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产品应用 CFCs替代 新一代ODS的理想替代品氢氟醚

新一代ODS的理想替代品氢氟醚

2022-07-20 21

一、HFE的市场需求现状

根据QYR(恒州博智)的统计及预测,2021年全球氢氟醚(Hydrogen Fluoride Ether,缩写为HFE)市场销售额达到了0.9亿美元,预计2028年将达到1.6亿美元,年复合增长率(CAGR)为8.4%(2022-2028)。

全球前三大的HFE生产商为3M、AGC和天合化工等,共占有超过85%的市场份额,目前北美是全球最大的氢氟醚市场,占有大约65%的市场份额,之后是中国和日本市场,二者共占有接近30%的份额。目前,在产品类型上,HFE一般可分为纯HFE和HFE混合物,其中在2019年,纯HFE所占市场份额比例最大,约为90%,价格也相对较高,而HFE混合物仅占10%。

二、HFE的替代进程

随着5G技术日益成熟、飞速发展,对高端芯片和大型数据中心的需求日益加大,含氟专用化学品的应用将迎来爆发式的增长。《产业结构调整指导目录(2019年本)》中明确指出,对消耗臭氧潜能值(ODP)为零、全球变暖潜能值(GWP)低的消耗臭氧层物质(ODS)替代品和含氟精细化学品列入鼓励类。

氢氟醚(HFE)是新一代ODS的理想替代品,是最重要的含氟专用化学品之一。

    第一代产品

20世纪30年代科学工作者开发出氯氟烷烃(简称CFCs),例如:三氟三氯乙烷(CFC-113)、三氯一氟甲烷(CFC-11)、二氯二氟甲烷(CFC-12)等,CFCs中的卤素原子是元素周期列表中非金属性及吸电子能力极强的原子,能使烷烃链带上很强的极性。这样的有机化合物既有有机物质的非极性、又具有卤素原子极强的极性,同时具有无毒或低毒、不可燃、不爆炸、易检漏、工艺简单、价格低廉等特点,因此它(们)在理论上既可以溶解带非极性的有机污物,又可以溶解带极性的无机污物,作为清洗剂是极好的。另外,CFCs沸点低、临界温度高、凝固温度低、汽化潜热大等性能,同样具有突出的制冷量大的特点,可作制冷剂。因此,CFCs是现代化生活不可缺少的一类化学物质。

但是,到了70年代,科学家发现CFCs破坏臭氧层,Cl、F 原子引入碳链,一方面由于F 原子的大小和极性使碳链更加稳定,这一点对于用户是十分有利的;另一方面又由于Cl原子的非金属性位居非金属榜首,一旦从分子中解离出来,其反应性(活泼性)就会非常强, 因此,CFCs是极易分解出氯自由基的,氯自由基可与臭氧分子连锁反应引起对大气臭氧层破坏,CFCs也会对红外辐射有强烈吸收引起温室效应。上述种种问题引起国际社会的高度关注,制定出多部国际公约,加快淘汰 CFCs等ODS物质 。

第二代产品

在考虑CFCs替代品时, 科学家考虑在 CFCs分子中引入氢原子,研发出含氢氯氟烃(HCFC),一方面保持CFCs的良好物性,一方面降低分子中Cl原子个数以降低对臭氧层的破坏,但仍同时存在Cl、F原子, 因此HCFC作为第二代产品(以CFCs为第一代产品)的 ODP值不为0(如1,1-二氯一氟乙烷[HCFC-141b]的ODP值为0.11),蒙特利尔议定书对HCFC也规定了淘汰期限, 只是比CFCs 类化合物晚一些

第三、四代产品

ODP为0的产品为第三、四代产品,因不含Cl元素,对大气臭氧层没有破坏,ODP为0。氢氟烃(HFC)为第三代产品,曾被认为是理想的ODS替代品,但是由于HFC能很强的吸收红外辐射,并且大气寿命时间很长,具有很高的GWP值。第四代产品含氟烯醚(HFO)和氢氟醚(HFE),是科学工作者为得到与 CFCs、 HCFCs相似的物理性质, 又能够较快地在大气中分解,大气寿命较短,对环境友好的化合物而设计的。如HFE是含氟、碳、氢、氧元素的醚类化合物,C-O-C键键能较小,易在对流层分解,被雨水带回地面,大气寿命短约为1~5年,GWP值低,对环境几乎没有影响,是新一代ODS理想替代品。

二、HFE的应用领域

HFE具有无闪点、低毒性、无腐蚀性、不燃等安全性,低表面张力、化学稳定性良好、材料兼容性良好等优良性能,以及无臭氧层破坏、无温室效应、低VOC、较短的大气寿命等环保性能,易于储藏和运输,具有其他替代品无可比拟的优势,应用非常广泛。

制冷剂 HFE可用于冰箱、冷柜、高温热泵、汽车空调,也可用作数据中心沉浸式冷却的冷却液,大幅降低能源使用,缩小数据中心空间规模,优化服务器硬件性能。
清洗剂 HFE物质很易挥发,快干无残留,且对碳氟聚合物溶解力强,因而适用作气体干燥剂、清洗剂、衣物干洗剂、精密器件的清洗。在美国环境保护局(US EPA)确定的氟利昂替代物清单中被指定为可无限制使用。因其兼顾清洗能力、过程安全和环境保护,受到产品附加值高的企业的青睐,一旦其生产成本能大幅降低,必将得到迅速推广。
发泡剂 HFE的摩尔质量大,蒸汽导热系数低,不燃性和热稳定性等可作为硬质泡沫塑料的发泡剂、绝缘材料添加剂、灭火剂的添加剂和传热工质。