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含氟化合物的合成及其在制革工业中的应用

来源:石家庄市海森化工有限公司  日期:2016-07-19 09:00:00  属于:产品技术
文章摘要: 介绍了含氟化合物中含氟表面活性剂及含氟聚合物的主要性质及合成方法, 对其在制革工业中的应用进行了评述。含氟化合物分子结构中存在C-F强力键,F原子紧密地排列在碳主链的周围,从而使其具有难以比拟的优异性能,如卓越的耐候性、拒水性、拒油性、耐沾污性、耐化学品、耐溶剂、极低的摩擦系数等。因此含氟化合物在很多领域得到了广泛应用。
含氟表面活性剂主要指普通表面活性剂分子碳氢链中的氢原子部分或全部被氟原子取代后所形成的表面活性剂,是特种表面活性剂中最重要的品种之一。它主要以含氟烷基、烯基等作为疏水基团,另一端为亲水基团。含氟表面活性剂具有许多普通表面活性剂不具有或者更优的性能,如表面自由能低、添加量少、耐热性优良,同时憎水、憎油及防污功能卓越优异,是特种表面活性剂中最重要的品种之一。
含氟化合物的合成及其在制革工业中的应用
含氟表面活性剂的性能
1、表面张力:含氟表面活性剂分子结构中同时包含疏水基团和亲水基团。然而,与碳氢表面活性剂不同的是,随着疏水基团由碳氢链到氟碳链的转变,含氟表面活性剂化合物的物理化学性质呈现出明显的差异。表面张力一般表面活性剂在水溶液中质量百分数为0.1%~1.0%,可将水的表面张力降低到30~35mN/m。在含氟表面活性剂中,由于含有疏油疏水基团的氟碳链以及它们之间有很弱的相互作用,因此这一类表面活性剂在水中表面活性很高,表面张力非常低。在氟碳表面活性剂质量百分数为0.005%~0.1%的很低浓度下,即可将水溶液的表面张力降至15~16mN/m,这是其他任何非氟表面活性剂均无法达到的。
2、热稳定性和化学稳定性:氟表面活性剂的C-F键键能较C-H键稳定, 不易断裂, 故具有较高的耐热 (可以承受300℃以上的温度) 及耐化学品性 [5] ; 另外含氟表面活性剂还具有很高的耐酸碱性和抗强氧化剂等性能。
3、抗水、抗油、防污及消泡性:碳氢链内聚能小,刚直无柔顺性,与极性分子的作用力弱,因此,常规碳氢表面活性剂只有一定的防水性能。然而,含氟表面活性剂的表面能很低,具有抗水、抗油、防污性能。氟表面活性剂同时具有低起泡、高消泡的特点,有的氟表面活性剂甚至可以直接作为消泡剂使用。
4、有机溶剂中表面活性:含氟表面活性剂具有极低的表面自由能,因此,它在有机溶剂中具有高表面活性能。
5、使用浓度及配伍:氟表面活性剂在添加量为0.05%左右时,即可表现出含氟表面活性剂优异的性能,由于添加量低,它们的添加并不会影响体系的物化性质,因此它几乎可以应用于所有的配方体系。氟表面活性剂还可与很多非氟表面活性剂复配协同使用,且复配使用后不仅增强了使用效果,还可使总体使用浓度降低,这对于降低氟表面活性剂实际使用成本非常有利。
含氟表面活性剂的合成:含氟表面活性剂的合成方法主要有电解氟化法、齐聚法和调聚法。

含氟聚合物
含氟聚合物(Fluoropolymers)是指以碳碳链为主链,并在侧链上连接有一个或一个以上或全部是氟原子的聚合物。由于氟原子结构上的特点,使得含氟高分子聚合物材料优于其他高分子材料的特殊性能。
含氟聚合物的结构特性:含氟聚合物多为长链碳氟聚合物,由于氟原子与碳原子结合紧密,致使它们在碳骨架外层排列十分紧凑,使得碳原子和碳链不会暴露在外。含氟聚合物的长碳链在空间上受到周围性质十分稳定的氟
子的良好保护,故碳氟聚合物表现出卓越的低表面张力、热稳定性、化学稳定性、抗水、抗油、防污及消泡性等性能。表1所示为含氟聚合物化学结构与表面张力的关系,可以看出,随着基团中氟原子个数的增加,含氟基团的表面张力显著下降,以-CF3基团的表面张力最低。由于含氟基团的存在,可以使固体表面表现出良好的疏水疏油性。

含氟化合物在制革工业中的应用
皮革行业是我国轻工行业中的支柱产业,近年来,随着皮革工业的快速发展,我国正在成为全球皮革贸易最活跃、最有发展潜力的市场之一。目前具有抗水、抗油的高性能皮革备受人们青睐,人们采用石蜡、油脂、聚硅氧烷等来赋予皮革一定的抗水、抗油性,但效果欠佳,含氟材料由于特殊性能氟原子的存在,其抗水、抗油性优越,目前引起了皮革界专家学者的广泛研究。制革工业中有机氟材料的开发,对提高我国皮革产品质量,缩小与国外产品的差距将有很好的促进作用。含氟聚合物在制革工业中的应用主要有以下几个方面。
1.复鞣加脂剂
有机氟类化合物具有优异的憎水憎油性,在皮革纤维周围或表面包裹形成油膜或氟树脂薄层,从而使皮革表现出良好的抗水、抗油、防污等性能。目前,国外在含氟复鞣加脂剂的合成、应用方面进行了大量的实践工作,取得了显著的进步,采用中等链长的全氟烷基磷酸盐,对手套革和服装革进行复鞣加脂,对皮革纤维的防水、防污以及润滑效果相当明显。但有机氟聚合物目前还存在着合成难度大、成本高等问题,因此其应用还未能普及。
2.涂饰剂
在皮革涂饰剂中,含氟聚合物多用来合成多功能涂饰剂,含氟树脂具有极低的表面自由能,可赋予皮革优异的防水、防油、防污性能,其用于绒面革或全粒面革时可明显提高皮革档次。
3.助剂及添加剂
防水、防油、防污整理剂:皮革表面气孔较多,很容易被不同的液体润湿。基于上述原因,在皮革表面涂饰疏水疏油物质,使其覆盖在胶原纤维表面,使得胶原纤维不会与空气、液体等直接接触,达到皮革防水、防油、防污的目的。将有机氟产品用于皮革表面处理,由于其临界表面张力很低,可将皮革表面张力降低到远低于水及油类,降至20mN/m左右且分子在皮革纤维表面定向排列,赋予皮革表面优异的防水、防油和防污性,且不会改变皮革表面的组织结构。
4.流平剂
有机氟材料具有很低的表面张力,流平快,因此广泛应用于皮革涂饰剂的流平剂中,使涂饰后成膜平整光滑,防止了涂饰剂的流挂现象及表面凸凹不平,有助于提高涂饰层质量。皮革制品的“三防”问题,近年来日益引起重视。而含氟助剂及添加剂因较之传统的防油效果较差的有机硅树脂和脂肪酸金属络合物具有显著的防水、防油作用,因此广受国内外皮革界的青睐。但含氟防污剂同时存在价格昂贵的缺点,除通过努力降低原料成本解决此问题外,还可通过类似的“协同效应”将它们和较廉价的表面活性剂共混,既降低了成本,也在一定程度上提高了含氟助剂的性能。
展望
尽管含氟化合物在皮革工业范畴现已展开了必定的研究作业,但仍然有很多的作业值得继续。榜首,因为欧盟对有些含氟化合物禁令的实施,对中国皮革业将必定影响,加速商品研发,进步商品的环保请求,选择契合标准的原料,是对该项禁令的上策,新式含氟化合物新技术的开发使用,将会呈现出宽广远景。结合皮革化学品需求的功能,依托中国资本优势,不断调整商品结构,规划组成新式的含氟化合物,将有利于含氟资料非常好地使用于皮革职业,使中国含氟化合物在皮革职业中向更新、更精、非常好的方向开展。第三,制革作业者应进一步了解了解各种含氟化合物,才干充分利用现有含氟化合物的资本,然后服务于皮革职业。


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