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全氟辛基磺酸/全氟辛酸(PFOS/PFOA)类氟碳表面活性剂是性能最好、应用最广的一类氟碳表面活性剂,然而该类氟碳表面活性剂已被列为自然界中最难降解的有机污染物之一,研究一类新型、高效、环境友好的氟碳表面活性剂以替代PFOS/PFOA类氟碳表面活性剂已成为紧迫的理论研究问题。基于以上考虑,本文以全氟-2-甲基-2-戊烯(D2)为原料,采取引入支链的策略来合成替代品。以D2为原料设计合成了阳离子型、两性型、非离子型氟碳表面活性剂。通过核磁、质谱、红外鉴定了它们的结构,对它们的表面活性进行测试,系统阐述了该类支链型氟碳表面活性剂性能与结构的关系,并挑选出性能优异的氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂进行复配,将其应用于水成膜泡沫灭火剂的配方中。同时以D2为原料,分别通过溶剂聚合法与半连续法种子乳液聚合设计合成了一类含氟丙烯酸酯共聚物,将其应用于超疏水涂层的制备中。以D2为原料合成了含CF3CF2CF2C(CF3)2-基团、连接基团为烷基链氟碳表面活性剂,反应易于操作且条件温和。表面活性研究表明,亲水基团种类对该类结构氟碳表面活性剂表面性能影响较大,亲水基团为氧化铵时表面活性最好。连接基长短对表面活性的影响因亲水基团种类而异,亲水基团大小对表面活性影响一般,但可以作为调节化合物表面活性的一种手段。表面活性剂化合物中的酰胺官能团会产成分子内相互作用,增大溶解性能,提高表面活性。氧化铵型氟碳表面活性剂的临界胶束浓度为1.73×102 mol/L,临界胶束浓度下可使水的表面张力降低至19.93 mN/m,其与烷基糖苷(APG0810)复配时具有极好的协同效应,在基本不改变表面张力的情况下,氟碳表活性剂的使用量可降低100倍。以D2为原料合成了含CF3CF2CF2C(CF3)2-基团双疏水链氟碳表面活性剂。表面活性测试结果表明,4个化合物的表面活性均优于全氟辛酸钠。所合成的双疏水链氟碳表面活性剂的表面活性远远高于单疏水链氟碳表面活性剂的表面活性。相同亲水结构时,与单疏水链相比,当接上碳氢链后,可将临界胶束浓度降低200倍以上,至6.30×10-5 mol/L,表面张力降低至18.66 mN/m;当接上相同的氟碳链后,可将临界胶束浓度降低8000倍以上,至1.74×10-6 mpl/L,且此时的表面张力低至18.42 mN/m;当新增直链碳氢链链长为7时,降低表面张力的能力可达两条疏水链均为氟碳链时的水平。以D2为原料合成了含CF3CF2CF2C(CF3)2-基团、连接基团含苯环的氟碳表面活性剂。表面测试结果表明,苯环作为刚性基团可以弥补短氟碳链刚性比长氟碳链弱的缺点,连接基团引入芳环后,不仅可以促进氟碳表面活性剂在水溶液内部聚集,提高降低表面张力的效率,还可以使得氟碳表面活性剂在气液界面上更为紧密的排布,从而提高降低表面张力的能力。连接基团中引入苯环是提高该类结构氟碳表面活性剂表面活性十分有效的策略。毒性预测结果表明,该类结构氟碳表面活性剂为低毒,且不具有致癌和致突变可能性。以D2为原料合成了含CF3CF2CF2C(CF3)2-基团的丙烯酸酯单体,通过溶剂法与乳液聚合法合成了含氟丙烯酸酯共聚物。测试结果表明,溶剂聚合法所得共聚物具有较好的拒水性,聚合物膜与水的接触角在110°至115°之间;乳液聚合法制备得具有核壳结构的共聚物乳胶粒,其聚合物膜表现出更好的疏水性,与水的接触角可达123°;乳胶粒具有很好的热稳定性,其T10达到326.4℃以上;乳胶粒与纳米SiO2共混后采取喷涂成膜可制备得表面具有微纳米微观结构的复合膜,该膜具有超疏水性,同时具有防污防腐的功能,喷涂于尼龙网后可以用于油水分离。选取含CF3CF2CF2C(CF3)2-基团、连接基团含苄基的氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂进行复配,结果表明该氟碳表面活性剂配伍性极好,与多种类的碳氢表面活性剂复配均具有极好的协同效应。经对复配体系的表面活性、发泡能力、泡沫稳定性的探讨和不同功能添加剂加入量对体系性能的影响,配制得水成膜泡沫灭火剂(AFFF)泡沫灭火剂溶液,并进行理化性能及灭火性能评估。结果表明:优化后的泡沫灭火剂溶液的相关性能均已达到国家标准《GB/T 15308-2006》的要求;灭火剂的灭火时间为50 s,抗烧时间为12 min,参照标准,得出此泡沫灭火剂可以达到IA级别。因此,可以作为含PFOS/PFOA类水成膜泡沫灭火剂的替代品。基于上述研究内容和成果,以D2中碳碳双键为活性位点合成支链型氟碳表面活性剂是开发PFOS/PFOA类氟碳表面活性剂替代品的一种有效策略。