新型含氟聚醚表面活性剂的合成与应用

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本文分别以丙烯醇(CH2=CHCH2OH)、十一烯醇(CH2=CH(CH2)9OH)、环氧乙烷和全氟碘代烷F(CF2)mI(m=4,6)为原料,以AIBN为引发剂合成四种含有不同长度碳氟链和碳氢链的新型含氟聚醚表面活性剂C4F9CH2CHICH2O(CH2CH2O)12H(A)、C4F9CH2CHI(CH2)9O(CH2CH2O)12H (B)、 C6F13CH2CHICH2O(CH2CH2O)12H (C)、C6F13CH2CHI(CH2)9O(CH2CH2O)12H(D),并介绍了用亚磺化脱卤体系合成部分含氟聚醚表面活性剂中间体F(CF2)mCH2CHI(CH2)9OH(m=4,6)的方法。通过SPSS20.0软件讨论了合成产物C4F9CH2CHICH2O(CH2CH2O)12H(A)的最佳测试条件:温度为90℃,引发剂用量为0.8mol%,反应时间为12h,原料摩尔比1:1.2,并通过傅立叶红外(FT-IR)、核磁(1H-NMR、19F-NMR)等测试方法对产物A、B、C、D的分子结构进行了表征。对产物A、B、C、D水溶液的表面张力及其临界胶束浓度等性质进行了测定。结果表明,四种氟化表面活性剂的最低表面张力分别为:23.50mN/m(A)、25.27mN/m(B)、21.03mN/m(C)和28.14mN/m(D);同时具有很低的临界胶束浓度:9.85mmol/L(A)、0.28mmol/L(B)、0.42mmol/L(C)和0.13mmol/L(D);饱和吸附量分别为:1.10mol/cm2(A)、0.26mol/cm2(B)、0.24mol/cm2(C)和0.53mol/cm2(D);表面积分别为1.51nm2(A)、6.39nm2(B)、6.92nm2(C)和3.13nm2(D)。通过对四种产物浊点的测定,发现A和C的浊点都在75℃以下,B和D的浊点均高于90℃。测定了四种产物的HLB值,结果分别为:11.7(A)、10.4(B)、10.6(C)和9.5(D),其亲水性由强到弱依次为A、C、B、D。通过热重分析手段,发现4种氟表面活性剂都具有良好的热稳定性,起始分解温度分别为:170℃(A)、213℃(B)、170℃(C)和230℃(D),结束分解温度分别为:410℃(A)、430℃(B)、410℃(C)和430℃(D)。分别以四种氟化聚醚表面活性剂与SDS以不同比例复配。当A与SDS以1:1复配时,可将水的表面张力降低至最低值27.9mN/m;当B与SDS以3:1复配时,可将水的表面张力降低至最低值24.9mN/m;当C与SDS以3:1复配时,可将水的表面张力降低至最低值23.5mN/m;当D与SDS以3:1复配时,可将水的表面张力降低至最低值29.7mN/m。四种产物中,只有B与SDS复配效果最理想,其他三种表面活性剂与SDS复配效果均不好。以四种含氟聚醚表面活性剂A、B、C、D分别与SDS以不同质量比混合电纺,当m(PVA):m(A)=196:1(纤维直径在200nm~510nm之间)、m(PVA):m(B)=173:1(纤维直径在290nm~510nm之间)、m(PVA):m(C)=368:1(纤维直径在330nm~510nm之间)、m(PVA):m(D)=343:1(纤维直径在260nm~290nm之间)时,静电纺丝效果很好,其纤维具有良好的形态,无粘连,粗细均匀,分布紧密。
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