專利名稱：一種新型氟碳表面活性劑的合成及其應用的制作方法
技術領域：
表面活性劑。
背景技術：
氟碳表面活性劑具有優良的熱穩定性和化學穩定性；表面活性高，用量少，能明顯改善介質的潤濕性、滲透、乳化及其流平性能；同時還具有卓越的憎水、憎油及其防污功能。它已經廣泛用于化學、機械、電子、石油、紡織、造紙、照相、油墨等工業以及家庭用品和其它領域。但是，由于全氟表面活性劑的價格太高，相對限制了其應用領域。
近年來，混雜型氟碳表面活性劑已經成為了很多專家的研究興趣。混雜型氟碳表面活性劑，是指在同一分子中既含有氟碳鏈，又含有碳氫鏈的表面活性劑。該類型的表明活性劑與其對等的碳氫表面活性劑相比，具有更低的表面張力和更低的臨界膠束濃度(CMC)。除了具有一般碳氫鏈表面活性劑的化學和熱穩定性外，它的氟碳鏈部分還具有疏水和疏油性。同時，混雜型氟碳表面活性劑的出現解決了全氟表面活性劑價格高，應用面窄等問題，為氟碳鏈表明活性劑的應用指明了新的道路。
發明內容
本發明針對降低氟碳表面活性劑的價格，從而拓寬其應用領域，合成出一種新型氟碳表面活性劑，并將其作為插層客體，制備出一種有機蒙脫土(FC-clay)。將該有機土作為填料應用于苯丙乳液，該填料與苯丙乳液相容性好，易分散于苯丙乳液中。本發明采用插層聚合法將有機土添加到苯丙乳液中。插層聚合法是將聚合物單體或齊聚物插入到層狀結構硅酸鹽(有機土)的片狀疊層結構，將硅酸鹽原始顆粒剝離成納米厚度的片層單元，并使其均勻分散于聚合物基體中，實現聚合物和硅酸鹽片層在納米尺寸上的復合。將有機土(FC-clay)添加到苯丙乳液中，不僅能顯著提高苯丙乳液涂膜的耐水性及附著力，而且對其硬度也有一定程度的提高，并且不導致乳液及其涂膜的其他性能下降。
本發明主要采用以下技術方案1.本發明的新型氟碳表面活性劑合成的反應式如下 (1)反應路線的選擇方法是環氧季銨鹽和全氟辛酸在非水條件下直接反應。此方法條件簡單，容易實施，且反應條件易控制，因此本發明選擇此實施方法進行反應。
(2)反應溫度的選擇通過實驗本發明確定反應的溫度在60～80℃時較好。
(3)反應時間的確定通過實驗確定本發明的反應時間在8～10hr為宜。
2、測試1所合成的新型氟碳表面活性劑的臨界表面張力，并將其與對等的碳氫鏈表面活性劑和全氟鏈表面活性劑進行對比.
3、應用(1)有機土的制備A、蒙脫土處理蒙脫土的處理條件新型氟碳表面活性劑插層反應使用蒙脫土漿，才能使反應完全徹底。而Ca基土的膠化能力弱，必須給以高能分散。本發明使用高速(超過10000轉/分)乳化設備。
B、膨潤土有機化新型氟碳表面活性劑的用量主要取決于膨潤土的離子交換量。新型氟碳表面活性劑濃度對有機土的質量影響很大，實驗表明，新型氟碳表面活性劑用量在離子交換量的2~4倍時，產品在有機溶劑中較易膠化、分散。
(2)苯丙/有機土復合乳液的制備本方法采用插層聚合法，包括如下步驟A將有機蒙脫土在強烈攪拌下與苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸等聚合物單體混合，后加入乳化劑溶液中充分攪拌，形成預乳液。
B上述預乳液的單體在一定溫度下引發聚合。
C降溫后調節pH值，出料。
(3)將(2)所得苯丙/有機土復合乳液涂膜，測試其性能參數.
在相同條件下測試各種乳液涂膜的性能參數，并進行對比。
具體實施例方式
實施例1按摩爾比為1∶1稱取環氧季銨鹽和全氟辛酸，放置在250ml的反應釜中，升溫至70℃，開啟攪拌器，反應10hr，反應后的混合物用丙酮重結晶，放置在烘箱中50℃下干燥后備用。
用滴體積法分別測定環氧季銨鹽和上述所合成的新型氟碳表面活性劑溶液的表面張力，繪制曲線，在曲線的轉折點確定兩種表面活性劑的臨界膠束濃度(CMC)和臨界表面張(γcmc).
表1反應物及產物的CMC和γcmc
結論所合成的新型氟碳表面活性劑的臨界表面張力，介于全氟辛酸和環氧季銨鹽之間，即其表面活性優于與之對等的碳氫鏈表面活性劑，次于與之對等的全氟鏈表面活性劑。
實施例2蒙脫土(鈣土)粉碎1分鐘(粉碎過程中由于生熱過多，所以粉碎時不宜連續操作時間過長)，稱取粉碎后的蒙脫土25g與330ml去離子水混合，并用高速攪拌器攪拌(先加去離子水，后慢慢加入25g蒙脫土粉)，然后加約2.5gNa2CO3，調節其pH＝9，繼續攪拌30min后，靜置片刻，濾去蒙脫土懸浮液中的沉淀，備用。
取上述蒙脫土漿100ml加入250ml反應釜中，攪拌(速度＞600r/m)，調節pH≥13，稱取新型氟碳表面活性劑11.50g，用50ml去離子溶解后加入反應釜，反應2.5hr，靜置24hr后抽濾，常溫下真空干燥，即得到產品備用。
按聚合物單體的2％、4％、6％、8％稱取上述有機土，分別與聚合物單體苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸等攪拌8h混合，后將其倒入充分攪拌的乳化劑水溶液中，繼續攪拌2h預乳化。再分別稱取混合液的15％，加入1/2的過硫酸銨引發劑，在70℃下聚合反應，當聚合物乳液出現藍光，滴加剩余的混合液及引發劑(10％的過硫酸銨水溶液)，加完后升溫至85℃，并在此溫度下保溫30min，降溫至40℃以下，調節pH值在7~8，出料。即制得各種百分含量的苯丙/FC-clay納米復合乳液。分別將這些復合乳液涂膜，并測試其性能參數.
表2乳液及其涂膜性能參數測試如下表
結論由苯丙/FC-clay納米復合乳液的涂膜性能測試表明，有機土FC-clay的含量為4％時，乳液及其涂膜的綜合性能最佳。此時，耐沖擊性保持不變，涂膜其它性能均有所提高，其中接觸角由48.6°增加至91.6°，涂膜的表面能由40.96mJ/m2降低到28.54mJ/m2，說明涂膜的耐水性能增加。另外，涂膜的附著力也有二級上升為一級，也即涂膜的附著強度增加。
權利要求
1.本發明的新型氟碳表面活性劑是由一步合成法得到的。
2.根據權利要求1，其中所述的新型氟碳表面活性劑可用下述通式代表
3.根據權利要求1，其中所述的新型氟碳表面活性劑通式，R1為含有4～18個碳的飽和烷基。
4.根據權利要求3，其中所述的新型氟碳表面活性劑通式，Rf為全氟辛酸單酯基團，含有七個碳的全氟烷基，酯基旁邊有一個活性官能團-OH。
5.根據權利要求3，其中所述的新型氟碳表面活性劑通式，R2和R3可以相同也可以不同，選自甲基、乙基或7～10個碳的芳烷基；X-是氯離子、溴離子或碘離子。
全文摘要
本發明涉及了一種新型氟碳表面活性劑。本發明的主要特征在于該新型氟碳表面活性劑的結構有如下特征a、含有一個碳氫鏈為十八個碳的飽和烷基；b、含有一個七個碳的全氟烷基鏈；c、含有一個活性官能團－OH；d、含有一個酯基。用該表明活性劑插層的有機土(FC－clay)應用于苯丙乳液，不僅可以大幅度提高苯丙乳液涂膜的耐水性和附著力，而且使其涂膜的硬度也有所提高，適用于既要求良好的耐水性和附著力，又需要具有較高硬度的苯丙乳液涂料制品。該FC－clay新型填料在苯丙乳液涂料工業中具有廣闊的發展前景。
文檔編號B01F17/18GK1966136SQ20051011481
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月14日 優先權日2005年11月14日
發明者徐燕莉, 宋俊霞 申請人:北京化工大學