含氟防水剂的防水原理：结构篇

　　氟元素身为卤族元素中的一员，位居元素周期表第二周期Ⅶ族。其化学性质独特非凡，在化学发展的历史长河中占据着举足轻重的地位。
 

　　氟元素的最外层电子排布为2s²2p⁵，氟原子半径达71pm，氟碳原子半径为64pm，整体原子半径相对较小。基于此，氟元素呈现出电负性强、极化率小等显著特性。
 

　　
       如图1.3(a)所示，直链烷烃呈锯齿状结构，图中白色球代表H原子，灰色球代表C原子。而如图1.3(b)所示，当H原子被F原子全部替代时，由于F原子半径(0.72A)比H原子半径(0.32A)大一倍多。相邻F原子之间因原子间相互作用力而沿着C-C键呈螺旋状分布，C-C链四周完全被F原子覆盖。正是由于这种致密的空间屏蔽，完美的保护着C-C链不受外界影响。
 

　　相较于直链烷烃(如图1.3a)，氟代烷烃(如图1.3b)的表面性能会发生显著改变，其中最为突出的是临界表面张力γc的降低(将COSθ=1时所对应的表面张力值记为γc)。
 

　　当聚合物的临界表面张力γc降至低于外界液体的表面张力时，可认为液体无法在该聚合物表面实现润湿；而当液体的表面张力低于聚合物的临界表面张力时，则表明液体能够润湿该聚合物。聚合物的临界表面张力γc值越低，其被液体润湿的性能就越差，即意味着该聚合物具备更优的防水性能。综上所述，可以通过调控聚合物的临界表面张力来提升其表面的防水性能。
 

　　　　

       从上述表格能够看出，随着氟元素取代程度的不断提高，聚合物的临界表面张力呈现持续下降的趋势。氟元素在聚合物中的占比越高，其临界表面张力就越小。这正是C8防水剂(碳原子数量较多，氟元素的取代数量相应增多)具备相对良好的防水、防油、防污“三防”效果的原因所在。
 

　　含氟聚合物的作用机制为：于底材的外表面形成一层聚合物膜。鉴于氟元素特殊的物理化学性质，此聚合物膜具有极低的临界表面张力。对于表面张力小于该聚合物临界表面张力的液体，该聚合物膜呈现出防水特性。
 

　　当有机氟防水剂于织物表面形成薄膜之后，由于含氟官能团具有较低的表面张力，其会在织物表面呈向外定向排列(如下图所示)。如此一来，便能展现出卓越的防水效果。
 

　　　　

       与此同时，氟酯所具备的结晶性能能够促使氟(F)元素较为稳定地排列在织物表层。这种排列方式对于织物防水性能的提升大有裨益。