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氟硅表面活性劑(FSS)水溶液表面張力、發(fā)泡力、乳化力測定（一）
來源：陜西科技大學(xué)學(xué)報 瀏覽 967 次 發(fā)布時間:2025-01-22
摘要：以1,3,5-三甲基~1,3,5-三（3′，3′，3′~三氟丙基）環(huán)三硅氧烷（D3F）、八甲基環(huán)四硅氧烷（D4）、四甲基環(huán)四硅氧烷（D4H）、六甲基二硅氧烷（MM）為原料，經(jīng)酸催化開環(huán)聚合制得含氟含氫聚硅氧烷（FPHMS），再和烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚（F6）在鉑催化下經(jīng)硅氫加成反應(yīng)合成了一種新型氟硅表面活性劑（FSS）。用紅外光譜（IR）對FSS的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并對FSS的表面性能等進(jìn)行了測定。結(jié)果表明：FSS水溶液的臨界膠束濃度（cmc）為1.0g·L-1,cmc處的表面張力（γcmc）為23.5mN·m-1.質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的FSS水溶液的發(fā)泡力為1.53,5min的穩(wěn)泡性為0.375,對苯的増溶力為13.7,對煤油、50#機(jī)油和苯的乳化力分別是9s、27s和28s,在硬水中的穩(wěn)定性為5級。
近年來，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對材料的要求越來越高，由于有機(jī)氟表面張力低，有機(jī)硅中硅氧烷主鏈有柔順卷曲的特性，使得含氟和含硅類表面活性劑的用量與日俱增。但有機(jī)氟化合物耐低溫性能差，有機(jī)硅化合物耐化學(xué)介質(zhì)差，使它們的應(yīng)用受到一定限制。氟硅表面活性劑因有機(jī)結(jié)合了含氟表面活性劑和含硅表面活性劑的優(yōu)點(diǎn)，這類材料與傳統(tǒng)材料相比具有其獨(dú)到的材料性能，已成為材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并廣泛應(yīng)用于航天航空、汽車、電子、液晶、油田、紡織、橡膠及建材等領(lǐng)域中。
YANG等以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和2-丙烯酰胺~2-甲基丙磺酸鈉為共聚單體，以乙烯基三乙氧基硅烷為交聯(lián)劑進(jìn)行自由基聚合，合成了一種陰離子型氟硅表面活性劑，研究發(fā)現(xiàn)交聯(lián)劑對全氟丙烯酸酯共聚物物理特性有一定的影響，當(dāng)增大交聯(lián)劑的用量時，可大大增加其疏水、疏溶劑性能。TSIBOUKLIS等在甲苯溶劑、鉑催化下，將CH2=CHCH2O（CH2）2（CF2）nCF3與聚甲基氫硅氧烷反應(yīng)，制得具有低表面自由能的氟硅聚合物，該聚合物能夠形成相對光滑的涂膜，可阻止細(xì)菌的沾附。汪峰等以甲苯作為溶劑，用低含氫硅油、甲基丙烯酸十二氟庚酯和烯丙基聚氧乙烯醚經(jīng)催化合成了氟硅表面活性劑，研究表明其水溶液的表面張力隨著氟含量的增加而降低。魏瀟等用全氟烷基乙烯【F（CF2）nCH=CH2，n=6——12的偶數(shù)或全氟烷基乙基碘【F（CF2）nCH2CH2I，n=6——12的偶數(shù)和三氯硅烷在氯鉑酸催化下于50℃——100℃反應(yīng)2——4 h，再在二甲苯（或吡啶）高沸點(diǎn)溶劑存在下，于80℃——120℃滴加甲醇（或乙醇），再反應(yīng)2——3 h，經(jīng)減壓精餾得氟硅表面活性劑，具有良好的防水、防油和防污性能，表面張力小于17.6 mN/m，透光率高達(dá)99.9%.作者以1,3,5-三甲基~1,3,5-三（3′，3′，3′~三氟丙基）環(huán)三硅氧烷（D3F）、八甲基環(huán)四硅氧烷（D4）、四甲基環(huán)四硅氧烷（D4H）、六甲基二硅氧烷（MM）為原料，經(jīng)酸催化開環(huán)聚合反應(yīng)先制得含氟含氫聚硅氧烷（FPHMS），再和烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚（F6）在鉑催化下經(jīng)硅氫加成反應(yīng)設(shè)計合成出了一種新型氟硅表面活性劑（FSS），并對FSS的界面性能、發(fā)泡性能、乳化力、増溶力、在硬水中的穩(wěn)定性等進(jìn)行了研究。
1實(shí)驗部分
1.1試劑
1,3,5-三甲基~1,3,5-三（3′，3′，3′~三氟丙基）環(huán)三硅氧烷（D3F），工業(yè)品，浙江化工科技集團(tuán)有限公司；八甲基環(huán)四硅氧烷（D4），工業(yè)品，江西星火有機(jī)硅廠；四甲基環(huán)四硅氧烷（D4H），工業(yè)品，南京中旭化工有限公司；六甲基二硅氧烷（MM），工業(yè)品，上海華潤化工有限公司；烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚（CH2=CHCH2O（C2H4O）x（C3H6O）yH，F(xiàn)6，平均摩爾質(zhì)量為1250 g/mol），工業(yè)品，陜西秦陽化工廠；氯鉑酸，分析純，廣東汕頭市達(dá)濠精細(xì)化學(xué)品有限公司；十二烷基硫酸鈉（SDS），分析純，天津市紅巖化學(xué)試劑廠；十六烷基三甲基溴化銨（CTAB），分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠；濃硫酸、碳酸鈉、鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈣、氯化鎂、異丙醇、苯，均為分析純，西安化學(xué)試劑廠。
1.2實(shí)驗方法
1.2.1中間體含氟含氫聚硅氧烷的制備
在裝有攪拌器、溫度計、回流冷凝管的四口燒瓶中，按n（D4）∶n（D3F）∶n（D4H）∶n（MM）=1∶1∶1∶1比例依次加入D4、D3F、D4H、MM，攪拌下加熱升溫至50——60℃，緩慢加入濃H2SO4（占單體總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%），控溫在50——60℃反應(yīng)4 h.后升溫至80——90℃，加適量Na2CO3，反應(yīng)數(shù)小時，使體系pH近5——6，冷卻，靜置，抽濾，得無色透明液體，即中間體含氟含氫聚硅氧烷（FPHMS），其含Si-H基的氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.343%.反應(yīng)式為：
