CN108689813A - 一种含氟表面活性剂及其制备和使用方法 - Google Patents

一种含氟表面活性剂及其制备和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种含氟表面活性剂及其制备和使用方法，具有很低的接触角，和很低的表面张力，使用了糖基作为亲水性基团。由全氟烷烃类化合物和丙烯醇、丙烯酸、带取代基的丙烯醇或丙烯酸等反应后制备成的环氧乙烷衍生物在非质子酸的催化下和糖基反应完成。本发明制备的化合物对人体和其它生物安全，可以被生物代谢成小分子物质，不会在生物体内造成化学积累。本产品作为消雾剂可以用于农用温室大棚以及玻璃和眼镜的防雾。

Description

一种含氟表面活性剂及其制备和使用方法
技术领域
本发明涉及作为消雾剂使用的非离子型含氟糖基新型表面活性剂。
背景技术
防雾剂在工农业生产和日常生活中有着广泛的应用。当透明材质相互隔开的两侧出现一定的温差，温度低的表面水分的饱和蒸汽压低于周围环境的蒸汽压时，水汽就向物体表面聚集，并以微小的水珠形式析出形成雾，微小露珠对光线形成漫射，从而显著降低了透光率。例如滑雪镜、游泳镜和眼镜的内外温差引起的镜片起雾，导致使用者视线受阻；建筑物的玻璃窗、浴室镜子的雾化，引起日常生活的不便；机动车辆挡风玻璃的镜片生雾，给行车安全带来严重的危害和安全隐患。此外，用于提高农作物的产量并调节收获期的聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)等材料的农用塑料棚膜的雾化，也会引起很严重的后果与经济损失。农用塑料棚膜起雾之后，会由于膜层表面的水滴产生光线的折射，导致农作物生长发育缓慢，作物被过强的光线灼伤；另外，凝聚的水分过多的滴落在作物上时还会导致其枯烂。
雾化问题给人们的工作和生活带来诸多不便，因此防雾材料的研发和生产受到国内外诸多公司、科研机构的关注。目前商品化的防雾贴膜、防雾镜片、防雾PE膜、防雾涂料，其核心材料为非离子型表面活性剂的添加剂。目前常用的防雾材料添加剂有聚酯多元醇类、有机硼类，有机硅类和含氟表面活性剂等几大类。含氟表面活性剂(FluorinatedSurfactant，FSA)因具有“三高”(高表面活性、高耐热稳定性、高化学稳定性)、“两憎”(既憎水又憎油)的独特性能，具有较好的效果，广泛应用于消防、皮革、造纸、纺织、石油、油墨、涂料、胶粘剂、机械、冶金、燃料、感光、建筑、家庭用品等领域的防雾剂产品中。此外，添加特殊的氟表面活性剂的防雾剂具有较高的除雾功能和耐久性，可满足国防、军事等特殊领域的需求。
农业生产中广泛用到的温室薄膜、工业生产及生活中常见的汽车防雾膜、高档配光镜、游泳镜、滑雪镜、防雾保鲜膜等均可利用使用氟表面活性剂的防雾剂，添加氟表面活性剂后的防雾剂可明显提高生产效率、生活便利以及安全性。
高效的防雾剂主要成分是全氟辛酸及其衍生物，虽然具有很好的表面活性和消雾功能，但是其是目前已知最难降解有机污染物之一，含有PFOA的化合物在环境中具有很高的稳定性，很难被热、光、微生物及人类在内的高等生物降解，自然降解周期长达43年，能够在生物体内积蓄并沿食物链被富集。PFOA类物质会影响人类的呼吸和免疫系统，还会导致肿瘤和动物体重减轻，具有肝脏毒、免疫毒、发育毒、内分泌毒以及致癌性。
本发明在消雾效果上完全达到了PFOA类消雾剂的水平，而且在一定时间内可以被生物和环境降解，比PFOA类物质更加的绿色环保。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高效和对人体安全的的含氟表面活性剂，该表面活性剂具有很低的接触角和很低的表面张力，使用了糖基作为亲水性基团。由全氟烷烃类化合物和丙烯醇、丙烯酸、带取代基的丙烯醇或丙烯酸等反应后制备成的环氧乙烷衍生物在非质子酸的催化下和糖基反应完成。本发明制备的化合物对人体和其它生物安全，可以被生物代谢成小分子物质，不会在生物体内造成化学积累。
本发明的另外一个目的是提供一种含氟表面活性剂的应用。
本发明的目的通过以下技术方案而实现：
一种含氟表面活性剂，其特征在于，所述含氟表面活性剂的化学式如下：
其中，R1用短链的不会产生生物积累的全氟烷烃链作为疏水官能团，可以为4～12个碳的直链或支链全氟烷烃，R2使用丙烯醇、丙烯酸、带取代基的丙烯醇或丙烯酸作为连接基团，R3用山梨糖醇或葡萄糖醇作为亲水端，属性结构不影响该表面活性剂的使用效果。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种上述含氟表面活性剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包含以下步骤：
SS1.将R1和R2按1:1的比例混合，在85℃回流条件下反应2～10小时；
SS2.加入等比例的NaOH，在碱性条件下回流，脱水形成环氧乙烷衍生物；
SS3.用正己烷作溶剂，将等比例的糖基与环氧乙烷衍生物混合，在千分之一比例的非质子酸催化下生成最终产物。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种含有上述含氟表面活性剂的防雾膜，将上述含氟表面活性剂以0.8-2‰的比例添加到吹制温室大棚膜层的PE颗粒中，吹制出温室大棚膜即为防雾膜，可以消除水汽对温室大棚透光度的影响。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种含有上述含氟表面活性剂的防雾剂，将上述含氟表面活性剂以1‰的水溶液涂抹到汽车玻璃或眼镜上，干燥后可以达到长效防雾效果。
本发明的含氟表面活性剂，相对于现有技术具有以下的优点：
(1)本发明的含氟表面活性剂能被生物降解，不会沿生物链积累，对环境友好，对人体安全。
(2)本发明的含氟表面活性剂制备方法简单，制备成本低。
(3)本发明的含氟表面活性剂制备过程绿色安全，无化工废料排放。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面的实施例。
实施案例1：制备含氟表面活性剂
取237克的全氟己基碘，29克丙烯醇放置于1000毫升圆底烧瓶中，加入 20克1000目铜粉，在85℃条件下反应3小时，过滤除去铜粉后加入300毫升正己烷和20克NAOH，回流反应5小时，过滤后蒸干，加入91克葡萄糖醇和2克乙酸，加热搅拌2小时，减压蒸馏除去乙酸后，得到最终产物淡黄色液体229克，即为含氟表面活性剂，分子量为558.09。
本发明还提供了一种含有上述含氟表面活性剂的防雾膜，将上述含氟表面活性剂以0.8-2‰的比例添加到吹制温室大棚膜层的PE颗粒中，吹制出温室大棚膜即为防雾膜，可以消除水汽对温室大棚透光度的影响。
应用实例1：
在180～200℃下，将含氟表面活性剂添加到吹制温室大棚膜层的PE颗粒中后，用双螺杆造粒机进行造粒，用三层共挤吹膜机吹制成防雾防流滴膜，三层比例为1:2:1，其中：
内层：EVA+光稳定剂+流滴剂+抗氧化剂+表面活性剂0.06％
中层：EVA+光稳定剂+流滴剂+抗氧化剂
外层：LDPE+LLDPE+光稳定剂+流滴剂+抗氧化剂
将添加含氟表面活性的农膜在10月到次年三月的农田扣棚测试，观察棚膜中雾滴的形成状况，结论如下：
30天 60天 90天
实施案例1 有流滴痕迹，无雾气 有流滴痕迹，无雾气 有16块白色液滴，无雾气
市售AF18 有流滴痕迹，无雾气 有22块白色液滴，轻微雾气 有35白色液滴，轻微雾气
测试结果表明，本发明的氟表面活性剂效果优于日本大金公司市售产品 AF18，以上数据来源于河南省濮阳市四季青塑料厂2015-2016年过冬棚测试。
应用例1大棚作物消雾剂残留试验
分别摘取应用例1大棚内芹菜叶100克，用300克蒸馏水浸泡24小时，取水样检测消雾剂含量，结果如下：
消雾剂检出量
实施案例1 N.D
AF18 130PPM
从测试结果可以看出，本发明制备的含氟表面活性剂添加量小，消雾效果稍微优于市售产品，消雾时间比市售产品要长，在土壤和植物体内容易被生物降解，不含PFOA，对环境和人安全。
本发明还提供了一种含有上述含氟表面活性剂的防雾剂，将上述含氟表面活性剂以1‰的水溶液涂抹到汽车玻璃或眼镜上，干燥后可以达到长效防雾效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种含氟表面活性剂，其特征在于，所述含氟表面活性剂的化学式如下：
其中，R1为4～12个碳的直链或支链全氟烷烃，R2使用丙烯醇、丙烯酸、带取代基的丙烯醇或丙烯酸作为连接基团，R3为山梨糖醇或葡萄糖醇。
2.一种权利要求1所述的含氟表面活性剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包含以下步骤：
SS1.将R1和R2等比例混合，在85℃回流条件下反应2～10小时；
SS2.加入等比例的NaOH，在碱性条件下回流，脱水形成环氧乙烷衍生物；
SS3.用正己烷作溶剂，将等比例的糖基与环氧乙烷衍生物混合，在千分之一比例的非质子酸催化下生成最终产物。
3.一种防雾膜，将权利要求1所述的含氟表面活性剂按照0.8～2‰的质量比例吹入PE颗粒后，用双螺杆造粒机进行造粒，用共挤吹膜机吹制成防雾防流滴膜。
4.一种防雾剂，将权利要求1所述的含氟表面活性剂以1‰的质量比例添加到水中形成溶液。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009067687A (ja) * 2007-09-10 2009-04-02 Daikin Ind Ltd 含フッ素エポキシ化合物の製造方法
CN102643253A (zh) * 2012-04-13 2012-08-22 阜新恒通氟化学有限公司 一种全氟烷基环氧丙烷的制备方法

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