一种含全氟醚化合物的组合物作为热传递介质的应用的制作方法

1.本发明属于全氟醚化合物的应用技术领域，具体涉及一种含全氟醚化合物的组合物作为热传递介质的应用。


背景技术：

2.近年来，随着科技迅速发展，热传递技术越来越引起各行业领域的重视，尤其是在计算机、能源、军事等行业，半导体、人工智能、云计算等领域。
3.热传递技术的核心在于传热设备中热传递介质的选择，目前已有多种流体介质被应用于热传递，例如，传统热传递介质水、醇类组合物、矿物油、异链烷烃等，但这些传统热传递介质存在诸多缺点和弊端，如介电强度低、较高的毒性、可燃性、高粘度系数、较活泼的化学反应活性、液相温控范围窄等。毒性、可燃性以及液相温控范围窄的特点会大幅限制产品的使用领域和使用场景，介电强度低则不适用于一些电器功能设备，高粘度系数则说明材料的流动性能差，不易清洗更换，容易造成设备污染，化学活性好则材料容易发生变质，需要经常更换且通常不够安全环保，这些劣势注定了这些传统材料会被逐步淘汰或始终无法应用于一些高端科技和精密技术领域。
4.也有一些新型流体材料被应用于热传递技术中，如全氟化碳化合物、全氟聚醚类化合物等，这些化合物均具有高介电强度、不易燃、化学性质稳定等优点，应用前景更好，但是仍旧有其不足之处，其中全氟化碳化合物表现出较高的gwp全球变暖潜力值和很长的大气停留时间，对环境并不友好。而全氟聚醚化合物除了同样存在以上两个环境特性以外，还因其为高分子聚合物，化学成分复杂，在性能上存在一定的不可控性，因此在实际应用中必然存在一定的风险性和局限性。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供了更具应用价值、更符合市场需求的一种含全氟醚化合物的组合物作为热传递介质的应用。
6.全氟醚化合物在作为热传递介质的应用时，可以单独使用，也可以作为组合物配方使用。
7.含全氟醚化合物的组合物除全氟醚化合物外，还包括氢氟醚化合物、氢氟烃化合物、全氟烯烃化合物、氟化环氧化物中的一种或多种。
8.进一步地，全氟醚化合物不含有碳碳双键或碳碳三键。
9.进一步地，所述全氟醚化合物中不含有除碳原子、氟原子和氧原子以外的原子，全氟醚化合物具有2个至18个碳原子。
10.进一步地，全氟醚化合物至少含有一个氧原子；全氟醚化合物中不具有或具有环状结构；所述元环内包含3个或3个以上的碳原子；所述元环内包含或不包含醚键。
11.进一步地，全氟醚化合物包括全氟二甲醚、全氟二乙醚、全氟甲乙醚、全氟二丙醚、全氟二丁醚、全氟(二甘醇二甲醚)、全氟环己醚中的一种或多种。
12.进一步地，氢氟醚化合物选自六氟丙基甲醚、六氟丙烯乙醚、六氟异丙基甲醚、六氟异丙基乙醚、九氟丁基甲醚、九氟异丁基甲醚、九氟丁基乙醚、九氟异丁基乙醚、3-甲氧基全氟(2-甲基戊烷)、3-乙氧基全氟(2-甲基戊烷)中的一种或多种。
13.进一步地，氢氟烃化合物选自1,1,1-三氟戊烷、1,2-二氟丁烷、hfc-134a中的一种或多种。
14.进一步地，全氟烯烃化合物选自全氟2-甲基-戊烯、全氟4-甲基2-戊烯、全氟壬烯中的一种或多种。
15.进一步地，氟化环氧化物选自全氟-2-甲基-2,3-环氧戊烷或全氟壬烯环氧化物。
16.本发明的有益效果在于：证明了全氟醚化合物相对于传统材料具有高介电强度和低粘度，性能稳定可控；且全氟醚化合物具有不可燃、低毒性，在大气中更容易降解，大气停留时间短的特点，在热传递相关的应用领域有着显著优势，同时可与其它物质进行组合作为热传递介质使用，
具体实施方式
17.本发明所述方法及其用途将由以下实施例进一步阐明，需要说明的是，其他实施例是可以预期并在不脱离本发明范围的情况下完成的，因此，下列实施例是对本发明的非限定性描述，不具有限定性意义。
18.实施例1：全氟二丙醚的合成
19.将1kg的二丙醚与5kg的无水氟化氢一起添加到电氟化反应装置电解槽内，设置电解温度-5℃，电压4v，电流20a，电流密度0.02a/cm2，电解反应240h，电解完毕后，将产物放出至冷水中洗涤一次，再用质量浓度3～5％nahco3水溶液反复清洗3次，静置分液，分液后的有机相投入碱解釜中用质量浓度为30％的氢氧化钾-甲醇溶液进行碱解除去未完全电解的杂质或副产物，碱解完得到的产物再水洗分液两次除去碱和甲醇，然后在分馏柱内精馏提纯产品，得到纯品产物1.53kg，收率43.3％，经结构分析鉴定为预期产物全氟二丙醚。
20.实施例2：全氟二丁醚的合成
21.将1.3kg的二丁醚与6kg的无水氟化氢一起添加到电氟化反应装置电解槽内，设置电解温度0℃，电压5v，电流20a，电流密度0.02a/cm2，电解反应240h，电解完毕后，将产物放出至冷水中洗涤一次，再用质量浓度3～5％nahco3水溶液反复清洗3次，静置分液。分液后的有机相投入碱解釜中用质量浓度为30％的氢氧化钾-甲醇溶液进行碱解除去未完全电解的杂质或副产物，碱解完得到的产物再水洗分液两次除去碱和甲醇，然后在分馏柱内精馏提纯产品，得到纯品产物1.8kg，收率39.7％。经结构分析鉴定为预期产物全氟二丁醚。
22.实施例3：全氟(二甘醇二甲醚)的合成
23.将1.34kg的二甘醇二甲醚与5kg的无水氟化氢一起添加到电氟化反应装置电解槽内，设置电解温度0℃，电压5.5v，电流25a，电流密度0.02a/cm2，电解反应240h，电解完毕后，将产物放出至冷水中洗涤一次，再用质量浓度3～5％nahco3水溶液反复清洗3次，静置分液。分液后的有机相投入碱解釜中用质量浓度为30％的氢氧化钾-甲醇溶液进行碱解除去未完全电解的杂质或副产物，碱解完得到的产物再水洗分液两次除去碱和甲醇，然后在分馏柱内精馏提纯产品，得到纯品产物1.56kg，收率40.5％。经结构分析鉴定为预期产物全氟(二甘醇二甲醚)。
24.实施例4：全氟环己醚的合成
25.将1.82kg的环己醚与7kg的无水氟化氢一起添加到电氟化反应装置电解槽内，设置电解温度0℃，电压5.5v，电流25a，电流密度0.02a/cm2。电解反应300h，电解完毕后，将产物放出至冷水中洗涤一次，再用质量浓度3～5％nahco3水溶液反复清洗3次，静置分液。分液后的有机相投入碱解釜中用质量浓度为30％的氢氧化钾-甲醇溶液进行碱解除去未完全电解的杂质或副产物，碱解完得到的产物再水洗分液两次除去碱和甲醇，然后在分馏柱内精馏提纯产品，得到纯品产物1.8kg，收率31.2％。经结构分析鉴定为预期产物全氟环己醚。
26.对于热传递介质的化学稳定性性能测试，根据其通常的应用环境，一般检测其在加热或高温下的自身化学稳定性以及在加热或高温条件下与水之间的反应活性，即热稳定性和水解稳定性。
27.实施例5：热稳定性测试实验:
28.测试上述产物的热稳定性能：分别取实施例1到实施例4的100g纯品物质样品，放入150ml洁净的由蒙乃尔合金制成的耐压管中密闭。放入150℃烘箱中热处理7天，然后取出，检测样品中的氟离子和酸值增量以及纯度变化，结果如表1所示
29.表1全氟醚化合物的热稳定性测试结果
30.物质纯度变化酸值变化氟离子变化全氟二丙醚《0.1％《1ppm《1ppm全氟二丁醚《0.1％《1ppm《1ppm全氟(二甘醇二甲醚)《0.1％《1ppm《1ppm全氟环己醚《0.1％《1ppm《1ppm
31.由表1可知：上述四种全氟醚化合物的热稳定性良好，纯度变化均在0.1％以下，属于检测误差范围内，酸值与氟离子含量变化均在1ppm以下(ppm指质量分数百万分之一)。
32.实施例6：水解稳定性测试实验
33.测试上述四种全氟醚化合物的水解稳定性：分别取实施例1到实施例4的50g纯品物质样品和50g纯净水，放入150ml洁净的由蒙乃尔合金制成的耐压管中密闭，先放入震荡器中震荡2h，然后再放入150℃烘箱中热处理7天，然后取出，分别检测全氟醚样品和水层中的氟离子和酸值增量，同时检测全氟醚的纯度变化，得到结果如表2所示
34.表2全氟醚化合物的水解稳定性测试结果
[0035][0036]
由表2可知：上述四种全氟醚水解稳定性良好，水解7天后纯度变化均在0.1％以下，属于检测误差范围内，样品与水样中的酸值与氟离子含量变化均在1ppm以下(ppm指质量分数百万分之一)。
[0037]
热传递介质在某些领域的使用(如数据中心液冷剂、半导体设备冷却剂等)要求具有严格的不导电性能，热传递介质的导电性能一般由介电强度、介电常数、电阻率进行表征，介电强度越高、介电常数越低、电阻率越高则导电性能越差。
[0038]
实施例7：导电性测定实验:
[0039]
对上述产品进行导电性能测试，其中介电强度按照国家标准gbt 507 1986方法进行测试；介电常数按照国家标准gbt1409-2006方法进行测试；电阻率用ft-304表面和体积电阻率测试仪进行测试得到。
[0040]
表3全氟醚化合物的导电性能测试结果
[0041][0042][0043]
由表3可知：上述四种全氟醚均具有良好的不导电性，非常符合作为热传递介质应用时对于电绝缘性能的要求。
[0044]
实施例8：粘度测定试验
[0045]
对上述产品及对照化合物进行粘度性能测试，运动粘度测试方法按照国家标准gbt 265 1988方法进行测试，得到以下实验数据
[0046]
表4全氟醚化合物及对照物的粘度性能测试结果
[0047]
物质运动粘度(25℃)/cst全氟二丙醚0.961全氟二丁醚1.137全氟(二甘醇二甲醚)1.024全氟环己醚1.3153-甲氧基全氟(2-甲基戊烷)0.94全氟壬烯1.321全氟壬烯环氧化物1.274
[0048]
从表4中数据可以看出，上述全氟醚化合物与氢氟醚化合物、全氟烯烃化合物及氟化环氧化合物均具有可接受的运动粘度。
[0049]
实施例9：导热系数试验
[0050]
对上述产品及对照化合物进行导热系数的测试，导热系数的测试用瞬态热线法进行测试，得到以下实验数据
[0051]
表5全氟醚化合物及对照物的导热系数的测试结果
[0052][0053][0054]
从表5中数据可以看出，上述全氟醚化合物与氢氟醚化合物、全氟烯烃化合物及氟化环氧化合物的导热系数十分接近，均在可接受的范围内。
[0055]
实施例10：组合物性能测试试验
[0056]
配制热传递介质组合物，物料和配比如表6所示
[0057]
表6组合物组成及其质量配比
[0058]
组合物配方组合物a组合物b组合物c全氟二丁醚含量50％50％50％3-甲氧基全氟(2-甲基戊烷)含量50％00全氟壬烯含量050％0全氟壬烯环氧化物含量0050％
[0059]
测试以上组合物的性能：
[0060]
1)采用与实施例5相同操作和条件的方法测试各组合物的热稳定性数据，结果如
表7所示
[0061]
表7各组合物的热稳定性测试结果
[0062]
组合物纯度变化酸值变化氟离子变化组合物a《0.1％《1ppm《1ppm组合物b《0.1％《1ppm《1ppm组合物c《0.1％《1ppm《1ppm
[0063]
由上表7测试结果可知：各组合物的热稳定性均良好。
[0064]
2)采用与实施例6相同操作和条件的方法测试各组合物的水解稳定性数据，结果如表8所示
[0065]
表8各组合物的水解稳定性测试结果
[0066][0067][0068]
由上表8测试结果可知：组合物的水解稳定性均良好。
[0069]
3)采用与实施例7相同测试方法测试各组合物的导电性能(测试方法与上述相同)，结果如表9所示
[0070]
表9各组合物的导电性能测试结果
[0071]
组合物介电强度mv/m介电常数电阻率/ω.mm组合物a12.64.12≥1*10^11组合物b17.12.09≥1*10^12组合物c18.22.15≥1*10^12
[0072]
由上表9测试结果可知：组合物b和c的绝缘性依旧良好，组合物a绝缘性稍有偏差，但仍在可接受范围内。
[0073]
4)采用与实施例8相同测试方法测试各组合物的运动粘度(测试方法与上述相同)，测试结果如表10所示
[0074]
表10各组合物的运动粘度测试结果
[0075]
组合物运动粘度(25℃)/cst组合物a1.021组合物b1.222组合物c1.132
[0076]
由上表10测试结果可知：组合物的粘度与纯物质相比变化很小，均在可接受范围内。
[0077]
5)采用与实施例9相同的测试方法测试各组合物的导热系数(测试方法与上述相
同)，测试结果如表11所示，
[0078]
表11各组合物的导热系数测试结果
[0079]
组合物导热系数w/m
·
k(25℃)组合物a0.0601组合物b0.0593组合物c0.0611
[0080]
由上表11测试结果可知：组合物的导热系数与纯物质相差很小，均在可接受范围内。
[0081]
实施例11：全氟二丁醚在液冷机箱中的应用。
[0082]
在液冷机箱中，将原有的液冷剂(一般为矿物油等传统材料)去除，并装入实施例2所得全氟二丁醚，开机即可使用。
[0083]
实施例12：全氟醚组合物在液冷机箱中的应用。
[0084]
在液冷机箱中，将原有的液冷剂(一般为矿物油等传统材料)去除，并装入实施例10所得配制的组合物a，开机即可使用。
[0085]
实验所采用的原料见表12：
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表12原料和产品的化学式及来源表
[0087]
[0088]