[发明专利]含氟双子型阴离子表面活性剂及其制备方法与用途

说明书

技术领域：

本发明涉及含氟表面活性剂及其制备方法和用途，尤其涉及一类含氟双子型阴离子表面活性剂及其制备方法和用途。

背景技术：

通常使用的表面活性剂，其憎水基是碳氢烃基，分子中还可能含有氧、硫、氮、氯、溴、碘等其他元素，这类常用的表面活性剂被称为普通表面活性剂。在表面活性剂分子中含有除以上八种元素外的氟、磷、硅和硼等元素的表面活性剂则被称为特种表面活性剂。氟碳表面活性剂是一类备受关注和研究成果颇多的特种表面活性剂，其具有高表面活性、高热稳定性和高化学稳定性等突出特点。

氟碳表面活性剂分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂和非离子表面活性剂四类。氟碳表面活性剂在工业上的合成方法主要有电氟化法、氟烯烃调聚法和氟烯烃齐聚法三种方法。

但当前应用广泛的全氟辛基磺酰类化合物(PFOS)和全氟辛酸及其盐类(PFOA)，其对环境和人体健康的潜在影响已受到人们的关注，各种实验表明，PFOS/A在各种理化条件下几乎不会发生任何可以观察到的降解，为目前世界上最难降解的有机污染物之一，具有很高的生物蓄积性和人体多脏器毒性，各国已经禁止其使用。

硫酸酯盐氟表面活性剂作为一类阴离子表面活性剂，具有良好的发泡性、耐水性、具有良好的水溶性、不易水解、性能稳定。易降解的低氟碳链硫酸酯盐类表面活性剂的研发，成为一个主要研究方向。

发明内容：

本发明的目的是设计一类含氟双子型阴离子表面活性剂的制备方法，作为全氟辛基磺酰类化合物(PFOS)和全氟辛酸及其盐类(PFOA)的替代品，应用于多个领域。

本发明的一类含氟双子型阴离子表面活性剂，它的分子结构式为：

式中：X为SO₂或CO，Y为H或F，n为2-5的自然数，r＝1-12的自然数，p＝0、1或2，当Y为F时，m为2-5的自然数，当Y为H时，m为5-18的自然数。

本发明的一类含氟双子型阴离子表面活性剂的制备方法，以苯为溶剂，将全氟烷基磺酰氟与0.5摩尔倍量的烷基二胺进行酰胺化反应，得到中间体N，N′-双全氟烷基磺酰基烷二胺，将所得中间体用乙醇重结晶后，以水为溶剂，在温度80-120℃条件下，与2摩尔倍量的卤代烷基磺酸钠进行盐化反应，得烷基撑-双(N-乙磺酸(甲磺酸或磺酸)-全氟烷基磺酰胺)钠盐。或者，

以苯为溶剂，将全氟烷基磺酰氟与等摩尔烷基二胺进行酰胺化，而后再与烷基磺酰氟或烷基磺酰氯或烷基酰氟或烷基酰氯进行酰胺化反应，得到中间体N-全氟烷基磺酰基-N′-烷基酰基烷基二胺，或者N-全氟烷基磺酰基-N′-烷基磺酰基烷基二胺，所得中间体用乙醇重结晶后，以水为溶剂，在温度为80-120℃条件下，与2摩尔倍量的卤代烷基磺酸钠进行盐化反应，得烷基撑-(N-乙磺酸(甲磺酸或磺酸)-全氟烷基磺酰胺-N′-乙磺酸(甲磺酸或磺酸)-烷基酰基钠盐，或者烷基撑-(N-乙磺酸(甲磺酸或磺酸)-全氟烷基磺酰胺-N′-乙磺酸(甲磺酸或磺酸)-烷基磺酰基钠盐。

本发明的含氟双子型阴离子表面活性剂的制备方法中，其全氟烷基磺酰氟与烷基二胺摩尔比为2∶1；全氟烷基磺酰氟、烷基二胺、烷基磺酰氟或烷基磺酰氯或烷基酰氟或烷基酰氯摩尔比为1∶1∶1。

本发明中，所述的全氟烷基磺酰氟与烷基二胺酰胺化，而后再与烷基磺酰氟或烷基磺酰氯或烷基酰氟或烷基酰氯进行酰胺化反应的催化剂为三乙胺，溶剂为苯，催化剂添加量为烷基磺酰氟的1摩尔倍量，反应体系中溶剂的比重占总重的60％-90％。

本发明的含氟双子型阴离子表面活性剂的用途，作为化学领域的乳化剂，机械领域的金属表面处理剂，建筑领域的流平剂，电镀领域的铬雾抑制剂，冶金领域的泡沫浮选剂。

本发明的优点：

1、原料易得，制备方法简单，对生产设备要求低，生产工艺简洁。

2、产率高，含氟单体转化率达到100％。

3、表面性能优异，是目前报道文献中含氟表面张力最高的一类，化合物最低表面张力在18mN/m以下。某些化合物最低表面张力在17mN/m以下。

4、带有季铵基团，可以应用于各类水质和高、中和低PH值体系。

5、以本发明的含氟双子型阴离子表面活性剂，可以直接应用于化学领域的乳化剂，机械领域的金属表面处理剂，建筑领域的流平剂，电镀领域的铬雾抑制剂，冶金领域的泡沫浮选剂。

具体实施方式：

下面通过实施例进一步说明本发明的含氟双子型阴离子表面活性剂的制备方法。但不是对本发明的含氟双子型阴离子表面活性剂品种的限定。

实施例1