新的含氟表面活性剂解决了围绕C8调聚物化学的环境问题| PCI杂志

多年来，人们已经知道，某些链长为C8或更长的全氟烷基具有在鱼类和哺乳动物体内生物积累的潜力。在世界各地的人类血液样本中也发现了大量的这些化学物质。因此，当3M公司在2000年5月宣布自愿撤回所有含有C8氟化学物质的产品时，这并不完全令人惊讶，但确实带来了一个令人困惑的困境。什么会取代他们的位置?其他公司多久会效仿3M的做法?其他氟化学物质，例如基于调聚体的化学物质，是否也会引起类似的关注?(本文中的术语调聚物是指碳链长度从C6到C18的全氟低聚物的混合物，具有活性官能团。)严重依赖C8含氟表面188BET竞彩活性剂的涂料行业，能否在可避免环境和健康风险的替代产品中找到必要的性能特征?

虽然一些公司还没有放弃他们的C8含氟表面活性剂，但改变似乎是不可避免的。美国环境保护署一直在调查类似的C8和更长的链氟化学品，由端粒化过程产生。该机构认识到这些材料对健康的潜在危害，正集中努力查明人类接触的程度、途径和来源。188金宝搏bet官网其危害评估将很快接受同行评审。在欧洲，这些材料也受到了类似的审查188金宝搏bet官网。

随着对这些C8含氟表面活性剂的研究和争论的继续，一种挑战现状的替代技术出现了。该技术以PolyFox™的名称上市，基于短链化学，没有传统C8系统的环境缺陷。PolyFox短侧链聚合物氟表面活性剂由OMNOVA Solutions公司生产，这是一家总部位于美国的专业化学品公司，在全球范围内销售和分销，广泛应用于地板护理产品(图1)，并处于开发的不同阶段，可用于广泛的其他应用。对于涂料来说，这种新颖的、非常规的化学物质有三个明显的优势:(1)环保性;(2)优异的流动、流平和润湿，低泡沫性能，大大提高了脱泡性能;(3)用量远远低于硅树脂和碳氢表面活性剂的要求。

环境问题

最近发表的一些研究记录了C8和长链调聚体产品及其降解物对环境的潜在影响，其中最著名的是多伦多大学的Scott Mabury教授和他的团队。他们的工作亮点显示:

某些含氟化学品的生物积累因子随链长而增加(图2)。
在北美的特定地点，C8调聚体醇的大气浓度是显著的。
在北极物种的血液/组织中发现全氟烷基酸的浓度(图3)。
在污水处理污泥和大气条件下，调聚物醇氧化为C8和长链全氟酸存在降解途径。

Mabury博士是C8和长链氟化学品影响研究领域公认的领军人物，他在谈到传统氟表面活性剂对环境的潜在影响时是这样说的:“很明显，调聚体醇会逃逸到大气中，并具有足够的持久性，在全球广泛传播。同样非常清楚的是，大气过程存在从这些调聚体醇生产全氟羧酸的过程。剩下的问题是收益率，而不是这种情况是否正在发生。”

马布里教授继续说，“氟化学品对社会非常有用，但我们有化学污染问题。控制这类化学品的关键是减少残留物和可降解为调聚醇的产物，缩短全氟烷基链长度以避免生物积累，并谨慎选择稳定不释放材料的连锁化学。”188金宝搏bet官网

在环境保护署和调聚物研究项目联盟的指导下，还在继续开展工作，以更好地了解PFOA(调聚物氟表面活性剂的降解物)的环境命运和人类接触的途径。" PFOA "首字母缩写是指作为调聚物氟表面活性剂降解物的全氟辛酸和其他全氟羧酸，而不是指全氟辛酸铵盐APFO。这项工作连同EPA的危害和风险评估，可能导致对C8和长链全氟烷基及其降解物实施适当控制。

有趣的是，PolyFox的材料似乎遵循了Mab188金宝搏bet官网ury博士的配方。与传统材料相比，新型的西烷化学结构提供了聚醚主链、短的全氟烷基侧链和稳定的醚键(图4)。188金宝搏bet官网

合作战略

随着新的氟表面活性剂技术平台转变为商业产品组合，奥诺瓦解决方案采用了与全球化学监管机构积极合作的战略。与美国环保局、英国卫生与安全管理局和环境署以及日本经济产业省合作，只研究那些监管当局认为对人类健康或环境影响不大的短侧链、聚合物和氟表面活性剂结构。

OMNOVA全球化学品监管经理Bill Beers表示:“我们拥有独特的定制结构，既满足客户对性能的要求，也满足全球监管机构的要求，以确保没有环境问题。”这一战略使PolyFox氟表面活性剂在美国和欧洲获得了监管部门的全面批准，并有能力继续进行新产品开发的技术项目。”

OMNOVA Solutions与荷兰NOTOX实验室合作，完成了所需的物理/化学、毒理学和环境研究，以确保这些新的含氟表面活性剂对环境的影响最小。我们与英国当局一起使用了家族方法和跨界方法，以减少动物试验，并将研究重点放在氟表面活性剂平台边界产品的分子量、侧链长度和端基化学方面。

图5总结了PolyFox含氟表面活性剂平台代表性截面的关键数据，并确认对人类健康或环境没有重大风险。对这些短侧链含氟表面活性剂进行了生物积累研究，结果表明这些材料没有生物积累。188金宝搏bet官网

比尔斯说:“我们的战略是与所有全球监管机构充分合作，并完全透明地向任何感兴趣的人提供环境数据。我们与许多主要客户的环境联系人密切合作。”

非常规性能

除了满足健康和环境目标外，这种潜在的替代化学物质还具有很强的性能属性。通过裁剪聚合物结构可以获得重要的应用效益:

柔性侧链将氟集中在涂层表面，而不是将其埋没在大块涂层中。这使得材料的使用更加高效。
聚醚主链与短的CF3或C2F5氟烷基组合在一系列油漆和涂料体系中提供了良好的相容性;相反，长全氟烷基链化学品在许多体系中相容性有限。
工程聚合物端基化学功能为改性溶剂、水性和100%固体UV/EB涂层体系提供了反应位点，并可将其纳入聚酯或聚氨酯等树脂体系中。

虽然与传统的C8材料相比，PolyFox氟表面活性剂不一定是结构上的“滴入剂”，但在所谓的“中等”表面张力(23 - 27 dynes/cm)下，它们可以提供188金宝搏bet官网优异的流动、流平和润湿性能。这一点，再加上它们的聚合性质，导致了它们所要取代的传统含氟表面活性剂所不具有的性能特征:

PolyFox含氟表面活性剂产生非常低的泡沫。泡沫不仅不稳定，而且良好的脱氧获得多孔或颗粒表面。空气夹带，即使在喷涂涂料中，也是最小化的。
如图6的波扫描所示，在一系列的涂层化学成分和基材上，可以实现非常平坦的表面。
该技术可在与某些非氟化平整剂的混合中提供协同性能，以消除像画框、空气夹带或弹坑等涂层问题。
PolyFox含氟表面活性剂在低浓度下有效，通常在水性涂料中浓度可达百万分之几，这使其与非含氟表面活性剂相比具有成本效益，而非含氟表面活性剂需要处理率高一个数量级。

商业上的成功与机遇

PolyFox业务团队面临的一个真正的挑战是跟上潜在终端应用程序数量快速增长的步伐。OMNOVA PolyFox高级市场经理Joe Twitchell表示:“新机会的范围是如此之广，我们不断寻求领先的开发合作伙伴，他们可以提供商业成功所需的深入应用技术。”“我们最近与美国一家领先的合同木器涂料应用实验室和英国Innovia Solutions建立了这种类型的合作关系，以提高我们为客户提供经济解决方案的效率，解决他们的新应用问题。”

这些新型含氟表面活性剂最初的商业应用是地板抛光，目前全球约有50家客户使用PolyFox材料。188金宝搏bet官网这一数字继续增长，因为地板抛光剂制造商正在远离工业和住宅配方中的传统c8基氟表面活性剂。

PolyFox氟表面活性剂在涂料中的新商业应用突出了其广泛的潜在最终用途。

例如，OMNOVA已将其合成到自己的乙烯基膜层压板产品的面漆中(图7)。多年来，该公司一直使用PolyFox双丙烯酸酯反应制成一种抗划痕、耐磨和耐染色的uv固化面漆。该技术现在已经扩展到uv固化叠印清漆，以改善难以涂覆的“油腻”表面的润湿性。此外，提高了印刷表面的耐用性、清洁性、抗阻塞性和清晰度。

一系列水性木器涂料(包括水性紫外线固化)现在提供优越的润湿和“木材温暖”性能水平，以前只有溶剂型涂料才能达到。PolyFox含氟表面活性剂提高了脱氧性，使涂层穿透木材的孔隙而没有泡沫或表面缺陷。木质家具、拼花地板和高光漆涂料都得益于这种技术。提高了表面耐久性。

聚福克斯氟表面活性剂已被开发为优质的聚氨酯皮革面漆。在去除涂布深色皮革时，典型观察到的空气滞留和斑驳效应。深色皮革现在可以一次涂覆，经济实惠(图8)。

美国专业涂料公司XIM正在使用PolyFox二醇生产一种独特的溶剂型2K聚氨酯防涂鸦涂料。XIM研究副总裁Juan Jarufe说:“在这个行业中，达到的性能水平是闻所未闻的。”有效的永久性标记堆积起来，很容易去除(图9)。几家欧洲公司目前正在评估这些涂料的一系列应用。Jarufe补充说:“我们正在与OMNOVA合作，在水性pud系统中提供同样水平的抗涂鸦能力，市场兴趣非常浓厚。我们还没有达到我们所追求的性能水平，但我们仍然乐观地认为，PolyFox氟表面活性剂可以提供我们所需要的性能。”