惰性氟化物、惰性氟化物流体及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种惰性氟化物、惰性氟化物流体及其制备方法和用途，惰性氟化物包括C6F

【技术实现步骤摘要】
惰性氟化物、惰性氟化物流体及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及一种惰性氟化物、惰性氟化物流体及其制备方法和用途，尤其涉及一种导热阻燃用惰性氟化物流体，可以有效解决设备的散热、低温启动、化学不稳定和运行安全的难题。

技术介绍

[0002]设备的发热，特别是电子设备的发热不仅会影响设备的性能，同时还会危及设备的运行安全，甚至引发事故。
[0003]如何将设备产生的热量及时散去，是人们需要解决的热点问题。散热的方式一般有辐射散热、传导散热、对流散热、蒸发散热等。辐射散热是指设备以热射线的形式将体热传给外界较冷物质的一种散热方式。传导散热是指设备的热量直接传给与之接触的温度较低物体的一种散热方式。对流散热是指通过气体流动进行热量交换的一种散热方式。蒸发散热是水分从体表汽化时吸收热量而散发体热的一种方式。对流散热和传到散热是设备常用的散热方式，其中空气、水是常见的传热介质。空气作为传热介质的优点是经济方便，缺点是热容小、传热能力差、传热速率慢。水作为传热介质的优点是经济方便，缺点是导电、绝缘性能差、容易发生短路和安全事故。
[0004]以电池为例，电化学电池是动力电池和储能电池系统的核心部件，它能否安全可靠地工作至关重要。作为动力电池，一方面，在电动汽车刚刚启动和爬坡的时候，或者充、放电过程中，电池将散发大量的热量。如果不能把这些热量快速散发出去，将引起电池的热失控现象，严重时电池有发生剧烈膨胀和爆炸的危险。另一方面，电动汽车在崎岖路面行驶时，电池间会出现不同程度的摩擦和碰撞，不仅损坏电池，更有可能摩擦产生火花，从而引发安全事故。同样作为储能电池，电化学电池在充、放电过程中也会散发大量的热量，这些热量也需要尽快散发出去，否则也会引起安全事故，甚至会直接引发大规模的爆炸和火灾。储能电池、动力电池在制造过程中始终存在缺陷，有些缺陷在出厂检测中很难检测到，缺陷在使用初期也表现不出来。但是在设备使用一段时间后缺陷就会慢慢暴露出来，在某个时间表现出来引起事故，如果没有瞬间原位阻燃物质覆盖，可能引起灾难性后果，这种在设备运行过程中出现的情况已经多次发生，造成财产损失和人员伤亡事故。
[0005]以数据中心为例，根据互联网数据中心的预估，到2024年，全球数据中心消耗的电量将占全社会用电量的5％。而在这5％中有超过42％的耗能都是服务器产生的废热。温度过高会导致服务器宕机，严重时造成大面积数据服务器的瘫痪。
[0006]目前，大功率的动力电池或储能电池、数据中心大多采用风冷或者液冷进行散热。风冷结构简单、成本较低，但散热效率较低，进风口和出风口处电池的温度分布不均匀，直接影响电池组内单个电池的一致性。随着电池能量密度的提升和数据中心装机容量的不断增加，产热越来越多，风冷渐渐不能满足散热需求了。
[0007]液冷的散热效果虽然较好，但目前常用的散热液体是水、乙二醇等，这些液体本身具有导电性，如果发生服务器短路或损坏的情况，这些液体将直接导致服务器短路，造成新
的不安全因素。另外，由于含氟化合物一般具有较好的绝缘性质和不燃性，因此氢氟醚、全氟酮等含氟化合物也开始应用于热传递流体领域，但这些流体存在热稳定性差和水解稳定性差等缺陷，并未大规模应用。
[0008]近年来，具有较好介电特性、低急性毒性、低全球变暖潜能值的六氟丙烯二聚体和六氟丙烯三聚体引起人们的关注，并将其用于设备的热传导领域，例如专利ZL201880001706.6提到六氟丙烯三聚体可以作为热传递流体来使用，并且该专利说明书中提到六氟丙烯三聚体化合物是疏水的、相对化学惰性和热稳定的。
[0009]但是，我们在实际使用过程中发现了六氟丙烯二聚体(C6F
12
)、六氟丙烯三聚体(C9F
18
)、六氟丙烯四聚体(C
12
F
18
)存在长期使用的不稳定性特点，即在长期使用过程中，检测出氟化氢，氟化氢对设备产生腐蚀，甚至与设备中的部分材料，特别是金属及氧化物发生反应，造成设备缺陷，降低设备使用寿命，严重时，有可能发生安全事故。然而，现有技术并未对六氟丙烯二聚体、三聚体、四聚体的长期稳定性进行深入研究。
[0010]如何有效地解决风冷散热效率低、水或乙二醇等液冷散热安全性差、六氟丙烯二聚体(C6F12)、六氟丙烯三聚体(C9F18)、六氟丙烯四聚体(C12F18)存在长期不稳定性等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

[0011]针对现有技术中存在的前述问题，本专利技术提供一种可用于设备高效快速散热、低温快速启动、长期稳定性好的惰性氟化物、惰性氟化物流体，可以有效解决设备的散热、低温启动、化学不稳定和运行安全的难题，解决了设备长期运行的安全隐患。
[0012]本专利技术提供一种惰性氟化物C6F
13
H及其同分异构体、立体异构体、互变异构体，可用做导热、阻燃流体。所述惰性氟化物的同分异构体可选自：
[0013][0014]所述的惰性氟化物C6F
13
H可以由以下方法制备获得：
[0015][0016]高压反应釜，密闭抽真空，并进行惰性气体置换，将一定量的非质子溶剂加入高压反应釜内，另外加入一定量的无机氟化物催化剂，充分混合均匀后，持续缓慢地通入六氟丙烯气体，控制反应在压力不不超过1.5Mpa，温度不高于160℃条件下进行，反应一定时间后，结束反应。降温静置，将下层产物分层并精馏得到初产物。
[0017]将另外一只高压反应釜，密闭抽真空，并进行惰性气体置换，将一定量的前述初产物加入釜内，而后通入无水氟化氢，在催化剂存在下，将反应釜升温至30
‑
160℃，控制压力为0.1Mpa
‑
5.0Mpa，反应一定时间后，结束反应，降温冷却至室温，得到目标产物C6F
13
H。
[0018]进一步地，优选采用以下制备方法：
[0019]带搅拌的不锈钢高压反应釜，密闭抽真空，并进行多次氮气置换，然后打开进料管
路进口，将一定量的非质子溶剂加入高压反应釜内，另外加入一定量的无机氟化物催化剂，接着打开搅拌，设定一定的搅拌速率，持续缓慢地通入六氟丙烯气体，控制反应在压力不超过1.5Mpa，温度不高于160℃条件下进行，反应速率取决于通入六氟丙烯的速率，反应一定时间后，结束反应。而后降温静置24小时，将下层产物分层并精馏得到初产物。
[0020]将另一只带搅拌的哈氏合金高压反应釜，密闭抽真空，并进行高纯氮气多次置换，然后打开液体进料管路进口，将一定量的前述初产物加入釜内，而后通过气体进料管路进口，通入无水氟化氢，在催化剂存在下，将反应釜升温至30
‑
160℃，控制压力为0.1Mpa
‑
5.0Mpa，搅拌速率为50
‑
500转/分,保持2
‑
12小时，结束反应，降温冷却至室温，未反应完的气体放空至尾气回收系统，产物经过气相
‑
质谱色谱联用分析，得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种惰性氟化物，其特征在于，分子式为C6F
13
H的惰性氟化物及其同分异构体、立体异构体、互变异构体。2.根据权利要求1所述的惰性氟化物，所述同分异构体可选自：3.一种惰性氟化物，其特征在于，分子式为C6F
14
的惰性氟化物及其同分异构体、立体异构体、互变异构体。4.根据权利要求3所述的惰性氟化物，结构为：5.一种惰性氟化物，其特征在于，分子式为C9F
19
H的惰性氟化物及其同分异构体、立体异构体、互变异构体。6.根据权利要求5所述的惰性氟化物，所述同分异构体可选自：7.一种惰性氟化物，其特征在于，分子式为C9F
20
的惰性氟化物及其同分异构体、立体异构体、互变异构体。8.根据权利要求7所述的惰性氟化物，所述同分异构体可选自：9.一种惰性氟化物，其特征在于，分子式为C
12
F
26
的惰性氟化物及其同分异构体、立体异构体、互变异构体。10.一种如权利要求9所述的惰性氟化物，其特征在于，结构式为：11.一种惰性氟化物，其特征在于，分子式为C
12
F
25
H的惰性氟化物及其同分异构体、立体
异构体、互变异构体。12.一种如权利要求11所述的惰性氟化物，其特征在于，所述同分异构体为：。13.一种惰性氟化物流体，其特征在于，所述惰性氟化物流体包含权利要求1至权利要求12任一项所述的惰性氟化物的一种或多种的混合物。14.根据权利要求13所述的惰性氟化物流体，其特征在于，还含有与所述惰性氟化物相容的其他氟化物。15.根据权利要求14所述的惰性氟化物流体，其特征在于，所述惰性氟化物以至少50体积％的量存在于惰性氟化物流体中。16.一种如权利要求13
‑
15任一项所述的惰性氟化物流体的用途，其特征在于，所述的惰性氟化物流体作为导热流体使用。17.一种如权利要求13
‑
15任一项所述的惰性氟化物流体的用途，其特征在于，所述的惰性氟化物流体作为阻燃流体使用。18.一种导热组合体，其特征在于，包括：设备、流体循环泵、散热器或加热器以及权利要求13
‑
15任一项所述的惰性氟化物流体。19.一种阻燃组合体，其特征在于，包括：设备以及权利要求13
‑
15任一项所述的惰性氟化物流体。20.根据权利要求18所述的导热组合体，其特征在于，所述设备至少有20％体积浸没在所述惰性氟化物流体中。21.根据权利要求19所述的阻燃组合体，其特征在于，所述设备至少有30％体积浸没在所述惰性氟化物流体中。22.根据权利要求18
‑
21任一项所述的导热阻燃组合体，其特征在于，所述设备选自锂离子储能电池、锂离子动力电池、钠离子储能电池、钠离子动力电池、电化学电池、充电设备、微处理器、高压设备、通讯基站、数据处理器、用于制造半导体器件的半导体晶片、功率控制半导体、配电开关齿轮、功率变压器、电路板、多芯片模块、封装的或未封装的半导体器件、燃料电池和激光器。23.一种权利要求1或权利要求2所述的惰性氟化物的制备方法，其特征在于，包括以下反应过程和反应步骤：
高压反应釜，密闭抽真空，并进行惰性气体置换，将一定量的非质子溶剂加入高压反应釜内，另外加入一定量的无机氟化物催化剂，充分混合均匀后，持续缓慢地通入六氟丙烯气体，控制反应在压力不不超过1.5Mpa，温度不高于160℃条件下进行，反应一定时间后，结束反应。降温静置，将下层产物分层并精馏得到初产物；将另外一只高压反应釜，密闭抽真空，并进行惰性气体置换，将一定量的前述初产物加入釜内，而后通入无水氟化氢，在催化剂存在下，将反应釜升温至30
‑
160℃，控制压力为0.1Mpa
‑
5.0Mpa，反应一定时间后，结束反应，降温冷却至室温，得到目标产物C6F
13
H。24.一种权利要求3或权利要求4所述的惰性氟化物的制备方法，其特征在于，包括以下反应过程和反应步骤：高压反应釜，密闭抽真空，并进行惰性气体置换，将一定量的非质子溶剂加入高压反应釜内，另外加入一定量的无机氟化物催化剂，充分混合均匀后，持续缓慢地通入六氟丙烯气体，控制反应在压力不超过1.5Mpa，温度不高于100℃条件下进行，反应一定时间后，结束反应。...

【专利技术属性】
技术研发人员：景浩，景天晴，
申请(专利权)人：氟金上海新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：