一种改性氟醇醚表面活性剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种改性氟醇醚表面活性剂及其制备方法和应用，所述改性氟醇醚表面活性剂的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：改性二维纳米材料10

【技术实现步骤摘要】
一种改性氟醇醚表面活性剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于表面活性剂
，涉及一种改性氟醇醚表面活性剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]含氟表面活性剂具有高表面活性、高热稳定性和高化学稳定性、既憎水又憎油的特点，被广泛应用于化学、化工、纺织、皮革、建筑、石油、消防等多个领域。
[0003]氟碳表面活性剂因其具有高表面活性、高化学稳定性、高耐热稳定性、既憎水又憎油等特殊性能，被广泛应用于消防、纺织、皮革、造纸、选矿、电子、农药和化工等各个领域，品种较多，用途极广。氟碳表面活性剂通常是由全氟链和亲水链组成，最常见的氟碳表面活性剂主要包括：不同疏水链长的全氟辛烷磺酸盐以及不同疏水链长的全氟辛酸等。研究表明，氟碳表面活性剂的高表面活性是由于其分子间的范德华力小造成的，表面活性剂分子从水溶液中移至溶液表面所需的张力小，导致了活性剂分子在溶液表面大量聚集，形成强烈的表面吸附，而这类氟碳表面活性剂不仅对水的亲和力小，而且对碳氢化合物的亲和力也较小，因此形成了既憎水又憎油的特性。
[0004]在氟碳表面活性剂中，由于全氟辛烷磺酸和全氟辛酸的成本相对较低，故以其作为起始原料制备的氟碳表面活性剂应用较多。但相关研究表明，全氟辛烷磺酸/全氟辛酸性质稳定，极难降解，该类型氟碳表面活性剂易在生物体内累积，并且具有一定的毒性，对生态环境有一定的危害性，因此，寻找合适的全新的可降解氟碳表面活性剂以替代现有的全氟辛烷磺酸/全氟辛酸类表面活性剂已成为本领域的一个重要方向。
[0005]CN111019120A公开了一种新型高效助排剂用氟碳表面活性剂制备方法及应用。包括如下步骤：(a)将全氟聚醚酰氟溶于极性有机溶剂中，与三乙烯二胺混合，加热后再加入苛性碱；(b)将所述步骤(a)得到的双全氟聚醚酰胺与三氯乙醇在醇溶剂中混合；(c)将所述步骤(b)得到的N
‑
N
‑
乙醇双全氟聚醚酰胺与氯酸混合，再加入苛性碱进行，得到所述新型高效助排剂用氟碳表面活性剂。该专利技术制得的氟碳表面活性剂表面活性高、耐温好、溶解性好、合成条件温和等优点，将其加入到助排剂中，只需加入极少量到压裂液或酸液中就能显著降低其表面张，降低毛细管力，提高注入流体的返排效率，且制备方法简单易行，易于工业化应用。但该专利技术的氟碳表面活性剂的附着力有待进一步提高。
[0006]因此，在本领域中，期望开发一种兼具高表面活性和高附着力、并且具有更好的防雾时长和耐擦耐久性的氟碳表面活性剂。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种改性氟醇醚表面活性剂及其制备方法和应用。本专利技术的改性氟醇醚表面活性剂同时具有高表面活性和高附着力，可作为添加剂起到流平、防雾、清洁等功能。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种改性氟醇醚表面活性剂，所述改性氟醇醚表面活性剂的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
[0010][0011]所述改性二维纳米材料中同时含有羟基和氨基。
[0012]在本专利技术中，将改性二维纳米材料作为模板，将其投入氟醇醚合成反应中，改性二维纳米材料中的羟基可以与环氧乙烷原位聚合，形成聚醚链，改性二维纳米材料中的氨基可以接枝氟醇，本专利技术的反应工艺及催化剂选择，可减少氟醇与环氧乙烷直接接枝聚合，使其更多的接枝在二维纳米材料上，形成氟碳链，最终形成纳米材料“嵌段”的氟醇醚表面活性材料。本专利技术的改性氟醇醚表面活性剂兼具纳米材料高附着力、高强度以及氟碳表面活性剂材料高表面活性的特点，可作为添加剂起到流平、防雾、清洁等功能。
[0013]本专利技术中引入改性二维纳米材料，可以提高涂料的流平、阻隔、耐水等性能，例如防雾涂料使用纯的氟醇醚表面活性剂，可以达到防雾效果，但表面活性材料易流失，防雾时常长和耐擦耐久差；而用本专利技术制备的改性二维纳米材料改性的氟醇醚表面活性剂，可以达到防雾效果的同时，改性二维纳米材料具有良好的阻隔、耐水性能，会减缓表面活性材料的流失，从而达到更好的防雾时长和耐擦耐久性。
[0014]在本专利技术中，若氟醇和环氧乙烷的用量相差太大，比如氟醇的重量份数小于20份、环氧乙烷的重量份数大于80份，或者氟醇的重量份数大于80份、环氧乙烷的重量份数小于20份，会导致氟醇和环氧乙烷在改性二维纳米材料的接枝比例相差太大，氟碳链和聚醚链的聚合度相差较多，最终导致改性氟醇醚表面活性剂的表面活性不好。
[0015]在本专利技术中，所述改性氟醇醚表面活性剂的制备原料中，改性二维纳米材料的用量可以为10份、20份、30份、40份、50份、60份、70份、80份、90份或100份等。
[0016]在本专利技术中，所述改性氟醇醚表面活性剂的制备原料中，氟醇的用量可以为20份、30份、40份、50份、60份、70份或80份等。
[0017]在本专利技术中，所述改性氟醇醚表面活性剂的制备原料中，环氧乙烷的用量可以为20份、30份、40份、50份、60份、70份或80份等。
[0018]在本专利技术中，所述改性氟醇醚表面活性剂的制备原料中，催化剂的用量可以为0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或1份等。
[0019]优选地，所述改性二维纳米材料通过以下制备方法制备得到：
[0020](1)将二维纳米材料分散到溶剂中，添加分散剂，超声处理，使二维纳米材料插层、剥离，得到悬浮液；
[0021](2)将所得的悬浮液静置，吸取上清液，然后用过滤膜对上清液进行超细抽滤，并用溶剂清洗抽滤，烘干，得到二维纳米材料膜；
[0022](3)将二维纳米材料膜置于等离子体氛围中进行处理，然后真空干燥至恒重，得到所述改性二维纳米材料。
[0023]在本专利技术中，通过将二维纳米材料沉积平铺，形成二维纳米材料膜，并利用PLASMA
处理将材料顶面
‑
OH进行氨基化处理，可以得到表面部分氨基化部分羟基化的二维纳米材料。
[0024]优选地，所述二维纳米材料为带有羟基的二维纳米材料，包括纳米磷酸锆、改性石墨烯、层状粘土硅酸盐材料或二维二氧化钛片中的任意一种，优选纳米磷酸锆。
[0025]优选地，所述改性石墨烯包括氧化石墨烯、氟化石墨烯或氧化氟化石墨烯中的任意一种或至少两种的组合。
[0026]优选地，所述层状粘土硅酸盐材料包括蒙脱土或滑石粉。
[0027]优选地，所述带有羟基的二维纳米材料的粒径为30
‑
3000nm，例如30nm、50nm、80nm、100nm、300nm、500nm、800nm、1000nm、1500nm、2000nm、2500nm或3000nm等。
[0028]若带有羟基的二维纳米材料的粒径小于30nm，氟醇与环氧乙烷在二维纳米材料上的反应产率会大幅降低，若带有羟基的二维纳米材料的粒径大于3000nm，二维纳米材料更容易发生团聚，导致反应无法进行。
[0029]优选地，步骤(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性氟醇醚表面活性剂，其特征在于，所述改性氟醇醚表面活性剂的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：所述改性二维纳米材料中同时含有羟基和氨基。2.根据权利要求1所述的改性氟醇醚表面活性剂，其特征在于，所述改性二维纳米材料通过以下制备方法制备得到：(1)将二维纳米材料分散到溶剂中，添加分散剂，超声处理，使二维纳米材料插层、剥离，得到悬浮液；(2)将所得的悬浮液静置，吸取上清液，然后用过滤膜对上清液进行超细抽滤，并用溶剂清洗抽滤，烘干，得到二维纳米材料膜；(3)将二维纳米材料膜置于等离子体氛围中进行处理，然后真空干燥至恒重，得到所述改性二维纳米材料。3.根据权利要求2所述的改性氟醇醚表面活性剂，其特征在于，所述二维纳米材料为带有羟基的二维纳米材料，包括纳米磷酸锆、改性石墨烯、层状粘土硅酸盐材料或二维二氧化钛片中的任意一种，优选纳米磷酸锆；优选地，所述改性石墨烯包括氧化石墨烯、氟化石墨烯或氧化氟化石墨烯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述层状粘土硅酸盐材料包括蒙脱土或滑石粉；优选地，所述带有羟基的二维纳米材料的粒径为30
‑
3000nm；优选地，步骤(1)所述溶剂包括水或有机溶剂，所述有机溶剂包括N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或异丙醇中的任意一种；优选地，所述分散剂包括烷基胺、氨基醇或聚醚胺中的任意一种或至少两种的组合，优选油胺、乙醇胺、四甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、四丁基铵、氨基丙醇、氨基丁醇、二甘醇胺、三(羟甲基)氨基甲烷胺、聚乙二醇醚胺、聚丙二醇醚胺或聚四氢呋喃醚胺中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述分散剂和所述二维纳米材料的摩尔比为(0.5
‑
2):1。4.根据权利要求2或3所述的改性氟醇醚表面活性剂，其特征在于，步骤(2)所述过滤膜包括混纤膜或PTFE膜；优选地，步骤(2)所述过滤膜的孔径为0.22μm或0.47μm；优选地，步骤(2)所述二维纳米材料膜的厚度为5
‑
2000nm；优选地，步骤(2)所述溶剂包括酒精或水。5.根据权利要求2
‑
4中任一项所述的改性氟醇醚表面活性剂，其特征在于，步骤(3)所述等离子体包括N2和/或NH3；优选地，步骤(3)所述等离子体还包括He、Ar、Ne或Xe中的任意一种；优选地，步骤(3)所述真空干燥的温度为40
‑
60℃。
6.根据权利要求2
‑
5中任一项所述的改性氟醇醚表面活性剂，其特征在于，步骤(3)所述将二维纳米材料膜置于等离子体氛围中进行处理，具体为将二维纳米材料膜置于等离子体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张至，
申请(专利权)人：深圳南科新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：