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氟元素身為鹵族元素中的一員，位居元素周期表第二周期Ⅶ族。其化學性質(zhì)獨特非凡，在化學發(fā)展的歷史長河中占據(jù)著舉足輕重的地位。
氟元素的最外層電子排布為2s²2p?，氟原子半徑達71pm，氟碳原子半徑為64pm，整體原子半徑相對較小。基于此，氟元素呈現(xiàn)出電負性強、極化率小等顯著特性。
如圖1.3(a)所示，直鏈烷烴呈鋸齒狀結(jié)構(gòu)，圖中白色球代表H原子，灰色球代表C原子。而如圖1.3(b)所示，當H原子被F原子全部替代時，由于F原子半徑(0.72A)比H原子半徑(0.32A)大一倍多。相鄰F原子之間因原子間相互作用力而沿著C-C鍵呈螺旋狀分布，C-C鏈四周完全被F原子覆蓋。正是由于這種致密的空間屏蔽，完美的保護著C-C鏈不受外界影響。
相較于直鏈烷烴(如圖1.3a)，氟代烷烴(如圖1.3b)的表面性能會發(fā)生顯著改變，其中最為突出的是臨界表面張力γc的降低(將COSθ=1時所對應的表面張力值記為γc)。
當聚合物的臨界表面張力γc降至低于外界液體的表面張力時，可認為液體無法在該聚合物表面實現(xiàn)潤濕；而當液體的表面張力低于聚合物的臨界表面張力時，則表明液體能夠潤濕該聚合物。聚合物的臨界表面張力γc值越低，其被液體潤濕的性能就越差，即意味著該聚合物具備更優(yōu)的防水性能。綜上所述，可以通過調(diào)控聚合物的臨界表面張力來提升其表面的防水性能。
從上述表格能夠看出，隨著氟元素取代程度的不斷提高，聚合物的臨界表面張力呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢。氟元素在聚合物中的占比越高，其臨界表面張力就越小。這正是C8防水劑(碳原子數(shù)量較多，氟元素的取代數(shù)量相應增多)具備相對良好的防水、防油、防污“三防”效果的原因所在。
含氟聚合物的作用機制為：于底材的外表面形成一層聚合物膜。鑒于氟元素特殊的物理化學性質(zhì)，此聚合物膜具有極低的臨界表面張力。對于表面張力小于該聚合物臨界表面張力的液體，該聚合物膜呈現(xiàn)出防水特性。
當有機氟防水劑于織物表面形成薄膜之后，由于含氟官能團具有較低的表面張力，其會在織物表面呈向外定向排列(如下圖所示)。如此一來，便能展現(xiàn)出卓越的防水效果。
與此同時，氟酯所具備的結(jié)晶性能能夠促使氟(F)元素較為穩(wěn)定地排列在織物表層。這種排列方式對于織物防水性能的提升大有裨益。
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