專利名稱：一種新型氟碳表面活性劑的合成及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
表面活性劑。
背景技術(shù)：
氟碳表面活性劑具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性；表面活性高，用量少，能明顯改善介質(zhì)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(jīng)廣泛用于化學(xué)、機(jī)械、電子、石油、紡織、造紙、照相、油墨等工業(yè)以及家庭用品和其它領(lǐng)域。但是，由于全氟表面活性劑的價格太高，相對限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。
近年來，混雜型氟碳表面活性劑已經(jīng)成為了很多專家的研究興趣?；祀s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?xì)滏湹谋砻婊钚詣?。該類型的表明活性劑與其對等的碳?xì)浔砻婊钚詣┫啾龋哂懈偷谋砻鎻埩透偷呐R界膠束濃度(CMC)。除了具有一般碳?xì)滏湵砻婊钚詣┑幕瘜W(xué)和熱穩(wěn)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(xiàn)解決了全氟表面活性劑價格高，應(yīng)用面窄等問題，為氟碳鏈表明活性劑的應(yīng)用指明了新的道路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對降低氟碳表面活性劑的價格，從而拓寬其應(yīng)用領(lǐng)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(jī)蒙脫土(FC-clay)。將該有機(jī)土作為填料應(yīng)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(fā)明采用插層聚合法將有機(jī)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(jié)構(gòu)硅酸鹽(有機(jī)土)的片狀疊層結(jié)構(gòu)，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(shí)現(xiàn)聚合物和硅酸鹽片層在納米尺寸上的復(fù)合。將有機(jī)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(dǎo)致乳液及其涂膜的其他性能下降。
本發(fā)明主要采用以下技術(shù)方案1.本發(fā)明的新型氟碳表面活性劑合成的反應(yīng)式如下 (1)反應(yīng)路線的選擇方法是環(huán)氧季銨鹽和全氟辛酸在非水條件下直接反應(yīng)。此方法條件簡單，容易實(shí)施，且反應(yīng)條件易控制，因此本發(fā)明選擇此實(shí)施方法進(jìn)行反應(yīng)。
(2)反應(yīng)溫度的選擇通過實(shí)驗(yàn)本發(fā)明確定反應(yīng)的溫度在60～80℃時較好。
(3)反應(yīng)時間的確定通過實(shí)驗(yàn)確定本發(fā)明的反應(yīng)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?xì)滏湵砻婊钚詣┖腿湵砻婊钚詣┻M(jìn)行對比.
3、應(yīng)用(1)有機(jī)土的制備A、蒙脫土處理蒙脫土的處理?xiàng)l件新型氟碳表面活性劑插層反應(yīng)使用蒙脫土漿，才能使反應(yīng)完全徹底。而Ca基土的膠化能力弱，必須給以高能分散。本發(fā)明使用高速(超過10000轉(zhuǎn)/分)乳化設(shè)備。
B、膨潤土有機(jī)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(jī)土的質(zhì)量影響很大，實(shí)驗(yàn)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(chǎn)品在有機(jī)溶劑中較易膠化、分散。
(2)苯丙/有機(jī)土復(fù)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(jī)蒙脫土在強(qiáng)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?jǐn)嚢?，形成預(yù)乳液。
B上述預(yù)乳液的單體在一定溫度下引發(fā)聚合。
C降溫后調(diào)節(jié)pH值，出料。
(3)將(2)所得苯丙/有機(jī)土復(fù)合乳液涂膜，測試其性能參數(shù).
在相同條件下測試各種乳液涂膜的性能參數(shù)，并進(jìn)行對比。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1按摩爾比為1∶1稱取環(huán)氧季銨鹽和全氟辛酸，放置在250ml的反應(yīng)釜中，升溫至70℃，開啟攪拌器，反應(yīng)10hr，反應(yīng)后的混合物用丙酮重結(jié)晶，放置在烘箱中50℃下干燥后備用。
用滴體積法分別測定環(huán)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(zhuǎn)折點(diǎn)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(yīng)物及產(chǎn)物的CMC和γcmc

結(jié)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(huán)氧季銨鹽之間，即其表面活性優(yōu)于與之對等的碳?xì)滏湵砻婊钚詣斡谂c之對等的全氟鏈表面活性劑。
實(shí)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(xù)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(diào)節(jié)其pH＝9，繼續(xù)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(yīng)釜中，攪拌(速度＞600r/m)，調(diào)節(jié)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(yīng)釜，反應(yīng)2.5hr，靜置24hr后抽濾，常溫下真空干燥，即得到產(chǎn)品備用。
按聚合物單體的2％、4％、6％、8％稱取上述有機(jī)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?jǐn)嚢璧娜榛瘎┧芤褐?，繼續(xù)攪拌2h預(yù)乳化。再分別稱取混合液的15％，加入1/2的過硫酸銨引發(fā)劑，在70℃下聚合反應(yīng)，當(dāng)聚合物乳液出現(xiàn)藍(lán)光，滴加剩余的混合液及引發(fā)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(diào)節(jié)pH值在7~8，出料。即制得各種百分含量的苯丙/FC-clay納米復(fù)合乳液。分別將這些復(fù)合乳液涂膜，并測試其性能參數(shù).
表2乳液及其涂膜性能參數(shù)測試如下表

結(jié)論由苯丙/FC-clay納米復(fù)合乳液的涂膜性能測試表明，有機(jī)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(qiáng)度增加。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的新型氟碳表面活性劑是由一步合成法得到的。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(tuán)，含有七個碳的全氟烷基，酯基旁邊有一個活性官能團(tuán)-OH。
5.根據(jù)權(quán)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(fā)明涉及了一種新型氟碳表面活性劑。本發(fā)明的主要特征在于該新型氟碳表面活性劑的結(jié)構(gòu)有如下特征a、含有一個碳?xì)滏湠槭藗€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(tuán)－OH；d、含有一個酯基。用該表明活性劑插層的有機(jī)土(FC－clay)應(yīng)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(yè)中具有廣闊的發(fā)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(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者徐燕莉, 宋俊霞 申請人:北京化工大學(xué)