湯嶠永 姚素梅

（天津長蘆新材料研究院有限責任公司，天津300350）

0 前言

氫氟醚類（HFEs）物質因其具有良好的環(huán)境性能，如臭氧破壞潛能值（ODP）為0、全球溫室效應潛能值（GWP）低以及大氣存活壽命短，已在諸多領域得到廣泛關注［1-4］。眾多學者對氫氟醚與大氣中OH自由基的反應機理及其動力學行為進行了深入探索，揭示了其大氣壽命的長短［5-8］。九氟丁基醚（C4F9OR）與OH自由基反應的研究結果表明：九氟異丁基醚（i-C4F9OR）與九氟正丁基醚（n-C4F9OR）兩種同分異構體的大氣壽命存在一定的差別，i-C4F9OC2H5的大氣壽命為0.7 a，n-C4F9OC2H5的大氣壽命為0.9 a［9-10］。大氣壽命短的物質對環(huán)境產生的影響更小，因此，若將單一結構的 i-C4F9OC2H5作為氟氯烷烴類化合物的替代物進行使用，更具環(huán)保優(yōu)勢。

在清潔、涂覆等應用過程中需要氫氟醚具有良好的化學穩(wěn)定性，而i-C4F9OC2H5純組分的化學穩(wěn)定性目前還未見報道。目前，C4F9OR化學穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)主要來源于3M公司的專利［11］與NovecTMHFE-7200的產品說明，而NovecTMHFE-7200為含有質量分數(shù)為65%的i-C4F9OC2H5與質量分數(shù)為35%的n-C4F9OC2H5的混合物。對 i-C4F9OC2H5的化學穩(wěn)定性進行了試驗研究，為其工程應用提供數(shù)據(jù)支持。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

i-C4F9OC2H5，質量分數(shù)＞99.7%，自制；氫氧化鉀，分析純，天津希恩思生化科技有限公司；硫酸，分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司；去離子水，反滲透產水經過電滲析獲得。

1.2 試驗儀器

7820A氣相色譜儀，美國安捷倫科技公司；IR Affinity-1紅外光譜儀，日本島津儀器公司。

1.3 試驗過程

1.3.1 耐強酸穩(wěn)定性試驗

將50 g i-C4F9OC2H5與30 g質量分數(shù)為98%的硫酸溶液在帶有攪拌器和溫度計的250 mL圓底燒瓶中混合，產生的溶液在76℃冷凝回流8 h。然后靜置，分出上層含氟化合物相與下層硫酸相。取1.0 g下層物質用去離子水對其進行稀釋，并用標準的1.0 mol/L氫氧化鈉滴定稀釋后的酸水溶液，對上層含氟化合物相進行水洗、干燥、稱重并進行氣相色譜（GC）與紅外光譜（IR）分析。

1.3.2 耐強堿穩(wěn)定性試驗

將50 g i-C4F9OC2H5與30 g質量分數(shù)為30%的氫氧化鉀溶液在帶有攪拌器和溫度計的250 mL圓底燒瓶中混合，產生的溶液在76℃冷凝回流8 h?；亓骱笤谌芤褐屑尤?0 mL水，并蒸餾產物。在產生的蒸餾物中將下層含氟化合物相與上層分離，下層用100 mL水清洗，干燥，對得到的含氟化合物進行稱重與氣相色譜分析。用標準的1.0 mol/L鹽酸滴定留在反應燒瓶內的堿水溶液。

2 結果與討論

2.1 九氟異丁基乙醚的耐酸穩(wěn)定性

2.1.1 回流前后物料的質量與顏色

i-C4F9OC2H5在濃硫酸環(huán)境中回流前后兩種物質的質量與顏色如表1所示。

表1 i-C4 F9OC2 H5與濃硫酸在回流前后的質量與顏色

由表1可知，i-C4F9OC2H5與濃硫酸在76℃冷凝回流8 h后，兩者顏色均未發(fā)生改變，回流后各物質的質量與回流前基本一致。

1.0 mol/L氫氧化鈉對下層液的滴定結果：取出下層液1.05 g，對其稀釋液進行滴定，所消耗1.0 mol/L氫氧化鈉的體積為19.26 mL，該值與中和1.05 g質量分數(shù)為98%的硫酸所需1.0 mol/L氫氧化鈉體積的理論值21 mL基本一致，表明 i-C4F9OC2H5與濃硫酸在76℃冷凝回流過程中，硫酸未被消耗。

2.1.2 回流前后i-C4 F9 OC2 H5的氣相色譜（GC）分析

試驗過程中所選用i-C4F9OC2H5樣品的GC譜圖如圖1所示。

圖1 i-C4 F9OC2 H5的GC譜圖

將i-C4F9OC2H5與濃硫酸在76℃冷凝回流后所得上層含氟化合物經水洗、干燥后進行氣相色譜分析，得到的GC譜圖如圖2所示。

圖2 i-C4 F9 OC2 H5在濃硫酸環(huán)境中回流后的GC譜圖

由圖1、圖2可知，i-C4F9OC2H5在76℃濃硫酸環(huán)境中冷凝回流無新物質生成，i-C4F9OC2H5未與硫酸發(fā)生化學反應。

2.1.3 回流前后i-C4 F9OC2 H5的紅外光譜（IR）分析

試驗過程中所選用i-C4F9OC2H5樣品的IR譜圖如圖3所示。

圖3 i-C4 F9 OC2 H5的IR譜圖

將i-C4F9OC2H5與濃硫酸在76℃冷凝回流后所得上層含氟化合物經水洗、干燥后進行紅外光譜分析，得到的IR譜圖如圖4所示。

圖4 i-C4 F9 OC2 H5在濃硫酸環(huán)境中回流后的IR譜圖

由圖3、圖4可知，i-C4F9OC2H5在76℃濃硫酸環(huán)境中冷凝回流無新的特征官能團出現(xiàn)即無新物質生成，說明i-C4F9OC2H5與硫酸未發(fā)生化學反應。分析結果表明：i-C4F9OC2H5在強酸環(huán)境中具有良好的穩(wěn)定性。

2.2 九氟異丁基乙醚的耐堿穩(wěn)定性

2.2.1 回流前后物料的質量與顏色

i-C4F9OC2H5在氫氧化鉀溶液環(huán)境中回流前后兩種物質的質量與顏色如表2所示。

表2 i-C4 F9 OC2 H5與氫氧化鉀溶液在回流前后的質量與顏色

由表2可知，i-C4F9OC2H5與氫氧化鉀溶液在76℃冷凝回流8 h后，兩者顏色均未發(fā)生改變，回流后i-C4F9OC2H5的質量與回流前基本一致。

對水相進行的滴定所消耗1.0 mol/L鹽酸的體積為168.52 mL，該值與中和31.82 g質量分數(shù)為30%的氫氧化鉀所需1.0 mol/L鹽酸體積的理論值170 mL基本一致，表明i-C4F9OC2H5與氫氧化鉀水溶液在76℃冷凝回流過程中，氫氧化鉀未被消耗。

2.2.2 回流前后i-C4 F9OC2 H5的GC分析

將i-C4F9OC2H5與氫氧化鉀溶液在76℃冷凝回流后所得有機相進行氣相色譜分析，得到的譜圖見圖5。

圖5 i-C4 F9OC2 H5在濃堿環(huán)境中回流后的GC譜圖

由圖5可知，i-C4F9OC2H5在76℃強堿環(huán)境中冷凝回流無新物質生成，i-C4F9OC2H5未與氫氧化鉀發(fā)生化學反應。

2.2.3 回流后i-C4 F9OC2 H5的IR分析

將i-C4F9OC2H5與氫氧化鉀溶液在76℃冷凝回流后所得有機相進行紅外光譜分析，得到的譜圖見圖6。

圖6 i-C4 F9OC2 H5在濃堿環(huán)境中回流后的IR譜圖

由圖6可知，i-C4F9OC2H5在76℃強堿環(huán)境中冷凝回流無新物質生成，i-C4F9OC2H5與氫氧化鉀未發(fā)生化學反應。分析結果表明：經高溫濃堿的強烈腐蝕，i-C4F9OC2H5的結構未發(fā)生變化，該物質在強堿環(huán)境中具有良好的穩(wěn)定性。

3 結論

i-C4F9OC2H5純物質在強酸、強堿環(huán)境中均具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，經高溫濃酸、濃堿強烈腐蝕后其結構未發(fā)生變化，可作為氟氯烷烴類化合物的替代物進行使用，且相對于其同分異構體 n-C4F9OC2H5大氣壽命更短，更易滿足日益嚴格的環(huán)保要求。