[发明专利]一种磺酸盐型氟硅阴离子表面活性剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磺酸盐型氟硅阴离子表面活性剂及其制备方法，该制备方法以易降解、低毒含氟化合物C₆F₁₃SO₂F为起点，首先与N‑甲基烯丙胺进行双分子亲核取代（SN2）反应制备NSF6，然后NSF6依次与含氢硅油（PMHS）和烯丙基缩水甘油醚（AGE）进行硅氢化反应，最后再与NaHSO₃进行磺化反应合成磺酸盐型氟硅阴离子表面活性剂PSF6AS，并测定了其表面张力和临界胶束浓度。该表面活性剂与传统氟碳表面活性剂相比，具有较好的水溶性及生物降解性；并且为我国磺酸盐型氟硅阴离子表面活性剂的开发和应用提供一个新的研究方法和思路。

技术领域

本发明涉及一种磺酸盐型氟硅阴离子表面活性剂及其制备方法。

背景技术

氟硅阴离子表面活性剂是以Si-O-Si为主链，在侧链或两端接枝含氟疏水基团和磺酸基或羧基等亲水基团的一种新型表面活性剂，根据亲水基团结构的不同，可分为磺酸型、羧酸型、硫酸酯型和磷酸酯型等四种类型，具有较好的去污、发泡、润湿、乳化和分散等特性。氟硅阴离子表面活性剂兼有氟碳表面活性剂和有机硅表面活性剂的优点，与传统表面活性剂相比具有其独特的性能，已成为材料领域的研究热点，并广泛应用于纺织、油田、建材、橡胶及航天航空等领域。

Salvatore率先提出由环氧化法来制备脂肪醇醚磺酸盐类表面活性剂的方法，即将脂肪醇醚与环氧氯丙烷反应生成末端连有环氧烷基的化合物，然后再与亚硫酸钠和亚硫酸氢钠进行磺化反应，从而制得醇醚羟丙基磺酸盐型阴离子表面活性剂。张乐以八甲基环四硅氧烷、1,3,5-三甲基-1,3,5-三(3,3,3-三氟丙基)环三硅氧烷、四甲基二硅氧烷、烯丙基环氧基聚醚、KHSO₃为原料，经开环聚合、硅氢加成和磺化反应制得一种磺酸盐型阴离子氟硅表面活性剂FPESS，结果表明，FPESS的临界胶束质量浓度(cmc)为2.0g/L，表面张力(γ_cmc)为21.01mN/m，且具有较强的耐酸碱盐化学稳定性。

全氟辛烷磺酸和全氟辛酸因成本低廉、工艺成熟，故被通常作为合成含氟表面活性剂的起始原料，但全氟辛酸和全氟辛烷磺酸具有良好的热稳定性和化学稳定性，因而在环境中很难水解、光解或微生物降解，并通过食物链进入人和动物的组织而累计在生物体内，对环境和人类健康造成很大的危害，是一类新型持久性有机污染物，各国纷纷采取各种措施禁止或者限制该类产品的使用；鉴于氟硅表面活性剂优异的物理化学性能，故而寻找低毒高效的氟硅表面活性剂来代替PFOA/PFOS类氟碳表面活性剂，业已成为国内外共同研究的热点课题之一。

相关文献报道已表明，可以通过改变氟碳链结构的方法，即通过缩短氟碳链的“有效长度”或者在氟碳链中插入N、O等杂原子的方法，使含氟表面活性剂不仅仍具有较高的表面活性，而且对环境的危害也大大降低。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种磺酸盐型氟硅阴离子表面活性剂及其制备方法，解决了现有全氟辛烷磺酸和全氟辛酸存在在环境中很难水解、光解或微生物降解，并通过食物链进入人和动物的组织而累计在生物体内，对环境和人类健康造成很大危害的问题。

为实现上述目的而采取的技术方案是，一种磺酸盐型氟硅阴离子表面活性剂，该化合物的化学结构式为：

其中R_f为：C₆F₁₃SO₂；Me为CH₃；x和y均为正整数。

所述的磺酸盐型氟硅阴离子表面活性剂在水溶液中的临界胶束浓度为0.10～0.18g/L，在水溶液中的最低表面张力为32.8～37.5mN/m。

一种磺酸盐型氟硅阴离子表面活性剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：