含物鏡表面和液體界面），需要抗蝕劑與流體或面漆的相容性，以及面漆的發(fā)展。

傳統(tǒng)光刻和浸沒式光刻的對(duì)比示意圖

清潔劑和蠟

作為多功能且高效的添加劑，通過徹底潤(rùn)濕基材，使清潔劑能夠進(jìn)一步滲透深層污垢和污漬。同時(shí)候也改善了地板護(hù)理配方的流平特性和表面特性。

無氟表面活性劑顯示清晰可見的桔皮和明顯的表面缺陷

添加FSA的地板飾面可顯著改善地板飾面的平整度和表面外觀

膠粘劑、密封劑和填縫劑

添加少量的氟表面活性劑可提高膠粘劑的潤(rùn)濕性和對(duì)基材孔隙的滲透性，增強(qiáng)粘合力，減少表面缺陷、降低動(dòng)態(tài)表面張力（可與現(xiàn)有表面活性劑組合結(jié)合使用）、達(dá)到增強(qiáng)膠粘劑滲透性。

薄膜或半導(dǎo)體材料

可以改善打印基材的油墨潤(rùn)濕和流平，附著，耐磨，減少油墨轉(zhuǎn)移等通用“適印性能”。除潤(rùn)濕外，氟表面活性劑轉(zhuǎn)移到涂層表面，從而促進(jìn)多次涂覆中的再潤(rùn)濕，還可提供抗靜電性。在電子化學(xué)品也得到廣泛應(yīng)用。

光刻膠基材表面^[4]

油墨和印藝

氟表面活性劑會(huì)遷移到氣液界面，當(dāng)產(chǎn)品堆疊或卷起時(shí)，會(huì)減少對(duì)另一表面的“轉(zhuǎn)移”。主要性能功能包括防粘連、油墨吸附、流平和潤(rùn)濕。可為油墨和印刷涂料提供出色的潤(rùn)濕和流平特性，而不會(huì)影響染料和顏料分散。

FSA的遷移性示意

3. 總結(jié)和展望

雖然含氟表面活性劑相比于傳統(tǒng)碳?xì)浔砻婊钚詣┑挠昧枯^少，但其價(jià)格比較昂貴，并且長(zhǎng)鏈（≥C6）氟化表面活性劑由于穩(wěn)定的氟化尾部和生物降解性差也表現(xiàn)出環(huán)境問題。在工業(yè)生產(chǎn)使用中受到一定程度的限制。在實(shí)際應(yīng)用中，研究人員通常將含氟表面活性劑與其他表面活性劑進(jìn)行復(fù)配使用，以減少實(shí)際應(yīng)用中含氟表面活性劑的用量，并且還能保持含氟表面活性劑的獨(dú)特性能。

氟碳?xì)潆s化表面活性劑的表面活性和防腐性能^[5]

氟表面活性劑Na+在油田化學(xué)中的應(yīng)用研究^[6]

研究人員正在積極探究含氟表面活性劑的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，設(shè)計(jì)合理的生產(chǎn)工藝，降低含氟表面活性劑的制取和使用成本，開發(fā)出性能優(yōu)良且環(huán)境友好的含氟表面活性劑，以替代現(xiàn)有的長(zhǎng)氟碳鏈表面活性劑，使含氟表面活性劑在各個(gè)領(lǐng)域具有更加廣泛的應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

[1].Kovalchuk N.M., Trybala A., et al. Advances in Colloid and Interface Science; Volume 210; August 2014, 65-71.

[2].Frese C, Ruppert S, Sugar M, et al. J Colloid Interface; Sci 2003; 267: 475–82.

[3].Syed Muhammad Shakil Hussain, et al. Advances in Colloid and Interface Science; Volume 303; May 2022; 102634.

[4].Onodera M., Shimomura S., et al. J. Electrochem. Soc.; Vol. 139; No. 6; June 1992.

[5].Nuer M., Duan J., et al. Journal of Molecular Liquids; Volume 306; 15; May 2020; 112897.

[6].Zeng G.Y. , Zhong C.R., et al. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.

【產(chǎn)品列表】

貨號(hào)	名稱	性質(zhì)和應(yīng)用
AAU15990A	FSA-3000	不含VOC、APEO，且不易燃在酸性、堿性、鹽水和硬水環(huán)境中穩(wěn)定	優(yōu)異的潤(rùn)濕劑和流平劑的性能與涂層添加劑的表面保護(hù)性能相結(jié)合；符合OECD 301B生物降解性測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)。
AAU15991A	FSA-6500	不含VOC、APEO，在所有條件下都具有很強(qiáng)的非離子特性。在酸性、堿性和鹽水環(huán)境中穩(wěn)定。
ACH0484A	FSA-3100		非離子、無VOC、無APEO、不易燃的氟表面活性劑，在水性或溶劑性產(chǎn)品中有極低的表面張力，有更好的潤(rùn)濕、鋪展和整平；在酸性、堿性、鹽水和硬水環(huán)境中穩(wěn)定，易于配制成各種系統(tǒng)。
ACH0483A	FSA-3100S	電子產(chǎn)品和鋰離子電池電解液潤(rùn)濕的首選產(chǎn)品, 在極性溶劑體系中表現(xiàn)出色
AAU15991A	FSA-3400	在地板護(hù)理和油墨應(yīng)用中有增強(qiáng)的流平性和潤(rùn)濕性
AAU15991A	FSA-3500	在地板護(hù)理和油墨應(yīng)用中有增強(qiáng)的流平性和潤(rùn)濕性
AAU15992A	FSA-6400	無VOC、無APEO、不可燃、陰離子	環(huán)境首選的氟表面活性劑，提供了氟表面活性劑的所有一般性能屬性：優(yōu)異的表面張力降低、防堵塞、拒油性、DPR、優(yōu)異的流平特性以及在高酸性和堿性介質(zhì)中的穩(wěn)定性
AAU15993A	FSA-8100	不含APEO、不易燃的自分散、水性、部分氟化的聚合物涂料添加劑	提高平坦建筑水性涂料和乳膠漆上油污和常見家用污漬的清潔能力；改善了內(nèi)部、平整表面、易于清潔的乳膠涂層上的油接觸角。
AAU15994A	FSA-2200	無APEO、不易燃的溶劑型、部分氟化共聚物	在溶劑型涂層系統(tǒng)中提供表面張力降低和優(yōu)異的易清潔性能
AAU15995A	FSA-8300	無APEO、不易燃的溶劑型、部分氟化共聚物	在溶劑型涂層系統(tǒng)中提供表面張力降低和優(yōu)異的易清潔性能
AAU15996A	FSA-5000	不含APEO、不易燃的兩性氟表面活性劑	可顯著降低水溶液的表面張力，并有效提供可持續(xù)的泡沫。是工業(yè)和機(jī)構(gòu)清潔、地板護(hù)理以及乳膠和水性醇酸漆的有效添加劑
AAU15997A	FSA-5100	不含APEO、不易燃的兩性氟表面活性劑
AAU15998A	FSA-6000		無VOC、無APEO、不易燃的陰離子氟表面活性劑分散液，具有優(yōu)異的防堵塞、拒油和DPR性能。
AAU15999A	FSA-6100	含有異丙醇
AAU16000A	FSA-6300	含有異丙醇