特种表面活性剂和功能性表面活性剂(ⅩⅦ)——氟硅表面活性剂的合成及应用

综述了氟硅表面活性剂的主要合成方法,如硅氢加成法、自由基聚合法及缩聚法;介绍了氟硅表面活性剂在橡胶、涂料、润滑剂及其他精细化学品等方面的应用及性能,最后对氟硅表面活性剂的发展进行了展望。

磺酸盐型氟硅表面活性剂的制备及性能

以八甲基环四硅氧烷(D_4)、1,3,5-三甲基-1,3,5-三(3,3,3-三氟丙基)环三硅氧烷(D^F_3)、四甲基二硅氧烷(D^H_2)、烯丙基环氧基聚醚、KHSO_3为原料,经开环聚合、硅氢加成和磺化反应制得一种磺酸盐型氟硅表面活性剂FPESS。用FTIR和1HNMR对其结构进行了表征,对FPESS磺化反应条件进行了优化,并对FPESS的表面张力、发泡力、乳化力、耐酸碱盐、耐硬水稳定性进行了考察。FPESS磺化反应的最佳条件为:n(环氧基)∶n(KHSO_3)=1∶1.2,反应温度60℃,反应时间6 h;性能测试结果表明:FPESS水溶液的临界胶束质量浓度为2.0 g/L,表面张力(γCMC)为21.01 mN/m,质量分数为0.1%(以水为基准,下同)的FPESS的发泡力为1.47,5 min时的稳泡性为0.71,质量分数为0.5%的FPESS对煤油、石油醚、异戊醇的乳化力良好,FPESS溶液耐酸碱盐化学性质稳定,在硬水中的稳定性为4级。

系列新型氟硅表面活性剂的制备及性能

摘要：以1，3，5-三甲基-1，3，5．三（3’，3’，3＇-三氟丙基）环三硅氧烷（D3F）、八甲基环四硅氧烷（D4）、四甲基环四硅氧烷（D411）、六甲基二硅氧烷（MM）和烯丙基聚醚等为原料，经开环聚合和硅氢加成二步反应，制得系列新型氟硅表面活性剂（FSS）。用红外光谱（IR）对FSS的结构进行表征，研究FSS结构对表面张力、发泡力、稳泡性、乳化力、增溶力和耐酸碱盐稳定性的影响。结果表明，在质量分数相同的条件下，当烯丙基聚醚中的聚醚链节为聚氧乙烯、聚氧丙烯（EO／PO）时，所得FSS的表面张力比聚醚链节为聚氧乙烯（EO）时大；而在聚醚链节仅为EO时，随着EO数（12～7）的减小，所得FSS的表面张力有减小的趋势。系列FSS的发泡力较弱、稳泡性不强，且在浓度和聚醚链节类型相同条件下，发泡力和稳泡性随EO数增加而增强；随FSS中聚醚链段相对分子质量增大和亲水基增多，FSS对苯的增溶力会变大。系列FSS溶液均具有极佳的耐酸、碱、盐等化学稳定性，对煤油和50#机油的乳化力变化规律则不明显。

一种氟硅表面活性剂的合成及其表面活性

研究了2-甲基-2-全氟-2'-甲基-3'-氧代己酰氧基乙氧基羰基乙基甲基二聚氧乙烯基硅烷(Ⅴ)的制备方法和表面活性。以甲基丙烯酸-2-全氟-2'-甲基-3'-氧代己酰氧基乙基酯(Ⅰ)和甲基二氯硅烷(Ⅱ)为原料,0.5%Karsted催化剂存在下(以Ⅰ的质量计),发生硅氢化反应,得到2-甲基-2-全氟-2'-甲基-3'-氧代己酰氧基乙氧基羰基乙基甲基二氯硅烷(Ⅲ)。Ⅲ与聚乙二醇(Ⅳ)缩合反应得到非离子表面活性剂Ⅴ。用FTIR和MS对其结构进行了表征,优化了硅氢化反应工艺条件,测试了Ⅴ溶液的表面张力、临界胶束浓度(CMC)和处理玻璃后的疏水性能。以四氢呋喃为溶剂,中间体Ⅲ的较优合成条件为:n(Ⅰ)∶n(Ⅱ)=1.2∶1,50℃下反应28 h,化合物Ⅱ的转化率可达到68.2%。表面活性剂Ⅴ水溶液的CMC为0.52 g/L,临界表面张力γ_(CMC)为22.8 m N/m,用V的THF溶液处理玻璃后,玻璃表面具有很好的疏水性和较好的疏油性。

磷酸酯型氟硅表面活性剂的制备及性能研究

以含氢氟硅油(FPHMS)、聚乙二醇单烯丙基醚(FAE-10)和磷酸等为主要原料,经硅氢加成反应、酯化反应制得一种磷酸酯型氟硅表面活性剂(PFSS)。用红外光谱(IR)对其结构进行了表征,并对PFSS的临界胶束浓度(cmc)、临界表面张力(γcmc)、耐酸碱盐性、在硬水中的稳定性以及对整理织物的应用性能等进行了测试。结果表明:PFSS水溶液的γcmc为28.4 m N/m,cmc为0.2 g/L。PFSS溶液具有很好的耐酸碱盐稳定性,在硬水中的稳定性为5级。和空白布样相比,经PFSS水乳液整理的织物柔软性能显著提高,白度和吸水性几乎不变。随PFSS用量的增大,整理织物的柔软性呈先提高后下降的趋势,但织物白度和吸水性变化不大。整理织物对菜籽油的拒油性按照AATCC 118进行评级,结果为合格,对可乐、茶水、墨水的去污效果均达5级。

新型阳离子氟硅表面活性剂的制备及性能

以含氟含氢聚硅氧烷（FPHMS）、端环氧基烯丙基聚氧乙烯醚（APEE）、三乙醇胺等为原料,经硅氢加成、环氧基氨解开环反应,制得一种新型阳离子氟硅表面活性剂（QAFS）。用IR、^1H-NMR对QAFS的结构进行了表征,并对QAFS的界面性能进行了测定。结果表明：QAFS水溶液的临界胶束浓度（cmc）为0.298 g/L,cmc处表面张力（γcmc）为27.74 m N/m;质量分数为0.5%的QAFS水溶液发泡力为1.93,5 min稳泡性为0.821;QAFS对非极性环己烷、煤油、石油醚具有较强的乳化能力,对苯的增溶力为3.0;在硬水中的稳定性为5级。

氟硅表面活性剂的研究进展

阐述了新型的阳离子型、非离子型、阴离子型氟硅表面活性剂的合成方法,并介绍了它们在橡胶、油田、建筑等方面的应用。

新型氟硅表面活性剂的制备及表面活性的研究

用低含氢硅油、甲基丙烯酸十二氟庚酯和烯丙基聚氧乙烯醚经催化合成氟硅表面活性剂,并比较它们的表面张力与浓度的关系。

一种水溶性氟硅表面活性剂的制备及性能

以苯作溶剂,H_2PtCl_6作催化剂,含氢硅油(PHMS)、2-全氟己基乙基丙烯酸酯(TEAC-6)和烯丙基聚乙二醇环氧基醚(APEE)经硅氢加成反应,制得一种水溶性氟硅表面活性剂(WFSS)。用红外光谱(FTIR)对WFSS的结构进行了表征,并对WFSS的界面性能[如临界表面张力(γ_(cmc))、临界胶束浓度(cmc)]、乳化性、发泡性、配伍性、稳定性等进行了研究,考察了APEE和TEAC-6配比变化对反应体系硅氢转化率以及产物WFSS水溶性的影响。结果表明,WFSS的cmc为1.8×10^(-3)g/mL,γ_(cmc)为21.4 m N/m。质量分数为0.1%的WFSS水溶液的发泡力为1.10,5 min时的稳泡性为0.909。WFSS溶液耐酸、耐碱和耐盐的化学稳定性优良,与常用纺织助剂的配伍性良好,对极性较强的溶剂有较高的乳化能力。固定其他条件不变,APEE与TEAC-6物质的量之比的变化对Si—H转化率的影响不大,但PHMS上若接枝TEAC-6的量增大,产物WFSS的水溶性会变差。

氟硅表面活性剂的制备方法与应用探讨

介绍了氟硅表面活性剂的结构和性能,叙述了氟硅表面活性剂的合成工艺及其应用研究进展。认为氟硅表面活性剂有效结合了含氟表面活性剂和有机硅表面活性剂的性能优点,具有非常良好的应用前景,国内相关行业的科研工作者应加强与其他类型表面活性剂的复配增效研究,开发出高效环保、成本低廉、容易降解的多种用途的氟硅表面活性剂;积极开展有机金属化合物法、官能团反应法等先进技术制备氟硅表面活性剂的研究,缩小与欧美、日本等发达国家的差距。

磷酸酯型氟硅表面活性剂的合成及表面活性

苯作溶剂,H_2PtCl_6作催化剂,原料含氢氟硅油(FPHMS)和烯丙基端羟基聚氧乙烯醚(FAE-10)经硅氢加成反应先制得中间体端羟基聚醚改性氟硅油(THPEFS),再将THPEFS与磷酸进行酯化反应合成了一种磷酸酯型氟硅表面活性剂(PFSS).PFSS酯化反应条件用正交试验进行了优化,其结构用红外光谱(IR)进行了确认,并对PFSS的临界表面张力(γcmc)、临界胶束浓度(cmc)、硬水中的稳定性、发泡性能、乳化力及耐酸耐碱耐盐性等进行了试验研究.结果表明:PFSS酯化反应的优化条件为:反应温度70℃、反应时间6h、n(THPEFS)∶n(H_3PO_4)=1∶1.1.PFSS水溶液的γcmc为28.4mN·m^(-1),cmc为0.2g·L^(-1).PFSS在硬水中的稳定性达5级,质量分数为0.5%的PFSS水溶液的发泡力为2.20,5 min的稳泡性为0.667,对煤油、环己烷和苯的乳化力分别是40s、113s和1 530s,并具有很好的耐酸耐碱耐盐等化学稳定性.

一种含环氧基的氟硅表面活性剂的合成研究

H_2PtCl_6作催化剂,含氢聚硅氧烷(PHMS)和2-全氟己基乙基丙烯酸酯(TEAC6)及烯丙基端环氧基聚醚(APEE500)经硅氢加成反应制得了一种含环氧基的氟硅表面活性剂(EFSS)。用单因素试验法考察了反应条件(如反应时间、反应温度和物料配比)对反应的影响,确定了最佳反应条件,EFSS的结构用红外光谱(FTIR)进行了表征。结果表明EFSS最优反应条件为:温度85℃,时间5 h,n(APEE500):n(TEAC6)=6:2,n(C=C):n(Si—H)=1.10:1。谱图分析证实合成了预期的产物。表面张力仪测定EFSS的临界胶束质量浓度(cmc)为1.8×10^(-3)g/mL,临界表面张力(γ_(cmc))为21.4 mN/m。

环氧基聚醚氟硅表面活性剂的制备及其性能

以α-ω含氢含氟硅油(FPHS)、烯丙基环氧基聚醚为原料,经硅氢加成反应制得环氧基聚醚氟硅表面活性剂(FPES),用红外光谱和核磁共振氢谱对其结构进行了表征。对FPES硅氢加成反应条件进行了优化,并对FPES的表面张力、发泡力、耐酸碱盐性进行了考察。结果显示,FPES硅氢加成反应的最佳条件为:n(Si—H)∶n(C C)=1∶1.075、反应温度80℃、反应时间3 h、催化剂用量0.005%(以铂计,对单体质量)。FPES水溶液的临界胶束浓度(cmc)为0.04 g/L,表面张力(γcmc)为21.73 m N/m,质量分数为0.1%的FPES发泡力为1.17,5 min稳泡性为0.40,FPES水溶液的耐酸碱盐化学性质稳定。

新型氟硅表面活性剂制备与性能的研究进展

氟硅表面活性剂同时具备了含氟表面活性剂和有机硅表面活性剂的优良特性,其发展前景一片光明,相关领域的科研工作者正积极开展研究,优化该类化合物的制备路线,致力于获得更优良的氟硅表面活性剂。文中简述了氟硅表面活性剂的结构特性及其历年的研究进展,综述了传统的氟硅表面活性剂制备工艺,重点介绍了经聚醚改性、磷酸酯改性、磺酸盐改性、季铵化改性和聚酯化改性等新型氟硅表面活性剂的制备方法,及其性能变化。

一种含全氟壬烯基硅表面活性剂的制备

研究了2-甲基-2-全氟壬烯氧基乙氧基羰基乙基甲基二聚乙氧基硅烷(Ⅴ)的制备方法和表面活性。以甲基丙烯酸-2-全氟壬烯氧基乙基酯(Ⅰ)和甲基二氯硅烷(Ⅱ)为原料,在氯铂酸催化下经过硅氢化反应得到2-甲基-2-全氟壬烯氧基乙氧基羰基乙基甲基二氯硅烷(Ⅲ),Ⅲ与聚乙二醇(Ⅳ)缩合反应得到非离子表面活性剂Ⅴ。用FTIR和MS对其结构进行了表征,优化了硅氢化反应工艺条件,测试了Ⅴ水溶液的表面张力和临界胶束浓度(CMC)。中间体Ⅲ的较优合成条件为:以四氢呋喃为溶剂,n(Ⅰ)∶n(Ⅱ)=1∶1.2,50℃下反应24 h,收率68.0%。表面活性剂Ⅴ水溶液的临界胶束质量浓度为0.22 g/L,此时的表面张力为19.5 mN/m,表明Ⅴ是高活性氟硅表面活性剂。

氟硅阳离子表面活性剂的制备及性能

以含氢硅油(PMHS)、N-甲基-N-烯丙基-2-全氟-2-甲基-3-氧代己酰胺(NF2)、N,N-二甲基烯丙胺(DAEMA)为原料,在Karstedt催化剂作用下,经硅氢化反应后,再与CH3I进行季铵化反应,制备了氟硅阳离子表面活性剂(PF2DI);考察了温度、催化剂、反应物比例对硅氢化反应的影响;采用IR和19FNMR对产物结构进行了表征,并测定了产物分子量、阳离子活性物含量、溶解度、表面张力和润湿性能。得到较优硅氢化反应条件:n(Si—H)∶n(NF2)∶n(DAEMA)=10∶1∶9,2.5 g含氢硅油,120μL Karstedt催化剂(16.123 g Pt/L),80℃反应6 h,在该条件下转化率为58%。当n(Si—H)∶n(NF2)∶n(DAEMA)从10∶0.5∶9.5到10∶2∶8变化时,PF2DI的重均分子量Mw和数均分子量Mn、阳离子活性物含量、在水和乙醇中溶解度、临界胶束浓度(CMC)均逐渐减小;PF2DI水溶液的γCMC和在有机玻璃板及石蜡表面的接触角都先减小再增大;当n(Si—H)∶n(NF2)∶n(DAEMA)=10∶1∶9时,三者均达到最小值,此时PF2DI水溶液润湿性能最佳。

氟硅非离子表面活性剂的制备及性能

以含氢硅油(PMHS)、N-甲基-N-烯丙基-2-全氟-2-甲基-3-氧代己酰胺(NF2)和烯丙基聚醚(F6)为原料,在Karstedt催化剂作用下,通过硅氢加成反应制备了氟硅非离子表面活性剂PF2F6;采用FT-IR、1H NMR和19F NMR对产物结构进行了表征,并测定了产物的溶解度、浊点、表面张力和润湿性。结果表明,PF2F6在弱极性溶剂中具有良好的溶解度,在水中的溶解度随着F6物质的量的增大而增大;当n(Si-H)∶n(NF2)∶n(F6)=2∶0. 7∶1. 3时,临界胶束浓度(cmc)和平衡表面张力(γ_(cmc))最小,其值分别为0. 13 g/L和22. 8 mN/m;随着反应体系中F6物质的量的增加,PF2F6的浊点增加,而在有机玻璃(PMMA)表面的接触角减小。

稠油乳化降黏剂FPESS的合成及性能

为了降低稠油黏度,改善稠油流动性,以α-ω含氢含氟硅油、烯丙基环氧基聚醚、KHSO_3等为原料,经硅氢加成,磺化反应制得一种磺酸盐型氟硅表面活性剂(FPESS);采用FTIR和~1H NMR技术对其结构进行了表征,测定了FPESS的表面张力,考察了油水质量比、FPESS含量、乳化时间、碱含量等对降黏效果的影响。实验结果表明,FPESS溶液的临界胶束浓度为2.0 g/L,表面张力21.02 m N/m;在油水质量比8∶2、FPESS含量0.40%(w)、乳化时间30 min、碱含量0.040%(w)的最佳条件下,稠油的降黏率达到96.35%,FPESS与碱组成的降黏体系的耐盐、耐温性好。