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全氟有机化合物

/perfluorinated organic compound/
条目作者刘金涛蒋敏
条目作者刘金涛

刘金涛

蒋敏

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最后更新 2024-08-30
浏览 189
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碳氢化合物及其衍生物分子中的氢原子全部被氟原子取代后所形成的一类化合物。

英文名称
perfluorinated organic compound
所属学科
化学

主要分为全氟烷烃、全氟烯烃、全氟芳烃、全氟醚类、全氟酯类以及全氟聚合物。

全氟有机化合物一般具有优异的化学稳定性和耐腐蚀性,能够耐受高温、光照、化学腐蚀、微生物作用和高等脊椎动物的代谢作用。密度较大,相对密度1.6~1.9。由于分子间作用力弱,分子内部的联系又非常紧密,其蒸发潜热很小,一般为104.675~167.48千焦/千克。一些简单的全氟有机化合物具有“理想液体”的特征,许多物理性质近似于气体,如具有最小的表面张力,数量级为10~15微牛/米,可溶解氧气、二氧化碳、氮气等气体,溶解量按体积比最高可达50%。全氟有机化合物在常规碳氢溶剂中的溶解度很小,在氯烃类溶剂中溶解度略增,易溶于氟利昂等含氟溶剂。

全氟有机化合物主要有以下制备方法:

①高价金属氟化物氟化。碳氢化合物中的氢在反应中全部被氟取代。分子中如果存在双键和芳香体系,将同时被氟化加成,得到饱和的氟化产物。常用的高价金属氟化物有三氟化钴和二氟化银。例如:

化学-放射性元素-118-全氟有机化合物.png

②电化学氟化。也称西蒙斯(Simons)法。多用于一些极性分子的氟化,在装有镍阳极和铁阴极交替组成的电极组的钢制电解槽中,加入含有碳氢化合物的无水氟化氢稀溶液,通直流电流进行电解氟化反应。通常槽电压为5~8伏,电流密度大于2.15安/分米2,温度范围0~20℃,在此条件下不会产生氟气,而在阳极生成氟化产物。

③氟气氟化。由于氟气反应活性太高,直接使用氟气氟化反应往往比较复杂,生成许多副产物,所以常使用惰性气体稀释的氟气并在低温下反应。在实际制备过程中,可根据底物的结构特征采用梯度反应法,初期使碳氢化合物在低温下与用惰性气体稀释的低浓度氟气反应,然后再逐渐提高反应温度和氟气的浓度,整个过程需要几小时至几天的时间。反应完成后,所有C—H键都被C—F键取代。

全氟有机化合物用途广泛,可作为介电热载体用于各类特殊要求的装置中,如要求体积小、寿命长、运转可靠的变压器。可用于气相焊接,在215℃条件下其蒸气可将配置在电路板上的焊药熔化,完成整体焊接。由于对氧气、二氧化碳等气体具有良好的溶解性,本身又呈化学惰性,一些全氟有机化合物在医药、生物工程等领域有重要应用,如制造氟碳代血液,离体器官保存,用于心脏、眼科等手术中。一些带有极性基团的全氟有机化合物具有优良的表面活性,可以显著改善介质的润湿渗透效果和乳化流平性能,同时还具有很好的憎水、憎油及防污功能,这些独特性质使得它们被广泛应用于防污防水防油涂料、消防泡沫、液压液、胶卷制作乳化液等领域。

大多数全氟有机化合物性能稳定,无毒或低毒性。但某些全氟有机化合物具有持久性和生物累积性,在生物体内的蓄积水平高于已知的有机氯农药和二􀅁英等持久性有机污染物。存在于环境中的全氟有机化合物主要包括全氟烷基羧酸、全氟烷基磺酸、全氟烷基磺酰胺、含氟调聚醇、全氟磷酸(膦酸)等,其中全氟辛烷磺酸全氟辛酸是两种典型的对环境影响严重且引起广泛关注的全氟有机化合物,它们来源于一些含氟聚合物材料,同时也是多种全氟有机化合物在环境中转化的最终产物。

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