全氟-1-丁烯的研究进展

张曼君，李 丽，蒋 强，唐 念，周永言

（1.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080；2.中国南方电网公司六氟化硫重点实验室，广东 广州 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 号：357-26-6，沸点：4.8 ℃，冰点：-118 ℃，液体密度：1.54 g/cm3。以全氟正戊酸为原料，在300 ℃下进行热脱羧反应可以得到全氟-1-丁烯[1]；或以1-碘-1，1，2，2，3，3，4，4，4-九氟丁烷为原料，在镁的作用下，脱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学性质，被应用于各种领域，例如被用作制冷剂、发泡剂、清洗气体和绝缘气体等。

1 在传热领域的应用

含氟化合物很早就被用作传递冷量和热量的媒介，但其中很多化合物具有温室效应明显，容易破坏臭氧层和大气寿命长等缺点。如何找到性能优异且安全环保的传热介质一直是科研工作者的追求目标。全氟-1-丁烯被越来越多地应用于各种传热系统中，相关性能得到了肯定。

Kontomaris 等[3]开发了一种吸收循环系统，其以离子液体和全氟-1-丁烯为吸收剂和工作液，可以向外界提供冷量或者热量。

McLinden 等[4]探索了低全球变暖潜能值（GWP）制冷剂的可能性。从56000 多种小分子中鉴定出1200 多种候选液体。综合衡量小分子的GWP、可燃性、稳定性、毒性、临界温度等特性，得到最有可能的62 个候选小分子。全氟-1-丁烯就是其中之一，其GWP 值为5.1，临界温度为367.1 K，临界压力为2.71 MPa，比热容为149.7 J/（kg·K），可以用作环保型的制冷剂。

Minor 等[5]将全氟-1-丁烯用于一种制冷系统，该系统包括一个二次循环冷却系统。二次循环冷却系统与具有旁路管线的蒸汽压缩系统一起使用时，全氟-1-丁烯可以使空调或制冷系统冷却得更快。

2 在含氟聚合物中的应用

含氟聚合物有极其优良的特性，例如耐热性、耐化学腐蚀、良好的润滑性和电性能，已经被广泛地用于化学、电气和机械等方面。全氟-1-丁烯作为含氟不饱和烯烃，可以用于制备各类共聚物，这些聚合物很多是非常有用的工业材料。

谢小兵等[6]在等离子体设备中放入针织手套，然后通入全氟-1-丁烯，在等离子体的作用下，实现对针织手套的表面处理，从而提高针织手套的表面性能。

张永明等[7]将三氟苯乙烯、四氟乙烯与全氟-1-丁烯在偶氮二异丁腈的引发下进行共聚，然后再进行磺化处理得到IEC 值为1.23 mmol/g 的聚合物。该聚合物可以用于制备燃料电池离子交换膜，该膜在高温、高湿、高电流条件下十分稳定，且适合长时间使用。该聚合物也可以用于制备含氟纤维织物，该织物可以用作氯碱离子膜。该离子膜具有优异耐热性、优异的耐化学腐蚀性和很高的强度，几乎可以替代现在工业上使用的所有过滤材料。

Chen 等[8]将全氟-1-丁烯与其它不饱和烯烃共聚，得到的共聚物可以用作表面涂层和电池粘结剂，该粘结剂使用寿命长且性能优异。

Nakaya 等[9]开发了一种等离子体设备，可以以氩气和全氟-1-丁烯作为第一气体先产生等离子体，再向体系中通入其它的氟碳气体，在等离子体设备的作用下，通过化学沉积得到一种含氟薄膜，该膜可以很好地保护物件的表面不被侵蚀。

Nalewajek 等[10]将全氟-1-丁烯与2，3，3，3-四氟丙烯共聚，得到的聚合物可以用作密封胶。将该聚合物配制成涂料，涂覆于基层表面，固化或烘干后形成的涂层表面张力≤30 mN/m。

王学军等[11]发明了一种具有磺酸基团的主链全氟聚合物，可以用作离子交换膜。该聚合物以四氟乙烯和全氟-1-丁烯为原料，通过自由基引发共聚，再经磺化后得到。

3 在发泡领域的应用

发泡剂的用途很广，既可以用于制备相关工业原料，又可以用于制备化妆品，甚至可以用于制备医用微泡。全氟-1-丁烯就是一种性能优异且安全可靠的发泡剂。

Vo 等[12]将全氟-1-丁烯用作聚合物发泡剂，可以得到性能更优的产品，并且整个制造过程更具环保性。

Banowski 等[13]将全氟-1-丁烯用作除臭止汗喷雾剂中的推进剂，将其与香水、水、异丙酯棕榈酸酯等组成的混合体系装入气溶胶输送装置中。推进剂：药剂体积比为50 ∶50～5 ∶95，最佳比例为15 ∶85。

Mueller 等[14]也将全氟-1-丁烯用于推进含发胶成分的定型剂，可以与发胶很好地混合，从而使定型剂更均匀、更流畅地被推射出来。

Banowski 等[15]发明了一种可用于皮肤或身体护理的可发泡化妆品。该化妆品可以采用全氟-1-丁烯作为发泡剂。

Borgia 等[16]采用全氟-1-丁烯制备含有聚阴离子和接合系统的微泡，然后将微泡注射到人或动物的血液中。微泡和体内病毒结合后，被分离设备从体内分离出来，从而达到降低病毒浓度的作用。

Unger 等[17]也采用全氟-1-丁烯制备微球，该微球还包含了肉毒杆菌毒素和密胆碱，应用于人体后可以阻断或减轻血管痉挛，从而达到神经肌肉阻滞的作用。

4 在电力及半导体领域的应用

全氟-1-丁烯电化学性能稳定，可以用作绝缘气体替代六氟化硫，也可用作半导体制造过程中的清洗气体。相关性能符合应用要求，且更具环保性能。

Doiron 等[18]将全氟-1-丁烯用作绝缘气体，可以用在气体绝缘全封闭组合电气（GIS）和气体绝缘电路（GIL）上。传统的绝缘气体六氟化硫具有出色的绝缘性能和化学惰性，但其环保性能差，全球变暖潜能值（GWP）大约为22800（以100 年为全球暖化潜势评估时间，CO2的GWP 为1）[19]。所以在《京都议定书》中将六氟化硫列为六种需要严格控制使用的温室气体之一。现阶段研究最多的替代气体是七氟异丁腈，全氟-1-丁烯与二氧化碳的混合气体具有和七氟异丁腈与二氧化碳混合气体同样的绝缘强度。全氟-1-丁烯的GWP 值比六氟化硫低99%，是更具环保性能的绝缘气体。

Cheung 等[20]改进了从介电材料中剥离光刻胶和去除刻蚀相关残留物的方法。该方法采用氢基腐蚀工艺，以全氟-1-丁烯为清洗气体，控制基材温度小于160 ℃，可以得到良好的蚀刻图案。

Tang 等[21]开发了一种远程等离子体化学气相沉积低折射率涂层技术。以全氟-1-丁烯为沉积气体，氩气为添加剂气体。在13.6 MHz 频率下施加射频能量50～500 W，采用远程等离子体工艺沉积可以得到一种涂层。该工艺可以应用于半导体基层处理。

Jung 等[22]将全氟-1-丁烯用于半导体制造过程，可以清洗体系中残留的蚀刻剂，可以将第一导电层图案清晰地填充到第一通孔和第一绝缘层图案上。

Goto 等[23]利用全氟-1-丁烯去除等离子设备中的光刻胶，该方法不会对掺杂注入后的基层造成显著影响。

5 分析与展望

全氟-1-丁烯作为一种性能优异的含氟烯烃，其应用领域非常广泛。但相关的应用是否能够更深入，或者能否引起整个产业的重大变革，例如在电力行业替代六氟化硫，则需要得到更多的数据支持，并在合成工艺上进行革新，使化合物整体制造工艺更简单，化合物生产成本更低。全氟-1-丁烯在任何应用领域的突破都会使得市场对全氟-1-丁烯的需求增加，从产业上考虑，全氟-1-丁烯是一种具有市场前景的含氟小分子化合物。