共混表面活性剂对分散PTFE乳液稳定性影响

田仁平，李 平，刘 频，王晓妹

（浙江巨圣氟化学有限公司，浙江 衢州 324004）

0 前言

PTFE分散乳液是四氟乙烯在以水为介质、全氟辛酸为分散剂的条件下，通过自由基聚合得到的乳液。聚合乳液经过浓缩并加入一定量的稳定剂（表面活性剂）获得固含量60%±2%的标准乳液。PTFE乳液的主要加工方法包括浸渍、喷涂、纺丝和薄膜浇铸等。

在PTFE分散乳液加工领域中，乳液本身的pH值、稳定性、粘度、临界开裂厚度等性能，对分散液加工配方与制品应用影响很大。PTFE乳液中非离子表面活性剂作为乳液的稳定剂[1-2]，其能够防止分散液凝聚、稳定PTFE分散液，同时能增进分散液的润湿性和调节粘度。无论PTFE乳液采用浸涂、辊涂还是喷涂的加工方法，提高分散液的稳定性有利于PTFE乳液加工与应用。

本文针对PTFE乳液在加工过程中出现的干裂、团聚、喷涂过程中容易堵塞喷头等问题，研究了添加阴离子表面活性剂对共混表面活性剂的浊点影响，并测试PTFE乳液与共混表面活性剂三元体系的热稳定性与抗剪切稳定性能。

1 实验部分

1.1 实验原料及仪器

研究共混表面活性剂浊点对PTFE乳液热稳定性以及抗剪切性能的影响，本实验中选取了两种阴离子表面活性剂和两种非离子表面活性剂，采用分析仪器进行探究。具体的实验原料及仪器说明如表1所示。

1.2 试样制备

共混表面活性剂制备：将粉末状的S1、S2助剂与Tx-100TMN-12按照质量分数比为1∶1000、3∶1000、5∶1000 以及 10∶1000 的比列，配置成共混表面活性剂试样。

PTFE乳液与共混表面活性剂三元体系制备：将质量分数为1%的共混表面活性剂加入到PTFE分散乳液中，充分搅拌均匀后在19℃下恒温保持24 h，再进行相关性能测试。

1.3 测试与表征

共混表面活性剂浊点检测：利用自动倾点浊点测试仪对共混表面活性剂进行浊点检测。

表1 试验材料以及规格型号Table 1 The test materials and specifications

热稳定性测试：将含有共混表面活性剂的PTFE乳液，从19℃的恒温环境中取出，并在恒温水浴锅中加热到60℃，保持温度，记录PTFE乳液产生相分离需要的时间。

抗剪切稳定性能测试：向含有共混表面活性剂的PTFE乳液中，加入一定比例的破乳剂-Regent。利用机械破乳原理，在高速搅拌下，记录PTFE乳液破乳时间。

2 结果与讨论

2.1 阴离子表面活性剂对浊点影响

将非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂按照一定的比例共混，测得共混二元体系的浊点。 结果如图 1所示，从图 1（a）（b）曲线可以看出，无论是阴离子表面活性剂S1还是S2与非离子表面活性剂TX-100TMN-12共混后，浊点都有所提升；在同一比例下，S2与TX-100TMN-12共混后测得的浊点比S1与TX-100TMN-12共混测得的浊点约提高2℃。

图1 添加0.2%的阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂共混浊点Figure1 the cloud point of 0.2%anionic surfactant blending with non-ionic surfactant-alloying binary system

根据Schott[3]的研究结果，加入的S1、S2阴离子表面活性剂中所含阳离子具有络合作用，即醚中的氧所提供的弧对电子能填入金属离子的空轨道形成络合物，大大增强了极性基的亲水性，从而使二元共混体系的表面活性剂浊点升高。此外，从物理的角度来讲，加入的两种阴离子表面活性剂与TMN-12或TX-100不相容，两项共混体系的浊点高于纯组份物质。

对于加入S2阴离子表面活性剂的共混体系浊点高于与S1共混的二元体系的解释归于Hofmeister[4]感胶离子序理论-在阳离子相同的表面活性剂中，S2中的SO42-感胶离子数要比S1中感胶离子数低，阴离子感胶离子数越大，临界浓度也越大，非离子表面活性剂的浊点变化量越小。因而含SO42-的阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂共混形成的二元体系浊点稍微高于含共混表面活性剂。

2.2 阴离子表面活性剂浓度对共混体系浊点影响

在非离子表面活性剂TX-100中加入不同质量分数的阴离子表面活性剂S1、S2，经发现共混二元体系的浊点随着阴离子表面活性剂浓度的提升显著增加。从图2中可以看出，在加入质量分数为10‰的阴离子表面活性剂前，S1与TX-100共混体系的浊点升高速率比S2与TX-100共混体系缓慢，这也符合感胶离子序理论。到后期，共混体系的浊点随着阴离子表面活性剂质量分数提升，缓慢变化甚至不变。

这是因为在NS中加入阴离子表面活性剂，两者形成了混合胶束。当阴离子表面活性剂含量低时，阴离子表面活性剂插入到NS胶束界面膜内，胶束表面电荷密度增大，浊点升高。随着阴离子表面活性剂质量分数不断提升，在未达到临界最低浓度之前，浊点都是升高的，达到之后，共混体系的浊点，保持平稳。

2.3 共混表面活性剂对PTFE乳液热稳定性能影响

PTFE乳液的热稳定性能从侧面反映了共混表面活性剂二元体系的浊点关系。PTFE乳液产生两项相分离的必要条件是在表面活性剂浊点之上，进行长时间重力沉降，表面活性剂中醚基与PTFE乳液中的羟基结合从而产生相分离。相分离的主要影响因素为表面活性剂的浊点，在本实验中则为阴离子表面活性剂与NS的共混二元体系浊点。

图2 阴离子表面活性剂添加量对共混表面活性剂浊点影响Figure 2 Effect of anionic surfactant addition on cloud point of blend surfactant

在65℃的水浴锅中，观测加入阴离子表面活性剂的乳液发生相分离时间。从图3的结果中可以看出，加入了阴离子表面活性剂S1、S2的乳液，经过4 h未产生相分离，但未加入S1、S2助剂的乳液产生了明显的相分离。继续维持恒温水浴锅中的温度，经过24 h后，加入S1、S2助剂的PTFE乳液仍未产生相分离。

2.4 共混表面活性剂对PTFE乳液抗剪切稳定性能影响

检测PTFE乳液的抗剪切性能是研究乳液稳定性的一种方式。稳定性越好的PTFE乳液，在浸渍布、不粘锅涂层、覆铜板等行业上的应用越好，所获得的产品性能相对较高。

图3 阴离子表面活性剂对PTFE乳液热稳定性影响Figure 3 Effect of anionic surfactants addition on thermal stability of PTFE emulsion

在实验中，将含有0.2%阴离子表面活性剂与PTFE乳液共混，形成阴离子表面活性剂-非离子表面活性剂-PTFE乳液的三元体系。向三元体系中加入一定量的破乳剂-Regent，在2000 r/min的机械搅拌下测试三元体系的抗剪切稳定性 （以PTFE乳液破乳时间为准）。

从图4（a）中的结果来看，含S1S2阴离子表面活性剂的三元PTFE乳液体系，破乳时间高于仅仅含有非离子表面活性剂的PTFE乳液；此外，加入S2的PTFE乳液三元体系破乳时间能够达到320 min，而S1的三元体系，破乳时间为280 min，略低于S2三元体系。

图4 共混表面活性剂对PTFE乳液抗剪切性能影响（a）0.2%、0.5%的共混表面活性剂（b）TX-100-不同比列 S2Figure4 Effect of blend surfactants on shear stability(a)non-ionic surfactant with 0.2%、0.5%anionic blended surfactant（b）TX-100 adding different portion of S2

从结果来看，稳定性的优劣与二元共混表面活性剂体系的浊点密不可分。共混二元体系的浊点越高，共混三元PTFE乳液体系的抗剪切时间越长，稳定性越好。此外，阴离子表面活性剂的质量分数越高，共混三元PTFE乳液体系抗剪切性能越好。从图4（b）结果来看，当阴离子表面活性剂的质量分数达到1%时，乳液抗剪切时间能够提高到420 min。

3 结论

（1）在非离子表面活性剂中添加适量的阴离子表面活性剂，浊点提高。添加含硫酸根的阴离子表面活性剂，共混表面活性剂的浊点比相同条件下含苯环的共混表面活性剂浊点提高约2℃。

（2）添加了阴离子表面活性剂的PTFE乳液，抗剪切稳定性以及热稳定性有所提高，随着阴离子表面活性剂添加量增加，抗剪切稳定性时间有所延长，当添加量达到1%时，抗剪切时间达到了420 min。

（3）表面活性剂中含硫酸根的PTFE乳液，抗剪切稳定性时间比含苯环的PTFE乳液有一定程度的提高。