《【最新】高伟伟论文改》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【最新】高伟伟论文改（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 专科生毕业设计（论文）题 目：氟表面活性剂的研究与应用学生姓名： 高伟伟 系 别： 化学化工系 专业年级： 应用化工技术 2009 级 1 班 指导教师： 于楚男 2012 年 6 月 20 日中国石油大学胜利学院毕业设计（论文）2氟表面活性剂研究与应用普通表面活性剂分子中碳氢链上的氢原于部分或全部被氟原子取代，就成为氟表面活性剂。目前使用的氟表面活性剂大多为碳氢链被全氟化的产品。活性剂是近年来迅速发展的一类表面活性剂，是特种表面活性中最重要的品种，也是迄今为止在表面活性剂中表面活性最高的一种。ABSTRACT中国石油大学胜利学院毕业设计（论文）3目录第一章、氟表面活性剂特性 41.1 氟表
2、面活性剂的特性 4 1.1.1 高表面活性 41.1.2 高热稳定性 41.1.3 高化学惰性 . 4 1.1.4 其他特性 . 4第二章、氟表面活性剂的结构62.1 氟表面活性剂的结构62.2 氟表面活性剂的分类6第三章、氟表面活性剂的合成3.1 电化学氟化法.3.2 调聚法.3.3 齐聚法.3.4 工艺评价.第四章、氟表面活性剂的性能4.1 氟表面活性剂的物理性质4.2 氟表面活性剂的稳定性4.3 氟表面活性剂的表面活性第五章、氟表面活性剂的应用5.1 在石油工业中的应用5.2 在消防领域的应用.5.3 在涂料领域的应用.5.4 在表面处理中的应用5.5 在造纸工业中的应用.中国石油大学胜
3、利学院毕业设计（论文）4第一章 氟表面活性剂的特性氟表面活性剂具有“三高二憎”特性，所谓“三高”是指南表面活性、高热稳定性和高化学惰性。所谓“二憎”指其同时具有憎水性和憎油性。1.1 高表面活性在各类表面活性剂中，氟表面活性剂的活性最佳，这是由于氮碳化合物具有极低的表面能。又由于氟表面活性剂的全氨烷基兼有流水和疏油两种性能，故其在有机溶剂中也具有良好的表面活性，尤其是引进极性较低的亲油基时，更能有效地降低溶剂的表面张力。它在用量很少时即可发挥显著作用。1.2、高热稳定性氟原子体积比氢原子大，使 CC 因氟原子的屏蔽作用而得到保护，故氟表面活性刑具有较高的耐热稳定性。1.3、高化学惰性氟表面活性
4、剂不会与各种强氧化剂、强酸和强碱发生反应而分解，在强电解质中稳定。1.4、其他特性1.4.1 优良的互配性氟表面活性剂在水中会形成含水的稳定液晶，形成不溶于水的活性剂，分散在水中，而且在这种情况下其表面活性更为显著。氟表面活性剂与碳氢表面活性剂复配性能好，复配品具有更高的表面活性。1.4.2 低毒性一般氟表面活性剂的毒性不比烃类表面活性剂大，加之其使用浓度很低，故是安全的。除上述性能外，氟表面活性剂还具有优良的润湿性、渗透性、斥油性、低摩擦性、抗静电和防污等性能。由于氟表面活性剂的这些独特性能，因此应用广泛，可以实现改进生产工艺条件、提高产品质量档次、增加产量、降低消耗、节约能源、改善环境、中
5、国石油大学胜利学院毕业设计（论文）5提高生产效率等效果。特别是在一些特殊应用领域，有着其他表面活性剂无法替代的作用。然而氟表面活性剂也有不足之处。首先，尽管表面活性剂降低水的表面张力有很好的作用，但降低油水界面张力的能力却不佳。所以在应用上常采用分子内成分子外的碳氟链和碳氢链复配的方法，取长补短。其次，从应用上看，氟表面活性剂的一些品种在高温下溶解度很小，其溶解度超过临界胶束浓度的温度即克拉夫特(KMf5t)点很高。中国石油大学胜利学院毕业设计（论文）6第 2 章 剂的结构和分类2.1、氟表面活性剂的结构从结构上看，氟表面活性剂与烃类表曲活性剂相似，都由亲水基与流水基组成，由稳定的高氟碳基团组
6、成，这部分可根据使用需要(预防热氧腐蚀程度)而改变其键长和结构。从本质上看，这部分是减少表面张力的主要原因，也使得氟表面活性剂不同于传统的碳氢和硅表面活性剂。头部的 X 代表亲溶剂基团，一般是水溶性基团，但为了在无水系统中使用，也可设计成油溶性基团。氟表面活性剂中的憎水基碳链可以是直链，也可以是支链或芳香结构。组成的碳氟链可能只含有碳和氟两种元素，如 CnF2n+1 一，也可能同时含有其他元素，如含有C、F、H 三种元素的 CnF2n+1 CH2CH2一；含有 C、F 、O 三种元素的 CnF2n+1OCF2CF2一 含有 C、F、O、H 元素的 CnF2n+1OCH2CH2 一 ；含有 C、
7、F、Cl 三种元素的CF3CCl2(CF2CFCl)CF2 一 ；含有 C、F、H、Si 四种元素的 CnF2n+1CH2CH2Si(CH3)2一等。部分氟化的憎水基，结构中存在碳氟链段和碳氢链段两个互不相亲的部分，因此这类氟表面活性同的性质。结构中的碳包链段使部分氟化的氟表面活性剂在非极性的碳氢化合物溶剂中，比全氟化的氟表面活性剂有较好的溶解性，熔点较低，挥发性也小，其氟代酸的酸性比全氟烃基羧酸弱。随着氟化程度的增加，憎水性逐渐加强，其水溶性、临界胶束浓度、Kra5ft 点等性质都呈现有规律的变化。2.2 氟表面活性剂的分类氟表面活性剂的极性基和碳氢表面活性剂是相同的，不同的是氟表面活性剂的
8、疏水基是一个碳氟链 CnF2n+1一 。所以依据极性基结构的不同，可以将氟表面活性剂分为离子型和非离子型两大类。离子型氟表面活性剂又可分阴离子型氟表面活性剂、阳离子型氟表面活性剂和两性氟表面活性剂。最适宜的碳氟链长为 510 个碳原子。2.2.1 阴离子表面活性剂阴离子型氟表面活性剂是在溶液中解离后具有表面活性的基团是阴离子的一类氟表面活性剂。该类表面活性剂是氟表面活性剂中很重要的一类，也是应用较早的一类，中国石油大学胜利学院毕业设计（论文）7其亲水基团是带有负电荷的官能团。根据阴离子结构的不同，又可分为羧酸盐类 Rf SO3 M、磺酸盐类 RfOSO3 M、硫酸盐类、磷酸脂盐类四类。其中含氟
9、憎水基团(Rf)可以是全氟烃基或部分氟化的脂肪烃基，有时也含有芳烃基；M是无机阳离子或有机阳离子。某些阴离子型氟表面活性剂中含有磺氨基(一 SO2NH 一)、琉基(一 S一)等，并通过这些基团把含氟憎水基与亲水基连接起来。还有一些阴离子型氟表面活性剂结构中含有非离子的聚氧乙烯基片断，可以增加阴离子型氟表面活性剂的水溶性，及其与阳离子表面活性剂、两性表面活性剂的兼容性。六氟环氧丙烷齐聚物作为疏水基：C3F7CF(CF3)CF20nCF(CF3)C00Na从以上结构可以看出，按酸盐类氟表面活性剂既可以由含氟烃基与羧基直接相连组成也可以通过烃基、酚基、酰氨基、磺氨基、琉基间接相连组成。含氟烃基通常是
10、直链结构，也可含有六氟环氧丙烷齐聚物支叉结构。羧酸盐类氟表面活性剂既包括羧酸的碱金属盐，也包括全氟羧酸，因为全氟羧酸属于强电解质，在水中几乎全部电离。虽然由于氟原子的诱导作用，使得含氟烃基羧酸要比一般的羧酸性强，但羧酸盐类氟表面活性剂仍与碳氢按酸盐类表面活性剂一样表现出某些弱点，如在遇到高价金属离子时会生成难溶的羧酸盐。因此羧酸盐类氟表面活性剂也不适用于含 Ca2 、Mg 2离子多的硬水和重金属盐溶液。磺酸盐类氟表面活性剂。与羧酸盐类氟表面活性剂比较，磺酸盐类氟表面活性剂在实际应用中有更强的耐氧化性，对强酸性介质、电解质及钙离子敏感性小。下面列出一些磺酸盐类氛表面活性剂。磷酸酯盐类氟表面活性剂
11、多是由含氟醇与三氯氧磷反应而成。由于磷酸是三元酸，酯化反应生成物有单脂盐、双脂盐和三脂盐等类型。含氟烃基憎水基结构各不相同，有直链含氟烃基结构、端基含一 CF3支链结构、含有磺氨基团或不饱和双键等结构。2.2.2 阳离子型氟表面活性剂与烃类表面活性剂相似，阳离子型氖表面活性剂能溶于水并发生离解，形成的阳离子具有表面活性，其亲水基可以含氯、磷或硫离子，但目前丁业上具有实际意义的主要是含氮类的。在含氮阳离子表面活性剂中，按氮原子在分子结构中的位置又可分为胺盐类、季铵盐类、氮苯类和咪唑啉类四类。而阳离子型氟表面活性剂则主要是胺中国石油大学胜利学院毕业设计（论文）8盐类和季铵盐类，其中季铵盐类用途最广
12、。大多数物质的表面都带负电荷，因此阳离子型氟表面活性剂易被吸附于带负电荷的物体表面。这种吸附的利弊取决于表面活性剂的使用场合。比如，在废水清洗系统中，由于于阳离子型氟表面活性剂在黏土和淤泥上的吸附中和了污泥颗粒的表面电荷，使之更容易互相碰撞、聚集而沉淀，从而简化了流出物中去除阳离子型氟表面活性剂的处理过程，所以这种吸附是有益的。氧化胺(实际上是叔胺的氧化物)类氟表面活性剂本质上属于非离子型，在碱性或中性溶液中不电离，但在酸性介质中以阳离子形式存在，且与季铵盐类阳离子氟表面活性剂在合成路线上是相似的。因此，也可把它归为阳离子型氟表面活性剂。它克服了常规阳离子型表面活性剂的某些缺点，可以用作低浓度
13、高效增泡剂、稳泡剂。由于结构中有极性的 NO 键提高了活性剂的亲水性，用它作为油水体系乳化剂时效果良好。与季铵盐类阳离子型表面活性剂复配时可作金属缓蚀剂，其防腐蚀的协同效果是一般用非离子型表面活性剂与季铵盐类阳离子表面活性剂复配得到的缓蚀剂远不及的。2.2.3 两性氟表面活性剂与烃类两性表面活性剂相似，两性氟表面活性剂亲水基部分也同时含有碱性基阳离子和酸性基阴离子，容易形成内盐。阳离子可以是铵离子，也可以是季铵、吡啶阳离子，阴离子多是羧酸基、磺酸基、硫酸酯基。由铵离子与羧酸阴离子组成的氨基酸类两性氟表面活性剂，随溶液 pH 值的变化，以阴离子或阳离子的形式存在，而在等电点附近，其亲水基结构中存
14、在数目相等的阳离子和阴离子。两性氟表面活性剂易溶于水，在浓酸、浓碱及无机盐溶液中也能溶解，不与以 、M 少等重金属离子作用，与其他类型表面活性剂相容性好，旦既可被带正电荷的表面吸附，也可被带负电荷的表面吸附。通常两性氟表面活性剂比其他类型的氟表面活性剂的价格更高。但其应用很广泛，可以作高效泡沫灭火剂中的泡沫稳定剂，用作碳氢化合物的固体或液体表面的润湿剂、分散剂，用作含氟烯烃乳液聚合时的乳化剂，用作纸张、皮革和织物防油防水整理剂中的乳化剂，也可用作金属表面的去污清洗剂以及人体或头发用香波的配方成分。2.2.4 非离子型表面活性剂常规非离子型表面活性剂按分子结构不同有聚乙二醇类、多元醇类、亚砜类和聚中国石油大学胜利学院毕业设计（论文）9醚类。但非离子型氟表面活性剂目前主要是聚乙二醇类，它是由具有活泼氢的含氟憎水性物质如含氟的长链脂肪醇、烷基酚、脂肪羧酸、烷基酚、烷基醇酰胺、烷基硫醇为原料在酸或碱催化剂作用下与环氧乙烷加成而制得的。非离子型氟表面活性剂根据使用介质的不
