Описаны физико-химические свойства перфторированных соединений, производимых ФГУП "РНЦ "Прикладная химия" в основном электрохимическими методами. Приведены основные методы и способы применения жидких и твердых соединений.

Ключевые слова: перфторамины, перфторполиэфиры, термостабильность, химстойкость, диэлектрики-теплоносители.

Describes the physical and chemical properties of perfluorinated compounds produced by FSUE "RSC" Applied Chemistry" mostly electrochemical methods. The basic techniques and methods of using liquid and solid compounds.

Keywords: perfluoroamines, perfluoropolyethers, thermal stability, chemical resistance, dielectrics-heat removers.

Основное содержание исследования

Российский научный центр "Прикладная химия" почти сто лет разрабатывает технологии производства новых материалов для всех отраслей хозяйства нашей страны. Материалы - это основа любой конструкции, а для гидросамолетов, работающих в море, в условиях агрессивной среды, для изделий безаэродромной авиации - инертные в химическом смысле детали, покрытия и рабочие жидкости открывают новые перспективы проектирования и увеличение срока службы используемых в настоящее время технических решений.

Широкий спектр фторорганических продуктов, технологии производства которых разработаны и разрабатываются в настоящее время во ФГУП "РНЦ "Прикладная химия", включает жидкие, твердые и газообразные соединения и смеси различного назначения.

Сегодня всем известны фторированные полимеры (фторопласты) и химически стабильные твердые смазки, которые могут применяться в условиях, где окислителем служат весьма реакционноспособные вещества, такие, как кислород, озон или даже фтор. Это использовалось ранее в аэрокосмической промышленности, решению ряда проблем которой способствовало использование жидких и твердых фторуглеродных полиэфиров, содержащих повторяющиеся звенья - OCF (CF₃) CF₂ - [1]. Например, смесь полиэфиров СПЭ265 (интервал температур кипения 180єч265єС) не вступает в реакцию с металлами, эпоксидными смолами и кремнийорганической резиной, имеет значительную кинематическую вязкость - 6,6 мм²/с при 25С, и в то же время - минимальный коэффициент температурного расширения 0,0013/С. Некоторые из перфторированных смазок нашли широкое применение в вакуумных системах. Ввиду того, что вакуумная технология часто ассоциирована с очень дорогим оборудованием, например, с масс-спектрометрами и электронными микроскопами, использование фторуглеродных вакуумных смазок чрезвычайно эффективно и экономично. Успешное использование фторуглеродных смазок в исследовательских работах [2] привело к возможности их применения в технике, а именно:

в качестве гидравлических жидкостей для нужд аэрокосмической и нефтяной промышленности,

в перекачивающих насосах для жидкого кислорода, вакуумных насосах для продувания цилиндров, компрессорах, для смазывания клапанов,

а также в измерительных приборах таких, как манометры, индикаторы уровня, температурные датчики, используемые в агрессивных и опасных средах.

Вне зависимости от химического строения, жидкие и твердые смазки стабильны в широком интервале температур, имеют малое изменение вязкости с ростом температуры, слабую сжимаемость, низкую токсичность и, как правило, стабильные диэлектрические характеристики.

Поэтому одним из промышленных применений перфторированных органических жидкостей (ПФОЖ) было их использование в качестве жидких диэлектриков в трансформаторах и распределительных устройствах. Только их относительно высокая стоимость не позволила широко внедрить эти жидкости в промышленность в то время. Миниатюризация электронных устройств привела к возникновению проблемы эффективного теплообмена и более широкому распространению перфторированных материалов. Некоторые характеристики диэлектриков-теплоносителей приведены в табл.1. Наилучшее решение проблем отвода тепла и электроизоляции состоит в погружении активных компонентов изделия в жидкость. Известно, что ПФОЖ имеет изобарную теплоёмкость около 0,9ч1,0 кДж/кгК и не взаимодействуют с большинством известных материалов, в то время как различные конструкционные материалы в электронных устройствах, и, в частности, детали из полимерных материалов, не позволяют использовать ничего другого кроме инертных диэлектрических жидкостей.

Таблица 1. Физико-химические и диэлектрические свойства некоторых перфторполиэфиров, используемых в качестве диэлектриков-теплоносителей.

Фторуглероды удовлетворяют всем предъявленным требованиям, но применяются они лишь в военной и аэрокосмической промышленности из-за своей значительной цены. Успешное использование фторуглеродов в качестве охлаждающей среды для электронных устройств привело к разработке различных контрольных испытаний, в которых в качестве погружной среды используют фторуглероды (табл.2), причем военные разрешают использовать эти жидкости как для испытания отдельных электронных устройств, так и для испытания их в сборе.

перфторированное соединение электрохимический метод

Жидкости применяются в качестве диэлектриков-теплоносителей (ПФДТ) для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры и различных элементов электрооборудования в широком диапазоне температур и тепловых нагрузок; в качестве изолирующих веществ в высоковольтном электронном оборудовании; в качестве среды для различных методов контроля в электротехнике; в качестве поплавковых жидкостей и для других целей [3].

Таблица 2. Физико-химические и диэлектрические свойства некоторых перфторированных диэлектрических жидкостей широкого спектра применения, работающих в различных температурных интервалах.

Увеличение стоимости энергии, а также ужесточение стандартов на охрану окружающей среды от загрязнений двигателями внутреннего сгорания, привели к увеличению интереса к моторам, работающим на цикле Ранкина, как средства движущей энергии, генерирования энергии и регенерации низкотемпературного тепла. Поиски термически стабильных, негорючих и низкотоксичных рабочих жидкостей привели к выбору фторуглеродов. В настоящее время конструируются или разрабатываются различные двигатели, в которых используются фторуглероды как в качестве покрытий, мембран и опалесцирующих суспензий, так и рабочих жидкостей.

Все вышеописанные материалы и соединения получены при помощи электрохимического фторирования органических веществ и других методов электросинтеза из частично или полностью фторированных исходных соединений. Электрохимические методы получения фторсоединений, обладающих целым рядом ценных свойств, являются наиболее безопасными и экономичными из всех известных в настоящее время методов синтеза. Компетентность ФГУП "РНЦ "Прикладная химия" во владении методами электросинтеза перфторсоединений со всеми сопутствующими операциями (контроль, анализ и очистка) подтверждена успешным исполнением нескольких государственных контрактов [4, 5] в рамках федеральных целевых программ "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России" и другими работами.

Литература

1. Маталин В.А., Пеганова Н.В., Каурова Г.И., Лесневская Н.Б., Людикайнен А.А., Пузанова Н.В. Электрохимический синтез перфторполиэфиров методом Кольбе // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). - 2011. - № 11. С.103-106

2. Каурова Г.И. Электрохимическое фторирование в синтезе фторорганических соединений // Соединения фтора. Химия, технология, применение. - Сборник научных трудов под ред. Максимова Б.Н. - Изд-во "Лема" СПб. - 2009. - С.69-81

3. Маталин В.А. Синтез перфторированных органических соединений методом электрохимического фторирования в присутствии третичных аминов" диссертация к. х. н., 2008., 113 с.

4. Маталин В.А., Пеганова Н.В., Каурова Г.И., Красильников А.А., Федорова Т.Е. и др. Катализаторы для процессов электрокаталитического получения фторсодержащих органических жидкостей. Отчет о НИР. СПб, ФГУП "РНЦ "Пркладная химия", 2008 г, № ГР 01 2008 084 05, инв. № 822-7

5. Трукшин И.Г., Каурова Г.И., Пеганова Н.В., Маталин В.А. и др. Разработка и создание перфторированных диэлектрических жидкостей с повышенными эксплуатационными характеристиками для комплекса новых энергосберегающих видов высоковольтного электротехнического оборудования. Отчет о НИР. СПб, ФГУП "РНЦ "Прикладная химия", 2011 г, № ГР 0120.0 710443, Инв. № 822-1

Размещено на Allbest.ru