全氟-1-丁烯的研究進展

張曼君，李 麗，蔣 強，唐 念，周永言

（1.廣東電網有限責任公司電力科學研究院，廣東 廣州 510080；2.中國南方電網公司六氟化硫重點實驗室，廣東 廣州 510080；3.浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023）

全氟-1-丁烯（perfluoro-1-butene），分子式：C4F8，分子量：200.03，CAS 號：357-26-6，沸點：4.8 ℃，冰點：-118 ℃，液體密度：1.54 g/cm3。以全氟正戊酸為原料，在300 ℃下進行熱脫羧反應可以得到全氟-1-丁烯[1]；或以1-碘-1，1，2，2，3，3，4，4，4-九氟丁烷為原料，在鎂的作用下，脫除一分子的氟化碘得到全氟-1-丁烯[2]。全氟-1-丁烯由于其特有的物理化學性質，被應用于各種領域，例如被用作制冷劑、發泡劑、清洗氣體和絕緣氣體等。

1 在傳熱領域的應用

含氟化合物很早就被用作傳遞冷量和熱量的媒介，但其中很多化合物具有溫室效應明顯，容易破壞臭氧層和大氣壽命長等缺點。如何找到性能優異且安全環保的傳熱介質一直是科研工作者的追求目標。全氟-1-丁烯被越來越多地應用于各種傳熱系統中，相關性能得到了肯定。

Kontomaris 等[3]開發了一種吸收循環系統，其以離子液體和全氟-1-丁烯為吸收劑和工作液，可以向外界提供冷量或者熱量。

McLinden 等[4]探索了低全球變暖潛能值（GWP）制冷劑的可能性。從56000 多種小分子中鑒定出1200 多種候選液體。綜合衡量小分子的GWP、可燃性、穩定性、毒性、臨界溫度等特性，得到最有可能的62 個候選小分子。全氟-1-丁烯就是其中之一，其GWP 值為5.1，臨界溫度為367.1 K，臨界壓力為2.71 MPa，比熱容為149.7 J/（kg·K），可以用作環保型的制冷劑。

Minor 等[5]將全氟-1-丁烯用于一種制冷系統，該系統包括一個二次循環冷卻系統。二次循環冷卻系統與具有旁路管線的蒸汽壓縮系統一起使用時，全氟-1-丁烯可以使空調或制冷系統冷卻得更快。

2 在含氟聚合物中的應用

含氟聚合物有極其優良的特性，例如耐熱性、耐化學腐蝕、良好的潤滑性和電性能，已經被廣泛地用于化學、電氣和機械等方面。全氟-1-丁烯作為含氟不飽和烯烴，可以用于制備各類共聚物，這些聚合物很多是非常有用的工業材料。

謝小兵等[6]在等離子體設備中放入針織手套，然后通入全氟-1-丁烯，在等離子體的作用下，實現對針織手套的表面處理，從而提高針織手套的表面性能。

張永明等[7]將三氟苯乙烯、四氟乙烯與全氟-1-丁烯在偶氮二異丁腈的引發下進行共聚，然后再進行磺化處理得到IEC 值為1.23 mmol/g 的聚合物。該聚合物可以用于制備燃料電池離子交換膜，該膜在高溫、高濕、高電流條件下十分穩定，且適合長時間使用。該聚合物也可以用于制備含氟纖維織物，該織物可以用作氯堿離子膜。該離子膜具有優異耐熱性、優異的耐化學腐蝕性和很高的強度，幾乎可以替代現在工業上使用的所有過濾材料。

Chen 等[8]將全氟-1-丁烯與其它不飽和烯烴共聚，得到的共聚物可以用作表面涂層和電池粘結劑，該粘結劑使用壽命長且性能優異。

Nakaya 等[9]開發了一種等離子體設備，可以以氬氣和全氟-1-丁烯作為第一氣體先產生等離子體，再向體系中通入其它的氟碳氣體，在等離子體設備的作用下，通過化學沉積得到一種含氟薄膜，該膜可以很好地保護物件的表面不被侵蝕。

Nalewajek 等[10]將全氟-1-丁烯與2，3，3，3-四氟丙烯共聚，得到的聚合物可以用作密封膠。將該聚合物配制成涂料，涂覆于基層表面，固化或烘干后形成的涂層表面張力≤30 mN/m。

王學軍等[11]發明了一種具有磺酸基團的主鏈全氟聚合物，可以用作離子交換膜。該聚合物以四氟乙烯和全氟-1-丁烯為原料，通過自由基引發共聚，再經磺化后得到。

3 在發泡領域的應用

發泡劑的用途很廣，既可以用于制備相關工業原料，又可以用于制備化妝品，甚至可以用于制備醫用微泡。全氟-1-丁烯就是一種性能優異且安全可靠的發泡劑。

Vo 等[12]將全氟-1-丁烯用作聚合物發泡劑，可以得到性能更優的產品，并且整個制造過程更具環保性。

Banowski 等[13]將全氟-1-丁烯用作除臭止汗噴霧劑中的推進劑，將其與香水、水、異丙酯棕櫚酸酯等組成的混合體系裝入氣溶膠輸送裝置中。推進劑：藥劑體積比為50 ∶50～5 ∶95，最佳比例為15 ∶85。

Mueller 等[14]也將全氟-1-丁烯用于推進含發膠成分的定型劑，可以與發膠很好地混合，從而使定型劑更均勻、更流暢地被推射出來。

Banowski 等[15]發明了一種可用于皮膚或身體護理的可發泡化妝品。該化妝品可以采用全氟-1-丁烯作為發泡劑。

Borgia 等[16]采用全氟-1-丁烯制備含有聚陰離子和接合系統的微泡，然后將微泡注射到人或動物的血液中。微泡和體內病毒結合后，被分離設備從體內分離出來，從而達到降低病毒濃度的作用。

Unger 等[17]也采用全氟-1-丁烯制備微球，該微球還包含了肉毒桿菌毒素和密膽堿，應用于人體后可以阻斷或減輕血管痙攣，從而達到神經肌肉阻滯的作用。

4 在電力及半導體領域的應用

全氟-1-丁烯電化學性能穩定，可以用作絕緣氣體替代六氟化硫，也可用作半導體制造過程中的清洗氣體。相關性能符合應用要求，且更具環保性能。

Doiron 等[18]將全氟-1-丁烯用作絕緣氣體，可以用在氣體絕緣全封閉組合電氣（GIS）和氣體絕緣電路（GIL）上。傳統的絕緣氣體六氟化硫具有出色的絕緣性能和化學惰性，但其環保性能差，全球變暖潛能值（GWP）大約為22800（以100 年為全球暖化潛勢評估時間，CO2的GWP 為1）[19]。所以在《京都議定書》中將六氟化硫列為六種需要嚴格控制使用的溫室氣體之一。現階段研究最多的替代氣體是七氟異丁腈，全氟-1-丁烯與二氧化碳的混合氣體具有和七氟異丁腈與二氧化碳混合氣體同樣的絕緣強度。全氟-1-丁烯的GWP 值比六氟化硫低99%，是更具環保性能的絕緣氣體。

Cheung 等[20]改進了從介電材料中剝離光刻膠和去除刻蝕相關殘留物的方法。該方法采用氫基腐蝕工藝，以全氟-1-丁烯為清洗氣體，控制基材溫度小于160 ℃，可以得到良好的蝕刻圖案。

Tang 等[21]開發了一種遠程等離子體化學氣相沉積低折射率涂層技術。以全氟-1-丁烯為沉積氣體，氬氣為添加劑氣體。在13.6 MHz 頻率下施加射頻能量50～500 W，采用遠程等離子體工藝沉積可以得到一種涂層。該工藝可以應用于半導體基層處理。

Jung 等[22]將全氟-1-丁烯用于半導體制造過程，可以清洗體系中殘留的蝕刻劑，可以將第一導電層圖案清晰地填充到第一通孔和第一絕緣層圖案上。

Goto 等[23]利用全氟-1-丁烯去除等離子設備中的光刻膠，該方法不會對摻雜注入后的基層造成顯著影響。

5 分析與展望

全氟-1-丁烯作為一種性能優異的含氟烯烴，其應用領域非常廣泛。但相關的應用是否能夠更深入，或者能否引起整個產業的重大變革，例如在電力行業替代六氟化硫，則需要得到更多的數據支持，并在合成工藝上進行革新，使化合物整體制造工藝更簡單，化合物生產成本更低。全氟-1-丁烯在任何應用領域的突破都會使得市場對全氟-1-丁烯的需求增加，從產業上考慮，全氟-1-丁烯是一種具有市場前景的含氟小分子化合物。