含氟功能材料

第二章：高分子材料概论2.9有机氟材料主要内容：2.9.1 有机氟材料概述2.9.2有机氟的基础原料和基本单体制备2.9.3 氟树脂2.9.4 氟橡胶2.9.5 思考题2.9.1 有机氟材料概述氟是自然界最活泼的一种非金属元素，电负性最高，为3.9，能分解水，生成臭氧和HF，黑暗中就能与氢直接化合，几乎能直接与所有金属、非金属元素化合。

含氟的化学物质一般都具有特殊性质，例如热稳定性、化学稳定性、防水、防油等，因此引发了人们的研究兴趣。

我们常说的“有机氟”或“有机氟材料”指的是含氟的高分子。

含氟高分子的主链是碳链或碳杂链，氟原子作为碳原子上的取代基而存在。

碳原子上所有的氢全被氟替代，则成为只含有C和F原子的氟碳聚合物如聚四氟乙烯，又如四氟乙烯／六氟丙烯共聚物，可称之为全氟高分子。

部分氢原子被取代或含有其它原子(如氯)，一般叫含氟高分子。

对于含氟高分子材料的分类较简单，可分为：含氟聚合物的单体，都是乙烯基衍生物，合成单体的路线，通常都由HF加成或由HF制成氟氯碳烷(氟里昂、氟致冷剂)裂解而成相应的烯烃单体，聚合反应一般都是连锁聚合而获得含氟高分子。

2.9.2有机氟的基础原料和基本单体的制备一、无水HF合成合成含氟化合物的最基础原料是HF，自然界没有F2和HF天然存在，必须人工合成。

许多含氟精细化学品例如含氟的油、脂、表面活性剂，通常都要借助于F2合成，F2产生主要靠电解无水的HF获得。

所以，HF尤其是无水HF是含氟材料的最基本原料。

自然界氟的化合物主要是氟萤石(CaF2)，中国占全世界已探明贮量的70％。

用于合成无水HF的CaF2要求越纯越好。

一般使用一级或特级的矿石精矿。

其生产过程是由萤石和浓硫酸高温反应获得，如下式所示，中间伴随着很多副反应。

CaF2 + H2SO4—> CaSO4 + 2HF四氟乙烯（TFE ）是由二氟一氯甲烷裂解获得，因此其合成步骤分为二氟一氯甲烷的合成和二氟一氯甲烷的裂解两步： CHCl 3 + 2HF >CHClF 2 CHClF 2 >C 2F 4 + 2HCl三、三氟氯乙烯合成三氟氯乙烯（CTFE ）是由三氟三氯乙烷脱氯制得，因此其合成步骤分为三氟三氯乙烷的合成和三氟三氯乙烷的脱氯两步： C 2Cl 6 + 3HF >C 2F 3Cl 3 + 3HCl C 2F 3Cl 3 >C 2F 3Cl + ZnCl 2四、全氟丙烯（六氟丙烯）合成全氟丙烯（HFP ）一般采用C 2F 4或CHF 3裂解制备，通常采用C 2F 4裂解： 3 C 2F 4 >2C 3F 6SbCl 5Ni700-900o C-Cl 2 ZnSbCl 5Ni700-900o C偏氟乙烯（CH2=CF2 ;VDF）由乙炔和无水HF加成制得CHF2CH3，然后在氯气存在下热裂解而得：C2H2 + 2HF > CHF2-CH3CHF2-CH3>CH2=CF2 + 2HCl六、其他含氟单体除了上述主要的含氟单体，常见的还有氟乙烯（CHF=CH2）、全氟辛酸等。

新能源汽车上含氟材料的要求-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述随着全球对环境保护和可持续发展的关注不断增加，新能源汽车作为一种清洁、高效的交通工具正在得到广泛的推广和应用。

作为新能源汽车的关键技术之一，含氟材料在其制造过程中发挥着重要作用。

含氟材料是一类具有特殊化学性质的材料，其特点是具有较高的氟元素含量。

这些材料在新能源汽车的发展中扮演着不可或缺的角色，主要体现在以下几个方面。

首先，含氟材料在新能源汽车的能源储存和传输中起着重要作用。

目前，新能源汽车主要采用电池作为能源储存设备，而含氟材料可以用于制造电池的正负极材料及电解质材料。

这些材料具有较高的电导率和离子交换能力，能够有效提高电池的能量密度、充放电效率和循环寿命。

其次，含氟材料在新能源汽车的车身和结构中具有重要作用。

新能源汽车相对于传统汽车来说，需要更轻、更坚固的材料来降低车辆的自重，并保证其在高速行驶和碰撞时的安全性能。

含氟材料具有较低的密度和较高的强度，是制造轻质和高强度车身材料的理想选择。

另外，含氟材料还可以用于新能源汽车的散热系统和电子元器件中。

新能源汽车在运行过程中会产生较高的温度，为了保证车辆系统的稳定性和寿命，需要有效的散热系统来降低温度。

含氟材料具有良好的隔热性和热传导性能，能够提高散热效率并保护电子元器件的正常工作。

综上所述，含氟材料在新能源汽车的发展中具有重要意义。

它们为新能源汽车的能源储存和传输、车身和结构、散热系统等方面提供了关键支持，并对新能源汽车的性能、安全性和可靠性起着决定性的作用。

因此，对于新能源汽车制造企业和研发机构来说，深入研究和应用含氟材料是实现新能源汽车可持续发展的关键之一。

文章结构是指文章的整体组织框架，它有助于读者理解和流畅阅读。

本文将按照以下结构展开探讨新能源汽车上含氟材料的要求：1. 引言1.1 概述在引言部分，我们将简要介绍新能源汽车以及含氟材料的定义和特点。

同时，我们会强调新能源汽车对环境保护和能源效率的重要性。

氟聚合物介绍氟塑料是塑料的一个重要品类，通常人们接触的氟塑料是聚四氟乙烯(PTFE)。

聚四氟乙烯是产量最大、应用最广范的氟塑料，除此之外，还有多种常用的氟塑料。

一，氟塑料的发展史1934年，Schloffer，Scherer合成聚三氟氯乙烯(PCTFE)。

1938年DuPont.Co （杜邦公司）的R.J.P1unkett合成聚四氟乙烯(PTFE)并于1949年实现工业化。

继而英国的ICI，德国的Hoechst，日本的DAIKIN大金工业，意大利的Montefluos等相继投产。

我国氟塑料在1958年研制成功，首先在上海实行工业化。

氟塑料的最初原料是氟石(又称茧石CaF2)和硫酸反应生成的氟化氢。

氯仿、四氯乙烯这类氯化烃在催化剂存在下被HF氟化而生成含氟化合物。

这样得到的含氟烃再经过热分解、脱氯等反应便可得到四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯等单体。

由这些单体均聚或共聚便可得到各种氟塑料。

氟塑料的性能视其聚合方法(如悬浮聚合、乳液聚合、溶液聚合)、聚合度、分子量分布后处理工艺而异。

二、氟塑料种类氟塑料是由含氟单体如四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯、偏氟乙烯、氟乙烯、六氟异丁烯、全氟代烷基乙烯基醚以及乙烯等单体通过均聚或共聚反应制得。

氟塑料按数量及用途来说还是以聚四氟乙烯为最重要。

主要的氟塑料品种如下：聚四氟乙烯(polytetrafluroethylene;teflon，PTFE，简称F4)聚全氟乙丙烯(fluorinated Ethylene-Propylene Copolymer，FEP，简称F46)可熔性聚四氟乙稀---四氟乙烯与全氟代烷基乙烯基醚共聚物(tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer ，PFA)聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride，fluororesin-2 ，PVDF，简称F2)聚氟乙烯(polyvinyl fluoride ，PVF，简称F1，杜邦公司的商品名Tedlar™泰德拉)聚三氟氯乙烯(Polychlorotrifluoroethylene ，PCTFE，简称F3)偏氟乙烯与三氟氯乙烯共聚物(chlorotrifluoroethylene-vinylidene fluoride copolymer , Kel-F，简称F23)偏氟乙烯与四氟乙烯共聚物(简称F24)偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物(vitonA，氟橡胶，简称F26)三氟氯乙烯与乙烯共聚物( ECTFE ，Halar，简称F30)四氟乙烯与乙烯共聚物(ethylene tetrafluoroethylene copolymer，ETFE ， Tefzel，简称F40)四氟乙烯—六氟丙烯—偏氟乙烯的共聚物(THV)三、氟塑料的特点氟塑料具有耐热、耐寒、耐候、耐药品、耐溶剂，绝缘性能及高频电性能优异.并具有不粘性、自润滑性、低磨擦系数等特点。

有机氟材料的结构及其应用学生姓名：任丽丽指导老师：刘耀华（太原师范学院化学系092班太原山西）摘要: 高性能、低(无)污染是当今发展的主要趋势，氟树脂独特的结构特点使它具有很高的耐热性、耐化学性和耐候性，独特的电学性能，优良的表面性能和光学特性，从而使其成为可能同时具有这两项要求的材料之一。

本文主要阐述了有机氟材料的结构及其在各方面的应用，尤其是在涂料和皮革工业上的应用。

指出今后皮革化学品将会向着多功能、高质量、环保型的方向发展。

另外还对国内外有机氟材料的发展做了简单的一些介绍。

关键词：氟材料结构与性能涂料皮革工业氟树脂前言：近年来，有机氟材料已经被应用于很多行业，例如涂料、皮革工业、保护文物的行业等等。

有机氟聚合物优异的耐候性、耐腐蚀性、耐玷污性、耐化学品性、斥水斥油性、绝缘性等，被广泛地应用于文物保护中。

氟系涂覆材料，由于其优异的耐侯性、耐腐蚀性、耐热性、耐化学品性、防污性、斥水斥油性及低摩擦性等优良特性，成为化工设备、海上平台、大型船舶防护等极端恶劣环境中使用的最高技术涂料。

本文将对有机氟材料的结构和应用进行介绍。

1．氟化学简介及有机氟材料的结构特点1.1氟化学概述1.1.1引言含氟化合物是当前增长最为迅速的精细化学品之一，广泛应用在材料、农药、医药等领域，具有广阔的发展前途和强大的生命力。

氟元素被引入分子后，分子的化学性能会产生深刻的变化。

由于自然界中几乎不存在有机氟化物，因此这完全是一门地地道道的人工合成的化学新领域，从而给有机化学家提供了无限机会。

1896年氟代乙酸乙酯的合成标志着有机氟化学的开始，至今已有一个多世纪的时间。

在此期间，几次历史性的突破极大地促进了有机氟化学的发展，如本世纪三十年代氟利昂应用于制冷工业，二战期间曼哈顿工程的实施，五十年代高生理活性氟脲嘧啶的合成等等【l】。

氟元素具有高负电性，它形成的有机氟聚合物具有卓越的耐化学性、热稳定性，优良的介电、耐热、耐药品、不燃、不粘及摩擦系数小等性能，是综合性能极佳的合成材料【2】。

含氟聚合物的聚合机理一、引言含氟聚合物是一类在化工领域广泛使用的材料，由于其独特的化学结构和性能，被广泛应用于塑料、涂料、纺织品等行业。

为了更好地理解含氟聚合物的聚合机理，本文将从基本概念入手，逐步深入探讨其形成过程、重要影响因素以及应用前景。

二、含氟聚合物的基本概念含氟聚合物指的是在聚合反应中引入含氟功能团的聚合物。

含氟功能团可以通过不同的化学方法引入，常见的有氟代烷、氟代烯烃等。

这些功能团的引入使得聚合物具有了一系列独特的性质，如耐高温、耐腐蚀、低摩擦系数等。

含氟聚合物还具有优异的电性能、热稳定性和化学稳定性，因此在多个领域得到广泛应用。

三、含氟聚合物的聚合机理含氟聚合物的聚合机理主要分为自由基聚合和阴离子聚合两种。

1. 自由基聚合自由基聚合是通过自由基引发剂引发的聚合反应。

具体过程如下：a) 激发：自由基引发剂在适当条件下受到激发，形成激发态自由基。

b) 产生：激发态自由基与单体发生反应，产生新的自由基。

c) 扩增：新的自由基与更多的单体发生反应，不断扩增聚合链。

d) 终止：聚合链上的自由基通过与其他自由基或稳定物质反应终止聚合过程。

2. 阴离子聚合阴离子聚合是通过阴离子引发剂引发的聚合反应。

具体过程如下：a) 引发：阴离子引发剂在适当条件下与单体发生反应，形成负离子自由基。

b) 扩增：负离子自由基与更多的单体发生反应，不断扩增聚合链。

c) 终止：聚合链上的负离子自由基通过与其他自由基或稳定物质反应终止聚合过程。

四、重要影响因素含氟聚合物的聚合过程受多个因素的影响，其中最重要的因素包括单体选择、聚合反应条件和聚合机理等。

1. 单体选择单体的选择对含氟聚合物的性能和应用领域具有重要影响。

各种含氟单体具有不同的化学结构和性质，选择适合的单体组合可以获得理想的聚合效果和所需的材料特性。

2. 聚合反应条件聚合反应条件包括温度、压力、催化剂选择等。

合理的聚合条件可以控制聚合反应的速度和产物结构，从而得到所期望的含氟聚合物。

含氟化合物及应用
含氟化合物在许多领域中都有广泛的应用。

以下是一些主要的应用：
1. 化学反应催化：某些含氟化合物，例如三氟化硼，可以作为路易斯酸来催化许多化学反应。

2. 聚合物和塑料添加剂：含氟化合物可以作为聚合物和塑料的添加剂，以提高其耐热性、耐化学性和电性能。

3. 燃料和能源：全氟烃（PFC）在燃料和能源领域中用作替代品，因为它们具有高燃烧效率和低环境影响。

4. 医疗和制药：某些含氟化合物在医疗和制药领域中用作药物或药物前体。

例如，有些氟化物可以用于治疗癌症、高胆固醇、细菌或真菌感染等疾病。

5. 材料科学：含氟化合物在材料科学中用作涂层、防护层、润滑剂等。

例如，全氟聚合物可以用于制造不粘锅涂层和水防剂。

6. 电子和半导体行业：在电子和半导体行业中，含氟化合物被用作清洁剂和蚀刻剂，以制造更高效的电子设备。

7. 航空航天：在航空航天领域，含氟化合物用于制造耐高温和高性能的材料，如火箭推进剂和飞机燃料。

8. 环保和能源效率：含氟化合物也被用于提高能源效率和减少环境污染。

例如，某些含氟化合物可以用于制造高效能的空调系统和节能灯泡。

总的来说，含氟化合物由于其独特的化学和物理性质，在许多领域中都有广泛的应用。

然而，由于一些含氟化合物对环境和人体有害，因此在使用时需要谨慎并遵守相关规定。

功能型FEVE氟碳树脂涂料性能介绍及应用精细化工门户7月8日讯氟碳树脂涂料因其特殊的树脂分子结构，赋予其独特卓越的性能，如超高耐候性，低表面能，优异的耐化学品性和防腐性。

在户外建筑防护领域，氟碳树脂涂料以其卓越的超高耐候性已成为高档建筑物的首选，广泛应用于各种标志性建筑、大型楼宇、桥梁、机场、车站的外装饰保护。

FEVE(氯乙烯-乙烯基醚)涂料作为氟碳树脂涂料家族中重要的一员，不仅具有氟碳树脂涂料的超高耐候性，而且具有传统涂料的施工灵活性，克服了PVDF(聚偏氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)等氟碳树脂涂料的施工局限性的弊端，同时，历经十年来推广与应用，在国内市场上取得了很好的效果与成果，并制定了技术标准。

FEVE氟碳树脂涂料的应用主要以外墙和钢结构为主，外墙领域的市场需求巨大，占有较大的市场份额，尤其是近年来预涂板的推出，厂内加工，现场安装，加工速度快，质量好，装饰效果佳，避免了以往由于FEVE氟碳树脂涂料现场施工条件难受控，而带来的涂层开裂、起泡、颜色不均匀等漆膜弊病。

预涂板的安装形式多样化，并且可以与保温层做到装饰与保温一体化的安装与应用。

目前，FEVE氟碳树脂涂料的预涂板广泛用于办公楼、宾馆、机场、车站、学校、医院、高档住宅小区等的外墙装饰板，以及地铁、隧道等的装饰板。

在FEVE氟碳树脂涂料预涂板生产、制造方面，早期选用喷涂，现在大多采用辊涂和淋涂的生产工艺，生产效率大幅提高。

此外，氟碳预涂板的快速发展也带动了基板生产、涂装设备、安装施工等相关行业的发展。

在钢结构防腐蚀领域，FEVE氟碳树脂涂料获得了市场的高度评价和广泛认可。

在我国经济快速增长的背景下，大规模的基础建设不断启动，FEVE氟碳树脂涂料在公路、铁路、桥梁、机场、车站等大型工程的钢结构防护方面的应用已开始普及。

相比外墙和钢结构两大领域的稳定增长，FEVE氟碳树脂涂料在其它应用领域，如金属材质(铜、铝、不锈钢)、塑料材质(PVC、ABS、PET)、陶瓷、玻璃和石材等无机材质应用方面的市场需求也在快速增长。

含氟功能材料光催化一、引言光催化技术是一种利用光能激发材料表面电子，从而促进化学反应的方法。

具有高效、无污染和可再生等特点，已被广泛应用于环境净化、水处理、能源转换等领域。

在光催化过程中，催化剂的性能对反应效率起着决定性作用。

含氟功能材料由于其特殊的化学性质和独特的表面结构，展现出良好的光催化性能。

二、含氟功能材料的特点1. 氟元素的高电负性使得含氟材料具有较高的电子亲和能力和活性位点密度，有利于吸附和激发光催化反应所需的电子；2. 含氟材料具有较高的化学稳定性和耐腐蚀性，能够在恶劣环境下保持稳定的催化活性；3. 氟元素的特殊空间结构和极性使得含氟材料表面具有较强的光吸收能力和光散射能力，有效提高光利用率；4. 含氟材料还具有超疏水性和自洁性等特性，可降低光催化反应中的杂质吸附和反应物分子固定，提高反应速率。

三、含氟功能材料在光催化领域的应用1. 环境净化含氟功能材料在光催化领域中被广泛应用于大气污染物的降解和水污染物的处理。

例如，将含氟功能材料修饰在光催化反应器的内壁上，可以有效降解空气中的有机污染物和有害气体。

同时，利用含氟材料的超疏水性，可实现水体中油污染物的高效吸附和分解，提高水体净化效果。

2. 能源转换含氟功能材料在太阳能光电转化和人工光合作用中具有广阔的应用前景。

通过将含氟材料修饰在光电极表面，可以提高光电转化效率和稳定性，增强光电极对太阳光的吸收和利用。

此外，含氟材料的特殊表面结构也可用于催化二氧化碳还原反应，将其转化为有用的燃料和化学品。

3. 医药领域含氟功能材料在医药领域中的应用也备受关注。

利用含氟材料的特殊极性和化学稳定性，可以用于光催化杀灭细菌和病毒，实现无菌环境的高效净化。

同时，含氟材料还可用于光动力疗法，通过激发材料表面的氧化剂生成，实现对肿瘤细胞的有选择性杀灭。

四、含氟功能材料光催化的研究进展针对含氟功能材料在光催化领域的研究主要集中在以下几个方面：1. 含氟材料的制备方法优化，包括溶剂热法、电化学沉积法、物理蒸发法等，以提高材料的光催化活性和稳定性；2. 增强光催化反应过程中的传质效率，例如通过纳米材料的表面修饰和载体设计，提高反应物的吸附和扩散速率；3. 探索新型含氟功能材料的性能和应用，如含氟金属有机框架材料、氟化物钙钛矿材料等，以进一步拓展光催化领域的应用范围。

含氟化合物及应用
含氟化合物是指化学物质中含有氟元素的化合物。

氟元素具有较小的原子半径、高电负性和强氧化性，使得含氟化合物具有许多特殊的化学性质和广泛的应用。

以下是几种常见的含氟化合物及其应用：1. 氟化钾（KF）：常用作催化剂，在有机合成中用于酯化、醚化和烯烃的氟化反应。

2. 氟化铝（AlF3）：用于铝冶炼过程中的电解质和熔剂，也可用于制备高纯度金刚石和合成氟化烃。

3. 氟化氢（HF）：用作蚀刻剂，可蚀刻玻璃、金属和陶瓷等材料，也用于制备氟化物和有机氟化合物。

4. 全氟辛基硫醚（PFOS）：用于制造防水、防油和防尘等功能性涂层，也用作抗静电剂、消泡剂和润滑剂。

5. 氟化碳（CF4）：用作等离子体刻蚀中的反应气体，可用于蚀刻金属、氮化硅和氧化硅等材料。

6. 氟化氯（CFCs）：曾广泛用于制冷剂和喷雾剂，但因对臭氧层破坏和温室效应而被大部分国家禁止使用。

7. 氟化铵（NH4F）：用于制备氟化物、氟硅酸盐和磷酸盐等化合物，也用作金属表面处理剂和电解液。

8. 氟烷（氟化烃）：用于制造冷冻剂、灭火剂、发泡剂和溶剂等，也用于制备药物、染料和农药等有机化合物。

需要注意的是，含氟化合物在应用过程中需要注意其毒性和环境影响，合理使用和处理含氟化合物对于保护环境和人类健康至关重要。

1.1.1 含氟聚氨酯材料概述含氟聚氨酯[1‐11]是一类具有特殊功能的高分子材料，1947 年已对其进行了首次报道，1958年第一篇专利出现，至今已经有近60年的历史。

聚氨酯(PU)材料因其独特的可自由调节的软硬段结构,在弹性体、纤维、涂料和黏接剂领域已有普遍的应用。

氟有强电负性、高C‐F键能(540KJ/mol)、除氢外最小的范德华半径以及氟对碳链的屏蔽保护作用，由于氟的引入在保持了聚氨酯优异的机械性能和两相微结构特征的基础上，又在很大程度上改善了PU的表面性能和整体性能，并赋予其卓越的耐候性、耐化学介质性、较高的使用温度、抗污染性、润滑性、低摩擦性和生物相容性，因而含氟聚氨酯在国防、军工、民用等领域如涂料工业、皮革装饰、纺织整理和医药等行业有较大的应用前景，并已引起国内外研究人员的广泛关注。

含氟聚氨酯是指主链结构上除含有‐CF2基团外，还含有众多氨基甲酸酯基团（软段和硬段均可）的含氟高聚物。

此种含氟高聚物既具有聚氨酯弹性体通用特性：高强度、高弹性、高耐磨性、优良的低温性能和粘结性能；又具有含氟高聚物的耐热性、耐腐蚀性、耐化学品、耐溶剂、耐油、低污染等优良性能。

因此含氟聚氨酯新材料发展了氟塑料、氟橡胶和氟碳涂料的优异性能克服了其不足，是一种性能更优越、加工更容易、用途更广的三种氟碳聚合物的延伸产品。

1.1.2 含氟聚氨酯的合成目前制备氟化聚氨酯合成中，含氟链段的引入主要有由聚氨酯软段引入、由聚氨酯硬段引入以及由丙烯酸酯引入3种方法。

(1) 由软段引入含氟链段制备含氟聚氨酯由软段引入含氟链段的方法主要有通过全氟聚醚、半氟聚醚、全氟聚酯引入，或者通过以上含氟化合物和普通聚醚或聚酯的混合物同时作为软段引入。

其中由软段引入含氟链段制备含氟聚氨酯的关键是各种含氟聚醚（酯）二元醇的的合成。

Trombetta Tania[]12]等应用数均相对分子质量为1500的伯羟基封端的全氟聚醚低聚物和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，以二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水基团合成了氟化聚氨酯和聚脲，并获得了阴离子型水性分散体。