氟碳表(biao)面(mian)活性劑的(de)(de)疏水、疏油性與氟碳鏈(lian)之間具有密(mi)不可(ke)分的(de)(de)關(guan)系。其原因(yin)體現(xian)于(yu)：碳-氟(C—F)鍵(jian)能高；在(zai)全(quan)氟烷烴中(zhong)，直(zhi)碳鏈(lian)的(de)(de)環周會被半徑較(jiao)小的(de)(de)氟原子(zi)所包圍，這在(zai)一定程度(du)上保護了碳-碳(C—C)鍵(jian)；C—F鍵(jian)具有強極(ji)性，從而(er)使(shi)氟原子(zi)布滿負(fu)電(dian)(dian)荷，從而(er)形成(cheng)保護層，使(shi)負(fu)電(dian)(dian)親核試劑不易對碳原子(zi)造成(cheng)干擾，從而(er)對C—C鏈(lian)產生了一定程度(du)的(de)(de)屏(ping)蔽作(zuo)用。這諸(zhu)多(duo)因(yin)素(su)的(de)(de)共同作(zuo)用使(shi)氟碳表(biao)面(mian)活性劑具備了高表(biao)面(mian)活性、化(hua)學惰性和耐高溫等特性。

目(mu)前氟碳表(biao)面活(huo)性劑(ji)(ji)作為滅(mie)火(huo)(huo)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)核心(xin)組分受到(dao)(dao)國內外(wai)的(de)(de)(de)一(yi)致重(zhong)(zhong)視(shi)，它(ta)能(neng)使AFFF和FP在燃(ran)液面上迅速鋪開，構造(zao)泡沫(mo)膜(mo)(mo)，從而(er)隔絕空氣，達到(dao)(dao)徹底(di)滅(mie)火(huo)(huo)的(de)(de)(de)效果(guo)。其中AFFF已經(jing)替代傳(chuan)統(tong)滅(mie)火(huo)(huo)劑(ji)(ji)應(ying)用(yong)(yong)于油類火(huo)(huo)災中，滅(mie)火(huo)(huo)速度是傳(chuan)統(tong)應(ying)用(yong)(yong)方法的(de)(de)(de)4倍，這是由于泡沫(mo)可以通(tong)過析出(chu)水(shui)或破裂(lie)后生成的(de)(de)(de)水(shui)，在燃(ran)液表(biao)面形成一(yi)種阻礙其揮(hui)發的(de)(de)(de)水(shui)膜(mo)(mo)，從而(er)隔絕滅(mie)火(huo)(huo)，此(ci)外(wai)它(ta)對殘余火(huo)(huo)苗(miao)具有(you)(you)良好的(de)(de)(de)自封作用(yong)(yong)，滅(mie)火(huo)(huo)更為徹底(di)。FP的(de)(de)(de)原理在于，較薄的(de)(de)(de)泡沫(mo)層在高分子聚合物溶(rong)液表(biao)面上快速覆蓋，結構牢固，不易被破壞(huai)；具有(you)(you)令破損泡沫(mo)快速地重(zhong)(zhong)新形成的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)，最(zui)終(zhong)達到(dao)(dao)隔絕滅(mie)火(huo)(huo)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)。若與普通(tong)滅(mie)火(huo)(huo)劑(ji)(ji)聯用(yong)(yong)，滅(mie)火(huo)(huo)效果(guo)會更好，應(ying)用(yong)(yong)非(fei)常廣泛。

氟碳表面活性劑種類及表面張力測定結果

陰離子型

 陰(yin)-氟碳(tan)型化合(he)物，其復配對象(xiang)多(duo)(duo)為(wei)磺(huang)酸鹽(yan)類(lei)碳(tan)氫化合(he)物，是由于磺(huang)酸鹽(yan)價格便宜，產物良多(duo)(duo)，將(jiang)其與氟碳(tan)鏈(lian)進(jin)行配合(he)可以得到更多(duo)(duo)的復配產品。

李楊等合成了(le)一種短碳(tan)鏈全氟(fu)丁(ding)基(ji)磺酰氟(fu)碳(tan)表面(mian)活性(xing)(xing)劑，與(yu)磺酸鹽碳(tan)氫化合物(wu)復配。實驗結果顯示(shi)，表面(mian)張力低至17.05 mN/m，鋪展性(xing)(xing)能(neng)與(yu)發泡性(xing)(xing)良好，析液時間較長(chang)，應用于AFFF中可降低使(shi)用成本。

沙敏以D2為原料(liao)合(he)成(cheng)含CF3CF2CF2C(CF3)2—基團的羧酸鉀鹽陰(yin)-氟表面(mian)(mian)活性劑。與APG0810(碳(tan)氫(qing)化合(he)物(wu))形成(cheng)復配體(ti)系(xi)后，大(da)大(da)降低了(le)油(you)/水(shui)界面(mian)(mian)張力，將該體(ti)系(xi)應(ying)用于AFFF中，cmc值為1.0×10-4mol/L，采(cai)用環己(ji)烷作為實(shi)驗物(wu)質，該體(ti)系(xi)可在其表面(mian)(mian)快速(su)鋪展，大(da)面(mian)(mian)積(ji)展開時間<0.5 s，最低表面(mian)(mian)張力為19.333 mN/m，燃燒時間達3 min。這些性能(neng)(neng)說明(ming)了(le)該復配體(ti)系(xi)具備高效(xiao)抑(yi)制和撲滅液體(ti)類(lei)火災的能(neng)(neng)力。

徐于嬌(jiao)制備了性(xing)能優異且滿(man)足環境要求的(de)可(ke)替(ti)代(dai)PFOA的(de)原(yuan)料物質，全氟(fu)己基(ji)(ji)(ji)乙(yi)酸鹽和氟(fu)-4-甲基(ji)(ji)(ji)-6-乙(yi)烯(xi)基(ji)(ji)(ji)-3，6-二(er)氧丁(ding)(ding)基(ji)(ji)(ji)磺(huang)酸鈉(na)。通過性(xing)能測試(shi)，兩(liang)者分別(bie)對水的(de)表面張力降(jiang)低至13.2 mN/m和14.9 mN/m，起泡性(xing)和穩泡性(xing)良好(hao)。全氟(fu)己基(ji)(ji)(ji)乙(yi)酸鹽是將全氟(fu)辛酸中的(de)一(yi)個CF2替(ti)換成(cheng)H2，實驗顯示(shi)各(ge)項性(xing)能優于PFOA。氟(fu)-4-甲基(ji)(ji)(ji)-6-乙(yi)烯(xi)基(ji)(ji)(ji)-3，6-二(er)氧丁(ding)(ding)基(ji)(ji)(ji)磺(huang)酸鈉(na)可(ke)以與其他(ta)含(han)氟(fu)或非氟(fu)化合(he)物復配(pei)使用，且對環境無害。建議(yi)可(ke)以將此合(he)成(cheng)物質的(de)雙(shuang)鍵結(jie)構與各(ge)類乙(yi)烯(xi)單體等(deng)進(jin)行聚(ju)合(he)，并進(jin)行性(xing)能研究。

陽離子型

陽-氟碳(tan)(tan)型化(hua)(hua)合物似乎受酸堿環境的(de)影(ying)響(xiang)較小，與其他碳(tan)(tan)氫化(hua)(hua)合物形成復配體(ti)系后(hou)所表(biao)現出來的(de)應用(yong)性(xing)能良好。陽-氟碳(tan)(tan)表(biao)面活性(xing)劑的(de)常見種類(lei)是(shi)季銨鹽類(lei)，這(zhe)是(shi)因為它具有無毒環保、合成方(fang)便、綜合成本(ben)低和(he)性(xing)價比高(gao)等諸多優點。

劉在美等以六氟(fu)(fu)丙烯二聚體為主要物質，制得溴化[N，N-二甲基(ji)(ji)-N-乙基(ji)(ji)-N’-(2-三氟(fu)(fu)甲基(ji)(ji)-1-五氟(fu)(fu)乙基(ji)(ji))季銨鹽類(lei)陽-氟(fu)(fu)碳型滅(mie)火(huo)類(lei)應用化合物。實驗(yan)顯(xian)示，表面張力(li)為24.5 mN/m(20℃，吊環法)，cmc值為2.04×10-3mol/L，水溶性良(liang)好(hao)。

李征輝將(jiang)自制的(de)(de)季(ji)(ji)銨(an)鹽類氟(fu)碳表面(mian)活性物(wu)質(zhi)與(yu)辛烷磺酸鈉-APG0810碳氫化(hua)合物(wu)復配，實驗測得該(gai)體系(xi)的(de)(de)cmc值為9.2×10-4mol/L，表面(mian)張(zhang)力為20.1 mN/m。在環乙烷上鋪展迅速，完全滅火時長57 s，抗燃燒時間為13 min 23 s。該(gai)體系(xi)的(de)(de)cmc值大大降低，減少了配制用量，從而降低了滅火劑的(de)(de)配制成本。建議在季(ji)(ji)銨(an)鹽型(xing)陽離子研(yan)究(jiu)(jiu)以外，增加對胺鹽型(xing)陽離子化(hua)合物(wu)應用于滅火劑中的(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)。

非離子型

非離子(zi)-氟(fu)碳(tan)型化合物具有(you)(you)較好的(de)活性和相容性，但(dan)不足之(zhi)處在(zai)于其(qi)化學特(te)性相對較差，在(zai)應(ying)用條(tiao)件上具有(you)(you)一定程度的(de)限制[21]。非離子(zi)-氟(fu)碳(tan)表(biao)面活性劑的(de)典(dian)型結(jie)構為CF3(CF2)nCH2O(CH2CH2O)mH、CF3CHFCF2CH2O[CH(CH3)CH2O](CH2CH2O)nH。

錢小華研究了(le)消防用(yong)劑(ji)YM-316與(yu)8種不同(tong)的(de)碳氫化合物復配后的(de)性(xing)能。結果表明，烷(wan)基糖苷(APG0810)與(yu)酚醚羧酸鈉鹽(APEC-10Na)對(dui)其起泡(pao)能力和泡(pao)沫的(de)穩定均有顯著(zhu)改(gai)善作用(yong)。三(san)元復配體系中起泡(pao)高(gao)度為(wei)298 mm，滅(mie)火時間(jian)為(wei)15.1 s，25%析(xi)液時間(jian)為(wei)397 s，抗燒(shao)時間(jian)為(wei)6.53 min。該三(san)元體系起泡(pao)性(xing)強，應(ying)用(yong)時可快速達到鋪(pu)展狀態，滅(mie)火效果良好(hao)。

Debbabi等(deng)研發(fa)了一(yi)種高(gao)度氟(fu)化(hua)(hua)的(de)磺胺類氟(fu)碳(tan)表面活性物(wu)質(zhi)，(F(CF2)p-(CH2)n-O-SO2NH2)。對(dui)其研究發(fa)現，cmc值在0.73×10-4～8.37×10-4范圍內，表面張(zhang)(zhang)力在15.7～27.4 N/m范圍內。由實驗知，這種高(gao)度氟(fu)化(hua)(hua)類型的(de)表面活性劑具有較好的(de)表面張(zhang)(zhang)力，并且本身(shen)無毒，對(dui)環境(jing)污染(ran)小(xiao)。

兩性離子型

兩(liang)性(xing)(xing)-氟(fu)碳型化合物在(zai)(zai)酸性(xing)(xing)環(huan)境中，體現為(wei)正-親(qin)水(shui)基(ji)(ji)團活性(xing)(xing)，在(zai)(zai)堿(jian)性(xing)(xing)環(huan)境中，體現為(wei)負-親(qin)水(shui)基(ji)(ji)團活性(xing)(xing)。它(ta)的(de)結構與氨基(ji)(ji)酸和甜菜堿(jian)類(lei)似，分(fen)子(zi)內由于含有(you)酸性(xing)(xing)和堿(jian)性(xing)(xing)基(ji)(ji)團使其易形(xing)成(cheng)“內鹽”。堿(jian)性(xing)(xing)基(ji)(ji)團多含吡啶或季銨鹽陽離(li)子(zi)，或是(shi)其他的(de)含氮陽離(li)子(zi)。酸性(xing)(xing)基(ji)(ji)團則是(shi)磺酸、羧(suo)酸或磷(lin)酸基(ji)(ji)。兩(liang)性(xing)(xing)-氟(fu)碳型化合物在(zai)(zai)酸堿(jian)環(huan)境中的(de)體現見圖(tu)1。

圖1兩(liang)性型氟碳表(biao)面活性劑在酸堿環境中的(de)體現(xian)

李遠翔等采(cai)用一種(zhong)固(gu)相含(han)量為27%的(de)甜菜堿型兩(liang)性(xing)含(han)氟化合物(C1157)，與(yu)(yu)SDS和APG0814進行復配(pei)(pei)。性(xing)能(neng)測試結(jie)果顯示，與(yu)(yu)單一體系(xi)溶(rong)液相比，復配(pei)(pei)溶(rong)液的(de)發泡能(neng)力明顯增強，起泡高(gao)度可達190 mm，泡沫半衰期達到102 min，鋪展(zhan)時間(jian)(jian)為4.9 s，滅火時間(jian)(jian)為6.7 s。該體系(xi)具(ju)有優良的(de)性(xing)能(neng)，其原因(yin)可能(neng)是陰離子SDS與(yu)(yu)C1157的(de)正電荷相互吸引，降低了溶(rong)液中同(tong)性(xing)電荷間(jian)(jian)的(de)排斥作(zuo)用，同(tong)時疏水基碳氫鏈(lian)增加了溶(rong)液表層分(fen)子排列的(de)緊密度，使表面活性(xing)劑增大，降低了起泡難度。

林超以全氟-2-甲(jia)基-2-戊烯為原料合(he)成(cheng)了氧化銨(an)(an)兩性(xing)(xing)(xing)-氟碳表(biao)(biao)(biao)面(mian)活(huo)性(xing)(xing)(xing)劑，該(gai)物(wu)質(zhi)可(ke)有(you)效降低溶液(ye)(ye)的表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力(li)(li)，僅為19.93 mN/m，cmc值為1.73×10-2mol/L。與APG0810復配后，協同作(zuo)用(yong)極(ji)好，在基本不改變表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力(li)(li)的狀況下，氟碳表(biao)(biao)(biao)活(huo)性(xing)(xing)(xing)劑的用(yong)量可(ke)減(jian)少100倍。合(he)成(cheng)中選用(yong)了氧化銨(an)(an)作(zuo)為親(qin)水基團(tuan)，是由于(yu)它可(ke)以增強氟碳表(biao)(biao)(biao)面(mian)活(huo)性(xing)(xing)(xing)劑的分子(zi)剛性(xing)(xing)(xing)，進而提高其表(biao)(biao)(biao)面(mian)活(huo)性(xing)(xing)(xing)。原料中含(han)有(you)全氟甲(jia)基官能團(tuan)，它可(ke)以使(shi)溶液(ye)(ye)的表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力(li)(li)減(jian)小，從而使(shi)泡沫在面(mian)對熱量、燃液(ye)(ye)和化學干粉劑等破壞作(zuo)用(yong)時具有(you)一(yi)定的抵抗能力(li)(li)，提高了滅(mie)火(huo)應用(yong)性(xing)(xing)(xing)能。該(gai)物(wu)質(zhi)可(ke)以取代PFOA成(cheng)為滅(mie)火(huo)劑的核(he)心組(zu)分。

李莉等將兩性(xing)-氟碳型(xing)化合物(F1157)與非(fei)離(li)(li)子型(xing)碳氫(qing)化合物(XL-50、TMN-6、APG-0810)進行復(fu)配(pei)(pei)，界面(mian)張(zhang)力分別為(wei)0.4，0.24，0.063 mN/m，復(fu)配(pei)(pei)協(xie)同(tong)作用良好(hao)，增(zeng)(zeng)效明顯。與甜菜堿型(xing)碳氫(qing)化合物(BS-8)復(fu)配(pei)(pei)時協(xie)同(tong)性(xing)進一(yi)步(bu)增(zeng)(zeng)強，當F1157與BS-8質量比為(wei)1∶5時，鋪展面(mian)積最(zui)高可(ke)達99 mm2，且表面(mian)張(zhang)力比非(fei)離(li)(li)子復(fu)配(pei)(pei)體(ti)系更低(di)，所以(yi)該物質應(ying)與BS-8復(fu)配(pei)(pei)進行使用。

端(duan)木(mu)亭亭等自制(zhi)短鏈氨基酸(suan)類型的氟(fu)(fu)碳(tan)(tan)化合(he)物，結(jie)構式為(wei)RfCONHCH2CH2N(CH2CH2COONa)2。將其與碳(tan)(tan)氫化合(he)物復配，加(jia)(jia)入(ru)輔(fu)助添加(jia)(jia)劑和(he)螯(ao)合(he)劑，得(de)到非PFOA新型高濃度AFFF原(yuan)液。實驗顯(xian)示，穩定劑的加(jia)(jia)入(ru)增加(jia)(jia)了析液時間，抗燒時間可(ke)(ke)達到15 min，且(qie)滅(mie)火(huo)(huo)迅速，可(ke)(ke)以(yi)(yi)在6～8 s內將火(huo)(huo)熄滅(mie)。由于鋪(pu)(pu)展(zhan)系數可(ke)(ke)以(yi)(yi)達到2.2，所(suo)以(yi)(yi)在油面(mian)上(shang)可(ke)(ke)以(yi)(yi)很快鋪(pu)(pu)展(zhan)，應用于滅(mie)火(huo)(huo)工業效(xiao)果(guo)良好。建議今后應多研究(jiu)短鏈氨基酸(suan)類兩性(xing)-氟(fu)(fu)碳(tan)(tan)型化合(he)物與助添加(jia)(jia)劑之(zhi)間的關系，通過調節配比和(he)用量，在最大程度上(shang)發揮含氟(fu)(fu)化合(he)物的性(xing)能優勢。

表(biao)1氟碳表(biao)面活性劑類型及特性

通過(guo)將短(duan)(duan)(duan)鏈(lian)(lian)氟(fu)(fu)碳(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)劑進行優(you)選和整理，可(ke)(ke)(ke)以清晰地看(kan)出，目前有四種類(lei)型(xing)(xing)：①短(duan)(duan)(duan)鏈(lian)(lian)陰-氟(fu)(fu)碳(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)劑常以磺(huang)酸鹽(yan)和羧酸鹽(yan)為(wei)合成原(yuan)料，這是由于兩(liang)(liang)者本(ben)身就具有良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和親(qin)水性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，引入(ru)氟(fu)(fu)原(yuan)子后可(ke)(ke)(ke)以使其發(fa)揮出更大的(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能優(you)勢；②短(duan)(duan)(duan)鏈(lian)(lian)陽-氟(fu)(fu)碳(tan)(tan)型(xing)(xing)化(hua)合物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)制備(bei)原(yuan)料多(duo)為(wei)全氟(fu)(fu)季銨鹽(yan)類(lei)，它(ta)可(ke)(ke)(ke)以不受pH值影響(xiang)(xiang)，且與其他(ta)碳(tan)(tan)氫化(hua)合物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)復配協同(tong)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)較(jiao)好(hao)(hao)，非常具有工(gong)業應(ying)用的(de)(de)(de)價值；③短(duan)(duan)(duan)鏈(lian)(lian)兩(liang)(liang)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)-氟(fu)(fu)碳(tan)(tan)型(xing)(xing)化(hua)合物(wu)(wu)(wu)(wu)中，甜菜堿(jian)類(lei)型(xing)(xing)比常規碳(tan)(tan)氫化(hua)合物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)更高(gao)，同(tong)時它(ta)的(de)(de)(de)寬等電點也在一定(ding)程度上增(zeng)加(jia)(jia)了(le)它(ta)的(de)(de)(de)pH適用范圍，且應(ying)用成本(ben)不高(gao)，生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)降解性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)好(hao)(hao)，所以同(tong)樣具有很大商業開(kai)發(fa)價值；④短(duan)(duan)(duan)鏈(lian)(lian)非離(li)(li)子-氟(fu)(fu)碳(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)劑在水溶液中為(wei)非離(li)(li)子狀態，故穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)高(gao)，不受pH值影響(xiang)(xiang)，可(ke)(ke)(ke)適應(ying)強(qiang)酸堿(jian)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)環境，并且與碳(tan)(tan)氫化(hua)合物(wu)(wu)(wu)(wu)復配后的(de)(de)(de)協調(diao)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)良好(hao)(hao)。但當前所報道的(de)(de)(de)非-氟(fu)(fu)碳(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)劑多(duo)為(wei)長鏈(lian)(lian)結(jie)構(gou)，不利(li)于環境的(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)持續(xu)發(fa)展，建議應(ying)加(jia)(jia)快短(duan)(duan)(duan)鏈(lian)(lian)結(jie)構(gou)研(yan)(yan)發(fa)和應(ying)用的(de)(de)(de)研(yan)(yan)究步(bu)伐(fa)。各(ge)種離(li)(li)子類(lei)型(xing)(xing)氟(fu)(fu)碳(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)劑及其特性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)見表(biao)(biao)1。