短链氟化羧酰胺表面活性剂的表面性质调控：合成、性能及在泡沫与润湿性中的应用研究

本研究针对长链氟化表面活性剂（如PFOA/PFOS）的环境毒性问题，设计合成了两种新型季铵盐阳离子短链氟化表面活性剂。通过修饰亲水端结构，实现了18.01-18.19 mN/m的超低表面张力（CMC 3.4-14.15 mmol/L），其形成的纳米级胶束（DLS/TEM/SAXS验证）展现出优异的发泡性和润湿性，为环保型氟化表面活性剂开发提供了新思路。

　　

在表面活性剂领域，氟化表面活性剂因其"超强表面活性"被誉为材料界的"特种兵"——它们能将水的表面张力降至20 mN/m以下，远优于普通碳氢链表面活性剂。这种神奇性能源于氟原子的高电负性和C-F键的特殊稳定性，使其在消防泡沫、医疗纳米乳等场景大显身手。然而，传统长链产品如全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸盐(PFOS)却成为环境噩梦，其持久性和生物累积性导致被《斯德哥尔摩公约》列为持久性有机污染物。面对环保法规收紧与工业需求的双重压力，开发性能相当但更安全的短链替代品成为化学家们的紧迫任务。

国防科技工业火炸药安全技术研究中心（Centre for Fire, Explosive and Environment Safety, DRDO）的Pragya Malik团队在《Journal of Molecular Liquids》发表的研究中，创新性地设计了两款基于甲基丙烯酰胺羧酰胺骨架的C₆短链氟化阳离子表面活性剂。研究人员通过核磁共振（¹H/¹³C/¹⁹F NMR）和红外光谱(IR)确认结构，采用动态光散射(DLS)、透射电镜(TEM)和小角X射线散射(SAXS)分析胶束形态，并通过表面张力仪测定关键参数。

【材料与方法】
以十三氟己基碘化物为原料，通过三步法合成目标产物。关键步骤包括硫醇中间体制备（图2），最终产物经多谱学联用确证结构（图S1-S4）。

【结果与讨论】
两种表面活性剂展现出惊人表面活性：临界胶束浓度(CMC)分别为3.40和14.15 mmol/L时，表面张力(γ_CMC)低至18.01和18.19 mN/m。热力学分析揭示其胶束化过程为自发放热反应，动态表面张力测试显示快速吸附动力学。胶束尺寸为纳米级（SAXS证实球形结构），这种独特结构赋予材料卓越的发泡持久性和基材润湿能力。

【结论】
该研究不仅建立了短链氟化阳离子表面活性剂的合成新策略，更通过系统表征揭示了结构-性能关系。相比传统长链产品，这些材料在保持超低表面张力优势的同时，有望显著降低环境风险。其在消防泡沫、药物载体等领域的应用前景，为平衡工业需求与环保要求提供了创新解决方案。印度理工学院德里分校中央研究设施的协作支持，也体现了跨机构合作在材料研发中的重要性。