在很多介紹討論氟碳表面活性劑的著作、文章中，所涉及的氟碳表面活性劑都是要加到水溶液中或有機溶劑中才能表現(xiàn)出其表面活性性質(zhì)的一類氟碳化合物。這些可溶性的氟碳表面活性劑在液體(溶液)的表面層富集、吸附，從而改變了溶液的表面張力。而且通常認為一些密度小的氣體覆蓋在液體(溶液)表面對其表面張力沒什么影響。但是最新的研究表明，這種觀點不完全正確[l3]。一些氟碳化合物，如C6F14、C8Fl8、C10Fl8的低壓蒸氣能非常明顯地改變許多液體的表面張力并產(chǎn)生一些新的表面現(xiàn)象。這一類其蒸氣可降低液體表面張力的氟碳化合物被稱為揮發(fā)性表面活性劑，不過或許稱為蒸氣氟碳表面活性劑更加確切。由于是很新的一種研究成果，所以這一類新型氟碳表面活性劑的名稱還有待于進一步確定。但是可以認為這種氟碳表面活性劑完全是一種’新概念的氟碳表面活性劑。主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
(1)表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)完全不同于以前我們所討論的氟碳表面活性劑，可以是完全沒有過渡段和極性基的氟碳化合物；
(2)表現(xiàn)其表面活性性質(zhì)方面，完全不同于常規(guī)氟碳表面活性劑必須溶解在液體(水或有機溶劑)中才能改變液體表面張力的表．現(xiàn)形態(tài)，它們可以不必溶解于液體(水或有機溶劑)中，只需以其低壓力的蒸氣覆蓋于液體表面，即可令其蒸氣覆蓋的液體的表面張力明顯發(fā)生改變。
在有關(guān)的研究結(jié)果發(fā)表以前，直到最近“揮發(fā)性表面活性劑”或“氣體肥皂”存在的可能性還被完全地否定，原因是由于氣體的影響造成可觀察到的液體表面張力的降低只有在氣體壓力超過幾百大氣壓、當氣體的密度與液體的密度比較接近時才能發(fā)生，同時任何影響液體表面能和表面張力的程度與氣體的密度成正比，例如一種氣體在30MPa時降低表面張力50％，那么預計在3kPa時降低表面張力為0．005％。這種依賴關(guān)系是在環(huán)己烷表面使用氫氣至壓力為30MPa時降低環(huán)己烷表面張力的效應觀察到的，壓力低效應小，直到不使用氣體。
發(fā)現(xiàn)氟碳化合物分子這種降低與其蒸氣接觸液體表面張力的非常奇特的性質(zhì)是基于如下的事實，即氟碳化合物蒸氣對液體表面張力的降低與其密度之間不是線性關(guān)系，而且顯示了意料之外極端小的氣體壓力即能降低液體的表面張力。當其蒸氣壓力為3kPa時可觀察到其降低表面張力的效應是通常效應的幾千倍(即降低表面張力10％～30％，而不是預計的0．005％)。
各種非極性和極性的氟碳化合物分子對液體表面張力降低的數(shù)據(jù)列于表2-2和表2-3，表面張力的降低是在室溫飽和有機氟化合物蒸氣的條件下以液滴計數(shù)估算的。
表2-2在氟碳化合物蒸氣中液體表面張力的降低／％
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編號 |
蒸氣 |
乙醇 |
2-丙醇 |
苯 |
DMP① |
DBP② |
煤油 |
CCl4 |
乙醚 |
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670 549 546 |
C6F14 C8Fl8 C10F18 |
10 7 <3 |
12 10 7 |
19 12 6 |
25 17 11 |
20 20 6 |
18 16 4 |
22 20 7 |
26 16 16 |
① 鄰苯二甲酸二甲醇。
② 鄰苯二甲酸丁酯。
表2-3一些液體在氟碳化合物蒸氣中表面張力的降低／％
①1atm=101．325kPa。
氟碳化合物低蒸氣壓這種極為反常的性質(zhì)在文獻報道中尚未有其他的氣體類似物。從如下的一些性質(zhì)，如低表面能、揮發(fā)性、非極性和缺乏親水和疏水端基等，去考察這種反常的性質(zhì)是尋找不到證據(jù)的，因為這樣的一些性質(zhì)也是其他很多氣體，例如氧氣、氮氣和氫氣，所具有的相同性質(zhì)，然而這些氣體在小于幾百大氣壓時的密度條件下實際上并不影響液體的表面張力。
氟碳化合物C8F18分子密度的局部起伏和蒸發(fā)的動力學與由于Marangoni的效應引起的局部表面運動、毛細力都有關(guān)系，也是相當復雜的問題。所以氟碳化合物蒸氣對液體表面的影響的理論分析是非常有趣味的課題，但顯而易見要作理論分析將需要很大的計算能力。具有蒸氣使液體的表面張力降低的類似性質(zhì)的其他飽和、不飽和直鏈和環(huán)狀結(jié)構(gòu)的氟碳化合物有全氟己烷C6F14、全氟辛烷C8F18和全氟萘烷Cl0F18及其他一些氟碳化合物(純度98％～90％)。
正由于氟碳化合物蒸氣在遠離其臨界溫度和臨界壓力的條件下降低與之接觸的液體表面張力的現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，讓人們能按照新的思維修正過去所熟知的有關(guān)表面活性劑的問題，并提出表面活性劑新的應用，例如，潤滑劑和光學中及液體激光器中的氣體改性。表面膜的運動也可以參與進生物體系。例如，氟碳化合物通過呼氣過程而可以制備人造“藍”血，如Perftoran。
采用更加完美的儀器對這一新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象作精確的定量分析將有可能進一步澄清一些問題，倒如，與C8F18分子接觸的液體膜還有些什么新的特殊性質(zhì)；C8Fl8分子在液層中吸附和解吸的動力學解釋，為什么它們(氟碳化舍物)會進入液層降低表面張力，然后又容易離開液層恢復液體的高表面張力；是否它們之間有互相定向的作用，多長時間可使它降低表面張力，而又要多長時間可以離開液層(由液滴在針上的轉(zhuǎn)換判斷，這一時間小于幾分之一秒)；表面液層是什么組分，有多少厚度，真正的運動速度等；什么因素確定其振動運動的臨界條件。
從開始討論的發(fā)現(xiàn)氟碳化合物分子容易進入和離開很多碳氫化合物液體的表面層的現(xiàn)象可得出結(jié)論：這一現(xiàn)象與氟碳化合物分子的獨特性質(zhì)密切相連，也就是說在液體中至少引進一個CF2基團所需的能量異常地小，只等于1．4kJ／mol。據(jù)估算，這一數(shù)量的能量幾乎可以完全從觀察到的由于氟碳化合物分子的穿透引起表面能的定域降低得到補償。
據(jù)報道，上述現(xiàn)象只是體系中蒸發(fā)+振動現(xiàn)象的一小部分，實際包含著大量不同形式的存在于很多非混合液體表面的自動振動體系。當覆蓋在其他液體表面上的液體的膜運動速度超過其分子在氣相中的擴散速度時，該液體因蒸發(fā)而發(fā)生振動。
蒸氣氟碳表面活性劑的發(fā)現(xiàn)對于從原子水平了解這一現(xiàn)象的物理學提出了理論的挑戰(zhàn)；在實驗方面也有從基本觀察到更透徹分析不同有機氟碳化合物氣體影響表面張力的過程；也需要測定對不同的液體，哪一類有機氟碳化合物分子在氣相時具備最有效的表面活性劑性質(zhì)，如何增強這些性質(zhì)；如何使揮發(fā)性氟碳表面活性劑得到更好的實際應用。這些都是可進一步研究開發(fā)的課題。
對蒸氣氟碳表面活性劑的研究，是氟碳表面活性劑學科的重要突破。近年氟碳表面活性劑在研究應用方面的迅速發(fā)展給人們造成一種印象，似乎在合成方面或性質(zhì)方面已不可能有什么突破，惟有應用方面還有許多開拓的前景，事實上蒸氣氟碳表面活性劑的發(fā)現(xiàn)為氟碳表面活性劑的進一步發(fā)展提供了很好的機會和啟發(fā)。
