九氟异丁基乙醚的化学稳定性研究

汤峤永 姚素梅

（天津长芦新材料研究院有限责任公司，天津300350）

0 前言

氢氟醚类（HFEs）物质因其具有良好的环境性能，如臭氧破坏潜能值（ODP）为0、全球温室效应潜能值（GWP）低以及大气存活寿命短，已在诸多领域得到广泛关注［1-4］。众多学者对氢氟醚与大气中OH自由基的反应机理及其动力学行为进行了深入探索，揭示了其大气寿命的长短［5-8］。九氟丁基醚（C4F9OR）与OH自由基反应的研究结果表明：九氟异丁基醚（i-C4F9OR）与九氟正丁基醚（n-C4F9OR）两种同分异构体的大气寿命存在一定的差别，i-C4F9OC2H5的大气寿命为0.7 a，n-C4F9OC2H5的大气寿命为0.9 a［9-10］。大气寿命短的物质对环境产生的影响更小，因此，若将单一结构的 i-C4F9OC2H5作为氟氯烷烃类化合物的替代物进行使用，更具环保优势。

在清洁、涂覆等应用过程中需要氢氟醚具有良好的化学稳定性，而i-C4F9OC2H5纯组分的化学稳定性目前还未见报道。目前，C4F9OR化学稳定性的数据主要来源于3M公司的专利［11］与NovecTMHFE-7200的产品说明，而NovecTMHFE-7200为含有质量分数为65%的i-C4F9OC2H5与质量分数为35%的n-C4F9OC2H5的混合物。对 i-C4F9OC2H5的化学稳定性进行了试验研究，为其工程应用提供数据支持。

1 试验部分

1.1 试验原料

i-C4F9OC2H5，质量分数＞99.7%，自制；氢氧化钾，分析纯，天津希恩思生化科技有限公司；硫酸，分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司；去离子水，反渗透产水经过电渗析获得。

1.2 试验仪器

7820A气相色谱仪，美国安捷伦科技公司；IR Affinity-1红外光谱仪，日本岛津仪器公司。

1.3 试验过程

1.3.1 耐强酸稳定性试验

将50 g i-C4F9OC2H5与30 g质量分数为98%的硫酸溶液在带有搅拌器和温度计的250 mL圆底烧瓶中混合，产生的溶液在76℃冷凝回流8 h。然后静置，分出上层含氟化合物相与下层硫酸相。取1.0 g下层物质用去离子水对其进行稀释，并用标准的1.0 mol/L氢氧化钠滴定稀释后的酸水溶液，对上层含氟化合物相进行水洗、干燥、称重并进行气相色谱（GC）与红外光谱（IR）分析。

1.3.2 耐强碱稳定性试验

将50 g i-C4F9OC2H5与30 g质量分数为30%的氢氧化钾溶液在带有搅拌器和温度计的250 mL圆底烧瓶中混合，产生的溶液在76℃冷凝回流8 h。回流后在溶液中加入50 mL水，并蒸馏产物。在产生的蒸馏物中将下层含氟化合物相与上层分离，下层用100 mL水清洗，干燥，对得到的含氟化合物进行称重与气相色谱分析。用标准的1.0 mol/L盐酸滴定留在反应烧瓶内的碱水溶液。

2 结果与讨论

2.1 九氟异丁基乙醚的耐酸稳定性

2.1.1 回流前后物料的质量与颜色

i-C4F9OC2H5在浓硫酸环境中回流前后两种物质的质量与颜色如表1所示。

表1 i-C4 F9OC2 H5与浓硫酸在回流前后的质量与颜色

由表1可知，i-C4F9OC2H5与浓硫酸在76℃冷凝回流8 h后，两者颜色均未发生改变，回流后各物质的质量与回流前基本一致。

1.0 mol/L氢氧化钠对下层液的滴定结果：取出下层液1.05 g，对其稀释液进行滴定，所消耗1.0 mol/L氢氧化钠的体积为19.26 mL，该值与中和1.05 g质量分数为98%的硫酸所需1.0 mol/L氢氧化钠体积的理论值21 mL基本一致，表明 i-C4F9OC2H5与浓硫酸在76℃冷凝回流过程中，硫酸未被消耗。

2.1.2 回流前后i-C4 F9 OC2 H5的气相色谱（GC）分析

试验过程中所选用i-C4F9OC2H5样品的GC谱图如图1所示。

图1 i-C4 F9OC2 H5的GC谱图

将i-C4F9OC2H5与浓硫酸在76℃冷凝回流后所得上层含氟化合物经水洗、干燥后进行气相色谱分析，得到的GC谱图如图2所示。

图2 i-C4 F9 OC2 H5在浓硫酸环境中回流后的GC谱图

由图1、图2可知，i-C4F9OC2H5在76℃浓硫酸环境中冷凝回流无新物质生成，i-C4F9OC2H5未与硫酸发生化学反应。

2.1.3 回流前后i-C4 F9OC2 H5的红外光谱（IR）分析

试验过程中所选用i-C4F9OC2H5样品的IR谱图如图3所示。

图3 i-C4 F9 OC2 H5的IR谱图

将i-C4F9OC2H5与浓硫酸在76℃冷凝回流后所得上层含氟化合物经水洗、干燥后进行红外光谱分析，得到的IR谱图如图4所示。

图4 i-C4 F9 OC2 H5在浓硫酸环境中回流后的IR谱图

由图3、图4可知，i-C4F9OC2H5在76℃浓硫酸环境中冷凝回流无新的特征官能团出现即无新物质生成，说明i-C4F9OC2H5与硫酸未发生化学反应。分析结果表明：i-C4F9OC2H5在强酸环境中具有良好的稳定性。

2.2 九氟异丁基乙醚的耐碱稳定性

2.2.1 回流前后物料的质量与颜色

i-C4F9OC2H5在氢氧化钾溶液环境中回流前后两种物质的质量与颜色如表2所示。

表2 i-C4 F9 OC2 H5与氢氧化钾溶液在回流前后的质量与颜色

由表2可知，i-C4F9OC2H5与氢氧化钾溶液在76℃冷凝回流8 h后，两者颜色均未发生改变，回流后i-C4F9OC2H5的质量与回流前基本一致。

对水相进行的滴定所消耗1.0 mol/L盐酸的体积为168.52 mL，该值与中和31.82 g质量分数为30%的氢氧化钾所需1.0 mol/L盐酸体积的理论值170 mL基本一致，表明i-C4F9OC2H5与氢氧化钾水溶液在76℃冷凝回流过程中，氢氧化钾未被消耗。

2.2.2 回流前后i-C4 F9OC2 H5的GC分析

将i-C4F9OC2H5与氢氧化钾溶液在76℃冷凝回流后所得有机相进行气相色谱分析，得到的谱图见图5。

图5 i-C4 F9OC2 H5在浓碱环境中回流后的GC谱图

由图5可知，i-C4F9OC2H5在76℃强碱环境中冷凝回流无新物质生成，i-C4F9OC2H5未与氢氧化钾发生化学反应。

2.2.3 回流后i-C4 F9OC2 H5的IR分析

将i-C4F9OC2H5与氢氧化钾溶液在76℃冷凝回流后所得有机相进行红外光谱分析，得到的谱图见图6。

图6 i-C4 F9OC2 H5在浓碱环境中回流后的IR谱图

由图6可知，i-C4F9OC2H5在76℃强碱环境中冷凝回流无新物质生成，i-C4F9OC2H5与氢氧化钾未发生化学反应。分析结果表明：经高温浓碱的强烈腐蚀，i-C4F9OC2H5的结构未发生变化，该物质在强碱环境中具有良好的稳定性。

3 结论

i-C4F9OC2H5纯物质在强酸、强碱环境中均具有优异的化学稳定性，经高温浓酸、浓碱强烈腐蚀后其结构未发生变化，可作为氟氯烷烃类化合物的替代物进行使用，且相对于其同分异构体 n-C4F9OC2H5大气寿命更短，更易满足日益严格的环保要求。