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氟表面活性剂及其应用 - 高稳定，多功能，小用量，大效果

来源：作者：人气：-发表时间：2023-09-04 09:27:00【大中小】

氟表面活性剂是指疏水链中C-H被C-F氟取代的一类特殊表面活性剂。与碳氢表面活性剂相比，含氟表面活性剂具有更高的表面活性和稳定性，已应用于注水驱油、油脂乳化、材料改性、抗菌杀毒和消防灭火等领域。

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含氟表面活性剂的研究是上世纪60年代开始的，最早由美国3M公司实现商品化，上市商品名称为Fluorad FC。随后全球知名各类材料公司都做了对应客户领域的含氟表面活性剂研究，开发并成功商品化。

目前国内产业化含氟表面活性剂及功能制剂主是全氟烷基系列表面活性剂，产能约在3500吨/年。但各种前端研发品及其品质在紧跟国际前沿，并且积极寻求具备特殊性能及应用于细分领域产品的开发和生产。

1.氟表面活性剂的特性

氟表面活性剂（简称FSA），是以氟碳链为非极性基团的表面活性剂，即以氟原子部分或全部取代碳氢链上的氢原子。氟赋予分子如下特性：

①氟是电负性最强的元素，具有高氧化势、高电离能，所以F-C键能高(实际上F-C键是已知键能最高的共价键)，具有良好的化学稳定性和热稳定性；

②氟原子非常难被极化，氟碳链极性比碳氢链小,让氟碳链疏水作用远比碳氢链强,也同时具备了疏油性（对碳氢和其他有机物），高效降低表面张力，小用量，大效果，易于制成浓缩剂；

③低极性导致氟碳链相互间作用力弱。

FSA是最有效的降低表面张力的添加剂

以上三点共同作用使氟碳表面活性剂分子在水溶液中有更强的疏水性，在液/气界面上具有独特的聚集特性，氟原子的引入使得此类表面活性剂具有良好热稳定性和化学稳定性，即氟表面活性剂具备在严苛条件下的高效应用的潜能。

氟表面活性剂和相似碳氢表面活性剂表面张力数据对比^[1-2]

2. 含氟表面活性剂的常见应用

氟表面活性剂是目前最受青睐的特种表面活性剂，在实际应用中有用量少，降低水溶液表面张力的作用强，提高润湿性、表面处理和流平性能优秀，跟其它表面活性剂复配（简单的物理配方或化学合成加和）效果好，同时具有疏油和疏水性、高热稳定性和更好的化学耐受性等等优良特点，有助于配制多种日用产品。

FSA的性质及其应用^[3]

油漆和涂料

用作多功能添加剂，以简化油漆和涂料配方，特别是那些低 VOC（挥发性有机化合物）或无 VOC 的配方。可与改善基材润湿性，颜料润湿性和流平，为水性涂料赋予防粘连性，延长开放时间，发泡性低，提高抗沾污性，增强抗油污功能。

提供表面防护

另外值得一提的是自2004年12月IBM和台积电分别宣布采用193 nm浸入式光刻技术制造出全功能的芯片，浸润光刻技术迅速成为技术新宠，它也经常需选用高浸润和抗污能力强的含氟表面活性剂，主要为克服控制由于浸入环境引起的缺陷，包括气泡和污染（含物镜表面和液体界面），需要抗蚀剂与流体或面漆的相容性，以及面漆的发展。

传统光刻和浸没式光刻的对比示意图

清洁剂和蜡

作为多功能且高效的添加剂，通过彻底润湿基材，使清洁剂能够进一步渗透深层污垢和污渍。同时候也改善了地板护理配方的流平特性和表面特性。

无氟表面活性剂显示清晰可见的桔皮和明显的表面缺陷

添加FSA的地板饰面可显著改善地板饰面的平整度和表面外观

胶粘剂、密封剂和填缝剂

添加少量的氟表面活性剂可提高胶粘剂的润湿性和对基材孔隙的渗透性，增强粘合力，减少表面缺陷、降低动态表面张力（可与现有表面活性剂组合结合使用）、达到增强胶粘剂渗透性。

薄膜或半导体材料

可以改善打印基材的油墨润湿和流平，附着，耐磨，减少油墨转移等通用“适印性能”。除润湿外，氟表面活性剂转移到涂层表面，从而促进多次涂覆中的再润湿，还可提供抗静电性。在电子化学品也得到广泛应用。

光刻胶基材表面^[4]

油墨和印艺

氟表面活性剂会迁移到气液界面，当产品堆叠或卷起时，会减少对另一表面的“转移”。主要性能功能包括防粘连、油墨吸附、流平和润湿。可为油墨和印刷涂料提供出色的润湿和流平特性，而不会影响染料和颜料分散。

FSA的迁移性示意

3. 总结和展望

虽然含氟表面活性剂相比于传统碳氢表面活性剂的用量较少，但其价格比较昂贵，并且长链（≥C6）氟化表面活性剂由于稳定的氟化尾部和生物降解性差也表现出环境问题。在工业生产使用中受到一定程度的限制。在实际应用中，研究人员通常将含氟表面活性剂与其他表面活性剂进行复配使用，以减少实际应用中含氟表面活性剂的用量，并且还能保持含氟表面活性剂的独特性能。

氟碳氢杂化表面活性剂的表面活性和防腐性能^[5]

氟表面活性剂Na+在油田化学中的应用研究^[6]

研究人员正在积极探究含氟表面活性剂的结构与性能的关系，设计合理的生产工艺，降低含氟表面活性剂的制取和使用成本，开发出性能优良且环境友好的含氟表面活性剂，以替代现有的长氟碳链表面活性剂，使含氟表面活性剂在各个领域具有更加广泛的应用。

【参考文献】

[1].Kovalchuk N.M., Trybala A., et al. Advances in Colloid and Interface Science; Volume 210; August 2014, 65-71.

[2].Frese C, Ruppert S, Sugar M, et al. J Colloid Interface; Sci 2003; 267: 475–82.

[3].Syed Muhammad Shakil Hussain, et al. Advances in Colloid and Interface Science; Volume 303; May 2022; 102634.

[4].Onodera M., Shimomura S., et al. J. Electrochem. Soc.; Vol. 139; No. 6; June 1992.

[5].Nuer M., Duan J., et al. Journal of Molecular Liquids; Volume 306; 15; May 2020; 112897.

[6].Zeng G.Y. , Zhong C.R., et al. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.

【产品列表】

货号	名称	性质和应用
AAU15990A	FSA-3000	不含VOC、APEO，且不易燃在酸性、碱性、盐水和硬水环境中稳定	优异的润湿剂和流平剂的性能与涂层添加剂的表面保护性能相结合；符合OECD 301B生物降解性测试方法标准。
AAU15991A	FSA-6500	不含VOC、APEO，在所有条件下都具有很强的非离子特性。在酸性、碱性和盐水环境中稳定。	优异的润湿剂和流平剂的性能与涂层添加剂的表面保护性能相结合；符合OECD 301B生物降解性测试方法标准。
ACH0484A	FSA-3100		非离子、无VOC、无APEO、不易燃的氟表面活性剂，在水性或溶剂性产品中有极低的表面张力，有更好的润湿、铺展和整平；在酸性、碱性、盐水和硬水环境中稳定，易于配制成各种系统。
ACH0483A	FSA-3100S	电子产品和锂离子电池电解液润湿的首选产品, 在极性溶剂体系中表现出色
AAU15991A	FSA-3400	在地板护理和油墨应用中有增强的流平性和润湿性
AAU15991A	FSA-3500	在地板护理和油墨应用中有增强的流平性和润湿性
AAU15992A	FSA-6400	无VOC、无APEO、不可燃、阴离子	环境首选的氟表面活性剂，提供了氟表面活性剂的所有一般性能属性：优异的表面张力降低、防堵塞、拒油性、DPR、优异的流平特性以及在高酸性和碱性介质中的稳定性
AAU15993A	FSA-8100	不含APEO、不易燃的自分散、水性、部分氟化的聚合物涂料添加剂	提高平坦建筑水性涂料和乳胶漆上油污和常见家用污渍的清洁能力；改善了内部、平整表面、易于清洁的乳胶涂层上的油接触角。
AAU15994A	FSA-2200	无APEO、不易燃的溶剂型、部分氟化共聚物	在溶剂型涂层系统中提供表面张力降低和优异的易清洁性能
AAU15995A	FSA-8300	无APEO、不易燃的溶剂型、部分氟化共聚物	在溶剂型涂层系统中提供表面张力降低和优异的易清洁性能
AAU15996A	FSA-5000	不含APEO、不易燃的两性氟表面活性剂	可显著降低水溶液的表面张力，并有效提供可持续的泡沫。是工业和机构清洁、地板护理以及乳胶和水性醇酸漆的有效添加剂
AAU15997A	FSA-5100	不含APEO、不易燃的两性氟表面活性剂	可显著降低水溶液的表面张力，并有效提供可持续的泡沫。是工业和机构清洁、地板护理以及乳胶和水性醇酸漆的有效添加剂
AAU15998A	FSA-6000		无VOC、无APEO、不易燃的阴离子氟表面活性剂分散液，具有优异的防堵塞、拒油和DPR性能。
AAU15999A	FSA-6100	含有异丙醇
AAU16000A	FSA-6300	含有异丙醇