[发明专利]含六氟丙烯三聚体基的表面活性剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面活性剂，具体涉及一种含六氟丙烯三聚体基的表面活性剂及其制备方法。

背景技术

表面活性剂是含有亲水和疏水基团的物质。根据疏水基团的不同，可以分为碳氢表面活性剂、含氟表面活性剂等。根据亲水基团的不同又可以分为阳离子型、阴离子型、非离子型、以及两性型等。含氟表面活性剂是含有疏水性的长链全氟烷基或全氟聚醚和亲水基团的化合物。与一般的碳氢表面活性剂相比，含氟表面活性剂具有高表面活性，高热稳定性及高化学稳定性，以及优异的憎水又憎油性能，即所谓的“三高”和“两憎”特性，适用于普通碳氢表面活性剂不能满足使用要求的各种场合，在日常生活、工业生产、国防科技等领域有着广泛的应用。

含氟表面活性剂，尤其是典型的含有长全氟烷基链的含氟表面活性剂，具有高度的生物代谢稳定性、远距离迁移特性、高的生物蓄积性、以及潜在的生物毒性（NeuroToxicology29(2008)160–169），引起了广泛的关注。例如全氟辛基磺酸（PFOS）及其衍生物已被国际斯德哥尔摩公约列为持久有机污染物（POPs）之一，受到限制和禁止使用。其它的含有长全氟烷基链的表面活性剂如全氟辛酸（PFOA）及其衍生物的应用而带来的环境生态问题也受到人们的高度重视（Chemosphere,58(2005)1471–1496）。发展新型含氟表面活性剂，替代含有长全氟烷基链的含氟表面活性剂，具有重要的经济和社会效益。

六氟丙烯三聚体，来源广泛，价格相对低廉，作为含氟前体材料不受国际斯德哥尔摩公约列为持久有机污染物（POPs）限制使用。目前，有文献报道六氟丙烯三聚体的衍生物可作为表面活性剂、液晶以及无腐蚀性流体使用（Journal of Fluorine Chemistry120(2003)93-96）。六氟丙烯三聚体与芳香类磺酸、羧酸反应，可以得到相应的阴离子含氟表面活性剂，用作脱模剂（US560177A）、含氟乳液聚合的表面活性剂（US4438001）等。

以六氟丙烯三聚体为含氟前体材料合成含氟表面活性剂，存在两方面的主要问题：一是六氟丙烯三聚体的全氟烷基链较PFOS和PFOA短，并且具有支链化结构，因此六氟丙烯三聚体衍生物的表面活性相对较差，尚未得到广泛使用；二是六氟丙烯三聚体作为含氟前体材料进行衍生化，反应类型主要是乙烯基氟的亲核取代，一般通过烷基亲核试剂衍生的化合物稳定性差，无法满足特定使用场合的使用要求。因此，进行适当的分子设计，并选择合理化学性质稳定的连接链结构，是获得高表面活性和高稳定性的含六氟丙烯三聚体基的表面活性剂的关键。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一类含六氟丙烯三聚体基的表面活性剂。

本发明的另一目的在于提供上述含六氟丙烯三聚体基的表面活性剂的制备方法；以六氟丙烯三聚体为含氟前体材料，以苯环为刚性连接链，制备得到以六氟丙烯三聚体为疏水单元的含氟表面活性剂。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一类含六氟丙烯三聚体基的表面活性剂，包括阳离子系列、氧化胺系列和阴离子系列，结构式分别如式Ⅰ、式Ⅱ、和式Ⅲ所示：

其中：R¹和R²为-CH₃、-CH₂CH₃、或-CH₂CH₂OH；R³为-CH₃、-CH₂CH₃、-CH₂CH₂OH、-H、-CH₂CH₂CH₃、-CH₂CH₂CH₂CH₃、或-CH₂COOC₂H₅；X为I或Br；M^-为SO₃^-或SO₄^-；Y⁺为Na⁺或K⁺。