鲁聚化学专注有机氟十三年
要了解有机氟聚合物
必须先从氟原子说起
氟原子的独特性质
氟位于元素周期表的第二周期第七主族
氟元素在地壳中的含量排第十三位
具有独特的电子效应和空间位阻效应
很强的吸电子能力
有机氟化学的蓬勃发展离不开其在材料领域的广泛应用,近代氟化学的一个重要转折点是“曼哈顿计划”,造原子弹的铀-235富集离不开氟元素(气体扩散法),由铀-235组成的六氟化铀气体分子量小,通过扩散膜的比例稍大于由铀-238组成的六氟化铀分子,而“塑料王”聚四氟乙烯则可以用于原子弹、炮弹等的防熔密封垫圈。含氟塑料、含氟橡胶以及含氟涂料中的很多品种都是高端材料,具有十分优异的耐高温、抗寒冷、耐酸耐碱等性能,在耐极端条件下被广泛使用。
有机含氟化合物的宏观物理性质是由其微观分子结构和分子间相互作用等因素决定的,C-F键具有较低的HOMO和LUMO能级,这就决定了其“易还原,难氧化”的反应性特点。由于C-F键的HOMO能量低,说明原子核对价电子束缚作用强,电子云分布不易受外界影响,即可极化能力弱。可极化能力直接对分子间作用力产生影响,间接影响有机氟化合物的沸点、溶解度、脂溶性、表面张力和介电常数等宏观物理性质。
溶解度:除水相和有机相外,全氟化合物具有独特的“氟碳相”,全氟化合物和其他化合物分子间相互作用力弱,因此能自成一相。含多个氟原子的有机物在全氟溶剂中溶解度较好,氟碳相化学在催化剂回收、含氟化合物分离等领域中应用广泛。另外,含氟溶剂对气体的溶解能力要强于常规溶剂。
pKa:由于氟原子的强吸电子效应,含氟化合物的酸性会增强,pKa值降低。
碳正离子稳定性:氟原子电负性强,对于β-碳正离子总是去稳定化,而对于α碳正离子除了去稳定化的诱导效应,还存在稳定化的反馈效应,氟原子上的孤对电子能反馈到碳正离子的空轨道,使其稳定。
碳负离子稳定性:由于诱导效应,氟是稳定碳负离子的,氟总是稳定β-碳负离子的,然而对于α-碳负离子,氟的反馈效应使其去稳定化。
自由基:含氟自由基一般为缺电子自由基,氟能显著影响碳自由基的立体结构,如甲基自由基是平面结构,而含氟自由基为角锥结构。
β-消除:碳负离子α位存在氟等杂原子时,容易发生β-消除反应得到烯烃,故含氟烯烃易发生加成-消除反应。
芳环上的C-F键:芳环上C-F键的官能团化反应在药物分子合成中常被使用,相对其它C-X键,氟的吸电子能力更强,可以稳定芳香亲核取代过程中形成的芳基负离子中间体,反应更易进行。
烯基C-F键:从烯基C-F键转变为烷基C-F键在能量上是有利的,如下图的cope重排反应等等。
位阻效应:尽管氟原子具有除氢外最小的原子半径,但其半径略小于氧,三氟甲基的体积介于异丙基和叔丁基之间。
欢迎您进入正题,以上复杂的结构式您可以直接略过,含氟有机驻极剂主要利用了氟原子的基本特性、吸电子管能团与电子效应,氟的一切特性皆源于其分子结构。还需要引入一段,氟原子具有最大的电负性,较低的HOMO和LUMO轨道,导致了其一系列独有的理化特征,那么什么是电负性呢?不建议跳过,可以试着看一下。
氟具有最强的电负性,也就是说它有非常强的吸电子能力,被氟原子吸附住的电子,通俗来讲就是所谓的驻极原理,氟是非极性材料,绝缘性非常好,电子不容易散逸,就形成了驻极体,一般来讲,绝缘性越好的材料越容易产生静电。用作驻极体的原材料需要优异的介电性能,如高体电阻和表面电阻、高介电击穿强度、低吸湿性和透气率等。
驻极体材料可分为无机驻极体、有机驻极体和生物驻极体。
含氟有机驻极剂粉体不含有任何成分的无机物,所以,不会产生任何的灰分,无杂质,无颗粒物,喷丝不堵网,无机驻极剂与有机驻极剂不存在好坏之分,主要看应用与使用者的需求点,说起有机驻极时效性,就要先说一下空气过滤材料的静电驻极方法,驻电方法主要有电晕放电、摩擦起电、静电纺丝、热极化和低能电子束轰击。
用电晕放电、摩擦起电及静电纺丝三种充电技术给不同聚合物类型的纤维或织物充电。其中聚丙烯熔喷和纺粘非织造布采用电晕放电方式施加电荷,聚丙烯和改性聚丙烯腈纤维混合织物利用纤维梳理过程摩擦静电充电,并且用静电纺丝方法纺出了聚氯化乙烯、聚碳酸酯和聚氨酯纤维。实验结果表明摩擦充电仅适合于具有不同电负性的纤维充电,两种电负性不同的纤维混合在一起, 采用摩擦起电充电,其过滤材料的过滤效率比电晕放电处理的好,但电晕放电适用范围较广,且面密度大的织物充电效果要优于面密度小的织物。而静电纺丝优点在于它的电荷储存能力比其他两者强。
有机驻极时效性
参考含氟膜材料进行实际过滤性能,通过德国进口的 TOPASAFC-133 动态滤料测试仪进行测试。该设备通过模拟实际除尘工况,通过 30次1000pa定压调试过程,10000次 5 秒定时喷吹的老化规程。在经过 20 次定压 1000pa 喷吹的稳定过程。最终在进行 30 次 1000pa 定压喷吹的测量过程。
驻极处理滤料 30 个周期的过滤时间为 14143s,而普通处理滤料 30 个周期的过滤时间为 13783s,在清灰周期方面驻极滤料为 471.43s,非驻极滤料的清灰周其 459.43s。通过以上数据可以看出,驻极滤料在清灰周期一定优势。
驻极处理滤料老化过程开始时初始阻力为 200Pa,老化过程结束时残余阻力为 360Pa。普通处理滤料老化过程开始时初始阻力为 230Pa,老化过程结束时残余阻力为 360Pa。残余阻力驻极滤料比普通滤料对粉尘的收集能力更强所以阻力上升幅度更大。
驻极处理滤料 30 个周期的过滤时间为 11127s,30个周期的粉尘排放浓度为 0.2909mg/m3,30 个周期后过滤效率为 99.4350%。普通滤料 30 个周期的过滤时
间为 11329s,30 个周期的粉尘排放浓度为 0.5229mg/m3,30 个周期后过滤效率为 99.0002%。通过以上实验参数对比,经过驻极处理的滤料。在过滤效率以及排放浓度优于普通滤料。
①含氟有机驻极剂不易分散,建议螺杆长度不低于48长径比,44及40不建议使用;
②驻极母粒建议添加10份,超过10份以上建议挤出机进行侧喂料;
③适当实际熔体温度提高至200-230度来加工,不建议低于200度以内加工;
④基材建议使用熔喷专用料1500,建议螺杆调整为强剪切,强分散模式;
⑤熔喷布工艺必须配备驻极设备产品才有驻极能力;
⑥与过氧化物一起造粒生产熔喷料建议添加比例为千分之三-五;
鲁聚化学专注有机氟领域13年,我们的使命是发扬有机氟,专注有机氟,为成为全球领先的有机氟类聚合物添加剂生产型品牌企业而奋斗!
文章内有需要改进的地方欢迎更多的行业朋友及专家进行指正。
参考文献:
[1] Bioorganic and Medicinal Chemistry of Fluorine. By JeanPierre Be´gue´ and Danie`le Bonnet-Delpon. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ. 2008 (该书系统总结了氟化学在生物医药领域的应用)
[2] Chem. Soc. Rev., 2008, 37, 308–319
[3] 驻极体材料在除尘滤料的应用
鲁聚化学是谁
年产1000吨PPA含氟聚合物加工助剂
1200吨聚四氟乙烯抗滴落剂及
100吨PC无卤阻燃剂
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