1，1，1，2，2-五氟乙烷应用研究现状

王军祥 刘建鹏 袁 剑

（1.中化蓝天集团下沙生产基地，浙江 杭州 310018；2.浙江工业大学化材学院催化新材料研究所，浙江 杭州 310014）

消耗大气臭氧层物质（ODS）破坏大气臭氧层，造成臭氧空洞，给人类赖以生存的环境造成危害。消耗大气臭氧层物质（ODS）主要包括全氯氟代烷（氯氟烃，CFCs）、含溴氟烃（Halons，我国通称哈龙）、四氯化碳、甲基氯仿等［1］。为了保护臭氧层，抑制全球气候变暖，20世纪80年代以来国际组织制定了一系列国家公约，要求停止生产和消费消耗臭氧层物质。随着《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔协议书》及《中国逐步淘汰消耗臭氧层物质的国家方案》的进一步实施，各国相关企业和研究机构都在加快开发消耗臭氧层物质（ODS）替代品的步伐。五氟乙烷因其对大气臭氧层没有破坏，越来越受到重视。

1 物理性质

五氟乙烷（HFC-125）常温常压下是一种不可燃气体，它的消耗臭氧层潜值（OPD）为零，地球变暖潜值（GWP）为0.84，是一种理想的替代品［2］。其他物性数据见表1。

表1 HFC-125基本物理性质

2 主要应用

由于五氟乙烷（HFC-125）的消耗臭氧潜值（ODP）为零，地球变暖潜值（GWP）为0.84，是一种理想的替代品，主要面向冷库、空调器等制冷器市场。以该产品为重要组分配制成的R507、R404A、R407c、R410等混合工质是替代R-502、HCFC-22的理想绿色制冷剂［3］。同时五氟乙烷也可以作为哈龙灭火剂的替代品，单一工质或配制成混合物替代哈龙1211和哈龙1301。因其优良的物化性能，称为替代ODS物质的主流产品［4］。

2.1 在混合制冷剂方面的应用

在氢氯氟烃（HCFC）类制冷剂中，由于R-22在热力学、化学、物理等方面优良的综合性能，目前已被广泛地应用于空调、低温和食品冷冻等工程中。但R-22是一种对大气的臭氧层具有一定的破坏作用的制冷剂，其消耗臭氧层潜能值（ODP）为0.055（以CFC-11作为基准值1.0），近年来人们对R-22的这种破坏作用已日益重视，根据《蒙特利尔协议书》，发达国家R-22的禁用期提前到2020年，我国也将于2030年前停止使用，此外R-22还存在另外一个严重的环境问题，即对地球的温室效应，其全球变暖潜值GWP值为1700（以CO2作为基准值1.0），全球变暖效应很大［5］。种种现象表明对制冷空调领域中有重要地位的R-22的替代工作已是势在必行。

而R-502是R-22和CFC-115以48.8wt％和51.2wt％混合而成的二元共沸混合物，由于其具有良好的物理、化学和热力学性质，从本世纪60年代开始，作为性能良好的中温制冷剂，曾广泛用于冷库、冷冻柜、平板冻结器等低温制冷设备中。但R-502的组分中含有大量的CFC-115，根据蒙特利尔协定及修正案，CFC-115属于首批禁用的物质，发达国家早已在1996年前淘汰［6］。另一种组成R-22如上文所述，也即将停止使用。

现有研究表明，没有哪一种纯工质的COP值和容积制冷量能均优于R-22，甚至没有接近的，在这种情况下，通常考虑采用HFC的混合工质作为替代工质［5］。从表2中可以看出用HFC-125混配的R-410、R-407C及R-404A混合制冷剂可替代目前应用最广泛，需求量最大的R-22、R-502制冷剂。

表2 HFC-125在混配制冷剂中的主要应用

2.1.1 混合制冷剂R410［7］

联信公司属于最早研究开发R-22替代制冷剂的公司之一，他研制开发的R410是以HFC-125（50wt％）和HFC-32（50wt％）组成的近共沸混合物，具有稳定性好、不可燃、溶油性好等优点，R410拥有纯制冷剂的所有特征，可以像纯质一样方便使用，这给制冷剂的充灌、设备的更换提供方便。R-410的蒸发压力、冷凝压力以及单位体积制冷量都比R-22要大很许多，所以不能直接用来代替原先使用R-22制冷剂的空调系统，使用时需要重新设计压缩机、管路和系统。

2.1.2 混合制冷剂R407［7］

杜邦公司研制开发的R407系列产品，其中商品化应用较广的有R407A、R407B、R407C、R407D和R407E。其中R407C是以HFC-32（25wt％）、HFC-125（52wt％）和HFC-134a（23wt％）组成的近共沸混合物。R-407C在蒸发压力和凝结压力与R-22非常接近，在替换HCFC-22时不需要更换压缩机，这是R407C替换HCFC-22的最大优点。但是，R-407C的缺点在于传热性较差，COP值小于R-22，因此为了达到与R-22的相同冷量，需要增加冷凝面积，而且冷凝器风量也需要增加，这样冷凝器比R-22型的要大很多，并且R-407C是非共沸制冷剂，在换热器中可能会发生分馏作用，从而导致蒸发和冷凝过程中组分随温度、压力而变化，在换热器的定压存在约7℃的温度滑移，系统的泄露会导致组分的明显改变，同样增加了空调系统的维护和保养等方面的费用。

2.1.3 混合制冷剂R-404A［8］

杜邦公司开发的R-404是HFC-125（44wt％）、HFC-143a（52wt％）和HFC-134a（4wt％）组成的共沸制冷剂。R-404A制冷剂是新装制冷剂，只能设备上替代R-22和R-502的最普遍的工业标准制冷剂，R-404A最接近于R-502的运作，它适用于所有R-502可正常运作的环境，但是由于R-404A与R-502和R-22物化性能、理论循环性能以及压缩机用油等均不相同，因此对于初装为R-502和R-22制冷剂的制冷设备的售后维修，如果需要再添加或更换制冷剂，仍然只能添加R502和R-22，通常不能直接用以R-404A来替代R-502、R-22。

2.1.4 混合制冷剂R-507［9］

混合制冷剂R-507是由HFC-143A（50wt％）和HFC-125（50wt％）组成的共沸制冷剂，这种混合制冷剂的消耗臭氧层值（ODP）为零，与混合制冷剂R-404A相似，R-507制冷剂是新装制冷剂，只能在新装设备上替代R-502，对于初装为R-502和R-22的制冷剂的制冷设备的售后维修，不能直接用R-507替代。

2.1.5 混合制冷剂R-421A

混合制冷剂R-421A是由HFC-125和HFC-134A组成的新型制冷剂，R-421A使一种高效的制冷剂，它最明显的一个效率是温度越高，制冷能力越高。与R-134A、R-407C及R-410A相比较，R-421A制冷剂最大的特点是能在不更改现有冷冻系统的条件下全面替代HCFC-22，可以在所有为HCFC-22设计的压缩机上使用，并且在更换的时候不需要现用的润滑油。R-421与R-22相比较，在R-22适用温度范围内其功效相似。

2.1.6 新型HCFC-22替代混合制冷剂［5］

HCFC-22替代制冷剂是由HFC-161（30wt％～60wt％）、HFC-125（25wt％～50wt％）、HFC-32（5wt％～35wt％）组成。该制冷剂ODP值为零，不破坏大气臭氧层，与HCFC-22及其现有的替代物R-407C、R-410A相比，GWP值更小，更符合环境保护的要求。HFC-161是一种近共沸混合制冷剂，温度滑移小于R-407C，并且热工参数如运行压力、压比与HCFC-22相近，在不改变设备主要部件的前提下，热工性能如单位质量制冷量、排气温度都要优于HCFC-共中央22，COP值虽然小于HCFC-22，但是大于R-410A、R407C。因此可作为HCFC-22的长期替代物。

2.1.7 新型R-502替代混合制冷剂［6］

R-502替代混合制冷剂是由HFC-161（1～30wt％）、HFC-125（35％～65％）、HFC-143a（5％～64％）组成。该混合制冷剂是一种近共沸制冷剂，温度滑移小，环境性能良好，不仅消耗臭氧层潜能（ODP）值为零，并且全球变暖潜值GWP值基本小于R-502及其现有的主要替代物R-404A。另外热工参数如运行压力、压比与R-502相近，在不改变设备主要部件的前提下，热工性能如单位质量制冷量优于R-502，排气温度也基本小于R-502，COP值虽然小于R-502，但是大于R-404。因此可以作为R-502的长期替代物，并且可以减少充灌量。

2.2 在灭火剂方面的应用［10］

哈龙1301灭火剂一直作为一种理想的灭火剂得到使用，由于对大气层中臭氧层的破坏性，被列入须限制使用和产生的化合物类别中。而NAFS 125是五氟乙烷和D-苎烯的混合物，对臭氧的破坏性（ODP）是零，造成温室效应（GWP）是3400，是一种清洁的灭火剂。其中D-苎烯组分的主要作用是降低灭火过程中产生的酸性物质（氢氟酸）的含量，这种酸性物质是由于灭火过程中五氟乙烷（HFC-125）组分发生分解而产生的。

2.3 在发泡剂方面的应用［11］

据文献报道，五氟乙烷还成功的应用于发泡剂上面。该发泡剂组合物包括二氧化碳、空气、氢氟烷类、氢氟烯烃类、烷类、氢氟醚类，其中作用共发泡剂的HFC类可用HFC-134a、HFC-152a、HFC-143a、HFC-125等。该发泡剂可替代那些具有高的臭氧消耗潜值（ODP）及高的全球变暖潜值（GWP）的发泡剂，该发泡剂可以生产更低密度的闭合孔泡沫记忆良好的k-因素（对于热绝缘泡沫而言特别有用），还可以生产具有扩大的、受控的孔尺寸的低密度闭合孔泡沫。

2.4 在气体灭菌剂方面的应用［12］

环氧乙烷因具有高功效已经成为一种广泛使用的杀菌剂，但因其挥发迅速，其残余物不易被锁消毒物品吸收或吸附，并且环氧乙烷本身是一种极易燃烧的气体，其闪点低于-20℉，且在3.0至100的体积百分数范围内易在空气中形成爆炸混合物。因此须将环氧乙烷与一种惰性载体或抑燃组分相混合，而五氟乙烷是一种环境友好的在常温下是不可燃的气体，且能与环氧乙烷混合，组成的混合气体灭菌剂与医疗器械构件中使用的塑料和高聚物相容，能在所消毒物品中形成保护膜。

2.5 在清洁剂方面的应用［13］

该文献报道了一种由五氟乙烷、氧气、离解性气体（CF4）组成的混合气体清洁剂，该清洁剂主要应用于等离子体成膜装置，特别是含有硅的成膜用气体形成薄膜后。该清洁剂能抑制发弧的产生、不损伤腔内的各种部件，不产生成膜异常等。

2.6 在阻燃剂方面的应用［14］

五氟乙烷因不可燃性，还可用于镁及其合金的高温阻燃保护方面。混合气体组分包括HFC-125和载流稀释气体，各组分的体积百分比含量为HFC-125（0.02％～1.15％），载流稀释气体（98.85％～99.98％）。镁由于其化学性能活泼，与氧的化学亲和力大，氧化后形成氧化膜疏松，导致镁及其合金在高温条件下易于发生持续的氧化直至燃烧，甚至爆炸。因此，镁及其合金在高温洗必须采取有效的阻燃保护措施。HFC-125混合气体阻燃剂，不仅含有镁及其合金高温阻燃保护所需要的F，同时无毒或低毒，臭氧消耗潜能值（OPD）为零，能较好地替代原来使用的SF6阻燃剂。

3 结论

目前，1，1，1，2，2-五氟乙烷因其它的消耗臭氧层潜值（OPD）为零，地球变暖潜值（GWP）为0.84，而被广泛应用于混合制冷剂的混配，其他方面的应用并没有深入挖掘，因此生产HFC-125的相关企业应考虑和加强HFC-125在发泡剂、清洁剂等其他方面的应用。

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