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氟系防水剂|含氟聚合物的结构与特点
氟是元素周期表中电负性最大的元素,碳链上的氢原子被氟原子取代后,键能约增加了72kJ/mol(C-F键键能为486KJ/mol,C-H键键能为414KJ/mol,C-C键键能为347KJ/mol)。氟原子的范德华半径比氢原子略大,但比其它所有元素的原子半径小,而且由于相邻氟原子的相互排斥,使氟原子不在同一平面内,主链中C-C-C键键角由112°变为107°,沿碳链作螺旋分布,恰好能把碳碳链严密地包住,这样空间上全氟链烃的碳链,受到周围性质稳定的氟原子的良好保护,即使最小的原子也难以楔入。
而且氟原子极化率较低,造成C—F键的极性较强,氟碳原子的共用电子对大大偏向氟原子,使氟原子带有多余负电荷,形成一层负电荷保护,使带负电的亲核试剂无法接近碳原子发生化学反应。由于C—F键键长短,键能大,全氟碳链刚性强,柔顺性差,造成与活性化学物质作用力小,所以与碳氢类化合物相比,氟碳化合物具有较高的热和化学稳定性及极低的表面能,有些氟碳型表面活性剂只需100~200mg/L就可以使水溶液的表面张力下降到20mN/m,并且这种大幅度降低无论在水中还是有机溶剂中表现都很出色。
含氟丙烯酸酯防水剂正是利用了氟的低表面能这一特性,用其处理皮革后,具有极低表面能的全氟碳链由于刚性强,柔顺性差,就像猪毛一样竖立在聚合物分子的表面而伸向外侧。这样,当液体滴到皮革表面时就被这层全氟碳链屏蔽了,发挥出优良的防水防油效果。