CN111479900A - 全氟化1-烷氧基丙烯、组合物、及其使用方法和设备 - Google Patents

全氟化1-烷氧基丙烯、组合物、及其使用方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了由通式(I)表示的全氟化1‑烷氧基丙烯、包含此类化合物的组合物、以及包括此类组合物的方法和系统，其中式(I)由下式表示：RfO‑CF＝CFCF3，其中Rf为具有2至10个碳原子并且任选地还包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子的直链、支链或环状全氟烷基基团。

Description

全氟化1-烷氧基丙烯、组合物、及其使用方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年12月13日提交的美国临时专利申请62/598278的权益，该美国临时专利申请的公开内容以引用方式全文并入本文。
背景技术
仍然需要惰性氟化流体，其具有低全球变暖潜能值，同时提供高热稳定性、低毒性、不可燃性、良好的溶剂力以及满足各种应用要求的宽泛的操作温度范围。那些应用尤其包括但不限于热传递流体。
发明内容
本公开提供了全氟化1-烷氧基丙烯化合物、包含此类化合物的组合物、以及包括此类化合物和组合物的使用的设备和方法。
全氟化1-烷氧基丙烯由以下通式(I)表示：
RfO-CF＝CFCF3
I
其中Rf为具有2至10个碳原子并且任选地还包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子的直链、支链或环状全氟烷基基团。在某些实施方案中，Rf不是具有3个碳原子并且不具有杂原子的支链全氟烷基基团。
在一些实施方案中，提供了一种用于热传递的设备，该设备包括：器件；以及用于将热传递至器件或从器件传递热的机构，该机构包括热传递流体，该热传递流体包含式I的全氟化1-烷氧基丙烯。在一些实施方案中，用于热传递的设备包括浸没冷却系统。
在一些实施方案中，提供了传递热的方法。该方法包括提供器件，以及使用包含式I的全氟化1-烷氧基丙烯的热传递流体将热传递至器件或从器件传递热。
在本文中，“器件”是指被加热、冷却或维持在预定温度下的对象或设计。
术语“机构”是指具有包括热传递流体的零件或机械器具的系统。
术语“烷基”是指为烷烃基的一价基团，该烷烃为饱和烃。烷基基团可为直链的、支链的、环状的或它们的组合；“全氟-”(例如，涉及基团或部分，诸如在“全氟烷基”的情况下)和“全氟化的”意指基团或化合物被完全氟化，使得C-H键中的所有氢原子已被C-F键取代；并且描述环的中心中的字母“F”的化学结构指示环的所有未标记的键为氟原子。
在本文中，术语“包括”及其变型形式在说明书和权利要求中出现这些术语的地方不具有限制的含义。此类术语将理解为暗示包括所陈述的步骤或要素或者步骤或要素的组，但不排除任何其他步骤或要素或者步骤或要素的组。所谓“由......组成”意指包括并且限于短语“由......组成”随后的内容。因此，短语“由......组成”指示列出的要素为所需的或强制性的，并且不可存在其他要素。所谓“基本上由......组成”是指包括在该短语之后所列出的任何要素，并且限于不妨碍或有助于本公开中对所列要素规定的活性或作用的其他要素。因此，短语“基本上由......组成”指示所列要素为所需的或强制性的，但其他要素为任选的并且可存在或可不存在，取决于它们是否实质上影响所列要素的活性或作用。以开放式语言(例如，包括和由其衍生)引用到本说明书中的任何元件或元件的组合被认为是以封闭式语言(例如，由......组成和由其衍生)并且以部分封闭式语言(例如，基本上由......组成和由其衍生)另外地引用。
词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些有益效果的本公开的实施方案。然而，在相同的情况或其他情况下，其他权利要求也可能为优选的。此外，对一个或多个优选的权利要求的表述并不意味着其他权利要求为不可用的，并且并非旨在将其他权利要求排除在本公开的范围之外。
在本申请中，术语诸如“一个”、“一种”、“该”和“所述”并非旨在仅指单一实体，而是包括可用于举例说明的具体示例的一般类别。术语“一个”、“一种”、“该”和“所述”可与术语“至少一个(种)”互换使用。后接列表的短语“......中的至少一个(种)”和“包含......中的至少一个(种)”是指列表中项目中的任一项以及列表中两项或更多项的任何组合。
如本文所用，术语“或”一般按其通常的意义使用，包括“和/或”，除非该上下文另外清楚地指出。
术语“和/或”意指所列要素中的一个或全部，或者所列要素中的任何两个或更多个的组合。
另外，在本文中，所有数值假定通过术语“约”修饰，并且在某些实施方案中优选地通过术语“精确地”修饰。如本文所用，关于所测量的量，术语“约”是指所测量的量方面的偏差，这个偏差为如一定程度地小心进行测量的技术人员应当能预期的那种与测量的目标和所用测量设备的精确度相称的偏差。在本文中，“至多”某数字(例如，至多50)包括该数字(例如，50)。
另外，在本文中，通过端点表述的数值范围包括该范围内包含的所有数字以及端值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。
如本文所用，术语“室温”是指20℃至25℃或22℃至25℃的温度。
术语“在范围中”或“在范围内”(以及类似的表述)包括所述范围的端值。
本文所公开的替代要素或实施方案的分组不应理解为限制性的。每个组成员可以单独引用和受权利要求书保护或者与组中的其他成员或其中发现的其他要素以任何组合方式引用和受权利要求书保护。预期组中的一个或多个成员可能因便利性和/或专利性的原因而包含在组中或从组中删除。当发生任何此类包含或删除时，说明书在本文中被视为含有修改的组，从而满足对所附权利要求书中使用的所有马库什组的书面说明。
贯穿本说明书的对“一个实施方案”、“实施方案”、“某些实施方案”或“一些实施方案”等的引用，意指结合实施方案描述的具体特征、构型、组成或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书在各处出现的此类短语不一定是指本发明的相同实施方案。此外，具体特征、构型、组成或特性可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式进行组合。
本公开的以上发明内容并不旨在描述本发明的每个公开实施方案或每种实施方式。以下描述更为具体地举例说明了例示性实施方案。在本申请通篇的若干处，通过示例列表提供了指导，这些示例可以各种组合使用。在每种情况下，所引用的列表都只用作代表性的组，并且不应被理解为排他性列表。因此，本公开的范围不应限于本文所述的特定例示性结构，而应至少扩展至由权利要求书的语言所描述的结构以及这些结构的等同形式。本说明书中正面引用的作为替代方案的任何元件可根据需要以任何组合明确地包括于权利要求书中或从权利要求书排除。虽然本文可能已经讨论了各种理论和可能的机理，但在任何情况下都不应将此类讨论用于限制可受权利要求书保护的主题。
附图说明
图1为包括热传递流体的两相浸没冷却系统，该热传递流体包含如本文所公开的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
具体实施方式
本公开提供了全氟化1-烷氧基丙烯化合物、包含此类化合物的组合物(即，流体)、以及包括此类化合物和组合物的使用的设备和方法。
在一些实施方案中，本公开涉及由以下通式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯：
RfO-CF＝CFCF3
I
其中Rf为具有2至10个碳原子并且任选地还包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子的直链、支链或环状全氟烷基基团。此类杂原子可包含在含N和/或O的5元或6元全氟化环(优选地6元全氟化环)中，该全氟化环可为单价环(在烷基基团的末端处)或二价环(在烷基基团的链内)。
式(I)的一些实施方案包括的前提条件是Rf不是具有3个碳原子并且不具有杂原子的支链全氟烷基基团。式(I)的一些实施方案包括的前提条件是Rf不是不具有杂原子的支链全氟烷基基团。
在式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯的一些实施方案中，Rf为具有3至10个碳原子的直链、支链或环状全氟烷基基团。在式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯的一些实施方案中，Rf为具有2至6个碳原子的直链、支链或环状全氟烷基基团。
在式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯的一些实施方案中，Rf为直链或支链全氟烷基基团。在一些实施方案中，提供了式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的混合物(例如，如在热传递流体中)，其中该式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的至少一部分包含直链Rf基团，并且该式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的至少一部分包含支链Rf基团。
在式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯的一些实施方案中，Rf为直链全氟烷基基团。在一些实施方案中，Rf为具有2至6个碳原子并且任选地还包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子的直链全氟烷基基团。
在式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯的一些实施方案中，Rf包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子。在式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯的一些实施方案中，Rf包含含N和/或O的5元或6元全氟化环。在式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯的一些实施方案中，Rf包含氧原子。在式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯的一些实施方案中，Rf为不包含氧或氮原子的全氟烷基基团。
在式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯的一些实施方案中，Rf为具有式-(CF2)nCF3或-(CF2)nOCF3的全氟烷基基团，其中n＝1至6。
在式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯的一些实施方案中，含N和/或O的全氟化环选自以下项的组：
Figure BDA0002534503760000051
在一些实施方案中，式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯选自以下项中的一种：
CF3CF2O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)2O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)3O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)4O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)5O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)6O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)7O-CF＝CF-CF3 CF3O(CF2)3O-CF＝CF-CF3 CF3OCF2OCF2CF2O-CF＝CF-CF3 CF3OCF2OCF2OCF2CF2O-CF＝CF-CF3
Figure BDA0002534503760000061
在一些实施方案中，式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯是CF3-O-(CF2)3-O-CF＝CF-CF3。
在一些实施方案中，式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯是CF3-CF2-O-CF＝CF-CF3。
在一些实施方案中，式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯是CF3-CF2-CF2-O-CF＝CF-CF3。
在一些实施方案中，本公开的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯可为顺式构型或反式构型。在一些实施方案中，提供了式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的混合物(例如，如在热传递流体中)，其中该式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的至少一部分为顺式构型，并且该式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的至少一部分为反式构型。
式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物具有良好的环境特性、良好的性能属性、不可燃性、化学惰性、高热稳定性、良好的溶解力等。在一些实施方案中，本公开的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物可具有所需的稳定性以及必要的短大气寿命并且因此具有低全球变暖潜能值以使得它们成为用于高温热传递应用(例如用于电子工业)的环境友好的可行候选物。例如，式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物可以是化学惰性的(即，它们不轻易地与碱、酸、水等反应)，并且可具有高沸点(至多300℃)、低凝固点(它们在-40℃或更低的温度下可为液体)、低粘度、高热稳定性、良好的导热性、在一系列潜在可用溶剂中足够的溶解力以及低毒性。
本公开的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的可用液体范围介于其倾点和其沸点之间。倾点是在其温度下化合物仍能够倾倒的最低温度。倾点可例如通过ASTM D97-16“用于石油产品的倾点的标准测试方法(Standard Test Method for Pour Point of PetroleumProducts)”来确定。在一个实施方案中，本公开的化合物具有小于-100℃、小于-120℃、小于-130℃或小于-140℃的倾点。可通过将容纳3mL流体的密封玻璃小瓶放置到冷藏浴中，逐渐调节温度并检查倾倒来测量倾点。倾倒被定义为在五秒计数期间材料的可见运动。此标准在ASTM D97-16中规定。
在一些实施方案中，根据美国EPA“健康效应测试准则OPPTS 870.1100急性口服毒性(Health Effects Test Guidelines OPPTS 870.1100 Acute Oral Toxicity)”和/或OECD测试436号“急性吸入毒性-急性毒性分类方法(Acute Inhalation Toxicity-AcuteToxic Class Method)”，全氟化1-烷氧基丙烯化合物预期提供基于大鼠的4小时急性吸入或口服毒性研究的低急性毒性。例如，本公开的化合物在雄性和雌性Sprague-Dawley大鼠中具有至少5,000百万分率(ppm)、至少10,000ppm、至少15,000ppm或至少20,000ppm的单剂量口服中值致死剂量(LD 50)。
此外，在一些实施方案中，本公开的全氟化1-烷氧基丙烯化合物可具有低环境影响。就这一点而言，全氟化1-烷氧基丙烯可具有小于150、小于120、小于100、小于80、小于50、小于25或小于10的全球变暖潜能值(GWP)。如本文所用，GWP为基于化合物结构的化合物的变暖潜能的相对量度。由政府间气候变化委员会(IPCC)于1990年定义且于2007年更新的化合物的GWP计算为在指定积分时间范围(ITH)内，相对于由于释放1千克CO2引起的变暖，由于释放1千克化合物引起的变暖。
Figure BDA0002534503760000071
在该公式中，ai为大气中每单位质量的化合物增加的辐射强迫(由于该化合物的IR吸收引起的穿过大气的辐射通量的改变)，C为化合物的大气浓度，τ为化合物的大气寿命，t为时间，并且i为受关注的化合物。通常接受的ITH为100年，这表示短期效应(20年)和长期效应(500年或更长)之间的折中。假定大气中有机化合物i的浓度遵循准一级动力学(即，指数式衰减)。相同时间间隔内的CO2浓度采用从大气交换和除去CO2的更复杂模型(Bern碳循环模型)。
在一些实施方案中，本公开的全氟化1-烷氧基丙烯是不可燃的。不可燃性可通过使用标准方法诸如ASTM D-3278-96 e-1，D56-05“通过小型闭杯设备测试流体闪点的标准方法(Standard Test Method for Flash Point of Liquids by Small Scale Closed-Cup Apparatus)”进行评估。在一个实施方案中，本公开的化合物基于根据ASTM D-3278-96e-1的闭杯闪点测试为不可燃的。
在一些实施方案中，本公开的全氟化1-烷氧基丙烯具有根据ASTM Dl50-11在室温和1KHz下测量的小于2.5、小于2.4、小于2.3、小于2.2、小于2.1、小于2.0或小于1.9的介电常数。此类化合物具有介电常数使得高频电子部件和连接器可浸入在此类化合物中而不会显著损失信号完整性。
式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物可由路易斯酸与由以下通式(II)表示的全氟烷基醚化合物的反应制备：
Figure BDA0002534503760000081
其中Rf如关于式(I)所述。
式(II)的全氟烷基化合物的示例包括：
Figure BDA0002534503760000091
路易斯酸的示例包括TiF4、ZrF4、NbF5、TaF5、BF3、SbF5、ACF(氯氟化铝)、SbCl2F3、SbCl4F、HSbF6、SbCl5、AlCl3以及它们的混合物。
此类方法导致由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物被小于15重量％的以下通式(III)的全氟酮污染(不纯化式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯)：
Figure BDA0002534503760000092
其中Rf’比Rf少一个碳。
该反应可由以下方案1表示：
Figure BDA0002534503760000093
式(III)的全氟酮的示例包括：
Figure BDA0002534503760000101
式(II)的全氟烷基醚，并且可由它们相应的全氟化酰基氟与全氟烷基氟代硫酸盐(FAFS)和亚化学计量量的金属氟化物(例如，KF或CsF)的组合通常在低于室温下制备，如例如在《分子》，2011年，第16卷，第6512-6540页(Molecules 2011，16，6512-6540)中所述。
全氟化酰基氟的示例包括：
Figure BDA0002534503760000102
包含式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的组合物(即，流体)可用于多种应用。例如，据信全氟化1-烷氧基丙烯具有所需的稳定性以及必要的短大气寿命并且因此具有低全球变暖潜能值以使得它们成为用于高温热传递应用的环境友好的可行候选物。
在某些实施方案中，全氟化1-烷氧基丙烯化合物为纯化形式。
还可将微量的任选组分加入到组合物中，以针对特定用途赋予具体期望的特性。可用的组分可包括常规添加剂，诸如例如表面活性剂、着色剂、稳定剂、抗氧化剂、阻燃剂等以及它们的混合物。
本文所述的化合物的特性(例如，GWP、介电常数)还适用于它们所掺入的组合物(即，流体)。
热传递组合物和方法
目前，各种流体被用于热传递。热传递流体的适宜性取决于应用过程。例如，在一些电子应用中，期望这样的热传递流体：该热传递流体为惰性的，具有高介电强度、低毒性、良好的环境特性以及在宽泛的温度范围内的良好的热传递特性。
在一些实施方案中，本公开提供了用于热传递的设备，该设备包括器件以及用于将热传递至器件或从器件传递热的机构。用于传递热的机构可包括包含本公开的全氟化1-烷氧基丙烯的热传递流体。
在一些实施方案中，本公开涉及：提供设备，该设备包括如本文所述的热传递流体；以及使用热传递流体将热传递至器件或从器件传递热。
所提供的用于热传递的设备和方法可包括器件，该器件可为待冷却、加热或维持在预定温度或温度范围的部件、工件、组件等。此类器件包括电子部件、机械部件和光学部件。本公开的器件的示例包括但不限于微处理器、用于制造半导体器件的晶片、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、封装的和未封装的半导体器件、激光器、燃料电池和电化学电池。在一些实施方案中，器件可包括冷却器、加热器或它们的组合。
在某些实施方案中，器件可包括电子器件，诸如处理器(包括微处理器)。由于这些电子器件的功率变得越来越大，因此每单位时间产生的热的量增多。因此，热传递机构在处理器性能中起重要作用。热传递流体通常具有良好的热传递性能、良好的电相容性(即使用于“间接接触”应用中，诸如那些采用冷却板的应用中)、以及低毒性、低或不可燃性和低环境影响。良好的电相容性表明候选热传递流体表现出高介电强度、高体积电阻率以及对极性材料的低溶解力。此外，热传递流体应表现出良好的机械相容性，也就是说，其不应以不利方式影响典型的构造材料。
用于传递热的机构包括本公开的式(I)的一种或多种全氟化1-烷氧基丙烯化合物。可通过将热传递机构放置成与器件热接触来传递热。当将热传递机构放置成与器件热接触时，热传递机构可从器件除去热或向器件提供热，或将器件维持在选定温度或温度范围。热流的方向(从器件流出或流向器件)由器件和热传递机构之间的相对温差决定。
热传递机构可包括用于管理热传递流体的设施，包括但不限于泵、阀门、流体约束系统、压力控制系统、冷凝器、热交换器、热源、散热器、制冷系统、主动温控系统和被动温控系统。也就是说，用于传递热的机构可包括系统中用于维持电子器件的温度或温度范围的部件。
热传递机构中的合适部件的示例包括但不限于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工具中的温控晶片承载器、用于模具性能测试的温控测试头、半导体处理设备内的温控工作区、热冲击测试浴贮液器和恒温浴。在一些系统(诸如蚀刻器、灰化器、PECVD室和热冲击测试仪)中，期望的操作温度上限可高达170℃、高达200℃或甚至高达240℃。
所提供的设备还可包括制冷系统、冷却系统、测试设备和加工设备。在一些实施方案中，所提供的设备可为恒温浴或热冲击测试浴。在一些系统(诸如蚀刻器、灰化器、PECVD室和热冲击测试仪)中，期望的操作温度上限可高达170℃、高达200℃或甚至更高。
浸没冷却系统和方法
大型计算机服务器系统可在其操作期间执行显著的工作负载并生成大量的热。热的很大一部分是通过这些服务器的操作产生的。部分地由于生成大量的热，这些服务器通常安装在机架上，并且经由内部风扇和/或附接到机架背面或服务器生态系统内的其他地方的风扇来进行空气冷却。随着对越来越多的处理和存储资源进行访问的需求继续扩大，服务器系统的密度(即，放置在单个服务器上的处理能力和/或存储装置的量、放置在单个机架中的服务器的数目、和/或部署在单个服务器群(server farm)中的服务器和/或机架的数目)继续增大。随着对增加这些服务器系统中的处理或存储密度的期望而产生的热挑战仍然是显著的障碍。常规冷却系统(例如，基于风扇的冷却系统)需要大量的功率，并且驱动此类系统所需的功率成本随着服务器密度的增加而指数地增加。因此，存在对用于冷却服务器，同时允许服务器系统的期望的增加的处理和/或存储密度的有效的低功率使用系统的需要。
因此，在某些实施方案中，该设备是浸没冷却系统，其中：机构包括具有内部空间的壳体和设置在内部空间内的呈液体形式的热传递流体；并且器件包括发热部件，该发热部件设置在内部空间内，使得发热部件与热传递流体(其在该阶段为沸腾液体)接触；其中热传递流体包含由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
在一些实施方案中，发热部件包括电子器件，诸如计算服务器。此类计算服务器可在大于3GHz的频率下操作。
在一些实施方案中，浸没冷却系统还包括热交换器，该热交换器设置在系统内，使得在热传递流体液体汽化形成热传递流体蒸汽时，热传递流体蒸汽接触热交换器。
在一些实施方案中，浸没冷却系统包括两相汽化-冷凝浸没冷却系统。两相浸没冷却是用于高性能服务器计算市场的新兴冷却技术，其依赖于在将液体(冷却流体)汽化成气体的过程中吸收的热(即，汽化的热)。本申请中所用的流体必须满足某些在应用中可行的要求。例如，操作期间的沸腾温度应该在30℃至85℃的范围内。一般来讲，该范围适应于将服务器部件维持在足够冷的温度，同时允许将热有效地耗散到最终散热器(例如，外部空气)。流体必须是惰性的，使得其与构造材料和电子部件相容。某些全氟化材料和部分氟化材料可满足该要求。流体应为稳定的，使得其不与常见污染物(诸如水)或可用于在操作期间洗擦流体的试剂(诸如活性炭或氧化铝)反应。化合物的全球变暖潜能值(GWP，100-yrITH)和臭氧损耗潜能值(ODP)应低于可接受的极限，例如分别小于150和0。流体应当具有小于2.5的介电常数(在室温下在1KHz下测量)，使得可将高频电子部件和连接器浸入在流体中而不会显著损失信号完整性。一般来讲，式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物表现出使得它们特别适合用作两相浸没冷却系统中的冷却流体的沸点(30℃-85℃)、反应性、稳定性、GWP和介电常数。
如图1所示，在一些实施方案中，两相浸没冷却系统10可包括具有内部空间15的壳体10。在内部空间15的下部体积15A内，可设置具有上部液体表面20A(即，液相20的最顶部水平面)的热传递流体的液相20。内部空间15还可包括从液体表面20A延伸到至多壳体10的上部部分的上部体积15B。
在一些实施方案中，可将发热部件25设置在内部空间15内，使得该发热部件至少部分地浸入(并且至多完全浸入)在热传递流体的液相20中。也就是说，虽然发热部件25被示出为仅部分地浸入在上部液体表面20A以下，但是在一些实施方案中，发热部件25可完全浸入在液体表面20A以下。在一些实施方案中，发热部件可包括一个或多个电子器件，诸如计算服务器。
在各种实施方案中，热交换器30(例如，冷凝器)可设置在上部体积15B内。一般来讲，热交换器30可被构造为使得其能够使热传递流体的蒸汽相20B冷凝，该热传递流体的蒸汽相是由于由发热元件25产生的热而生成的。例如，热交换器30可具有维持在低于热传递流体的蒸汽相的冷凝温度的温度下的外表面。就这一点而言，在热交换器30处，当热传递流体的上升的蒸汽相20B与热交换器30接触时，该上升的蒸汽相20B可通过将潜热释放到热交换器30而冷凝回液相或冷凝物20C。然后可使所得冷凝物20C返回至设置在15A的下部体积中的液相20。
在一些实施方案中，浸没冷却系统还包括泵，该泵被构造为使热传递流体向和从热交换器移动。
在一些实施方案中，浸没冷却系统包括单相浸没冷却系统。单相浸没冷却在计算机服务器冷却中具有悠久的历史。在单相浸没冷却中不存在相变。相反，液体在其分别流动或被泵送到计算机服务器和热交换器时变暖和冷却，从而将热从计算机服务器传递出去。单相浸没冷却系统与两相系统的相似之处在于，该单相浸没冷却系统可包括设置在壳体的内部空间内的发热部件，使得该发热部件至少部分地浸没(并且至多完全浸没)在热传递流体的液相中。单相系统还可包括泵和热交换器，该泵操作以将热传递流体移至发热部件和热交换器以及从该发热部件和该热交换器移出，并且该热交换器操作以冷却热传递流体。热交换器可设置在壳体内或壳体外部。
用于计算机服务器的单相浸没冷却中的流体应满足与上文关于两相浸没冷却所述相同的要求，不同的是它们通常具有较高的沸腾温度以限制蒸发损失。一般来讲，式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物表现出使得它们特别适合用作单相浸没冷却系统中的冷却流体的沸点(例如，75℃-200℃)、反应性、稳定性、GWP和介电常数。
在浸没冷却系统的一些实施方案中，基于热传递流体的总重量计，全氟化1-烷氧基丙烯化合物以至少25重量％、至少50重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少90重量％、至少95重量％或至少99重量％的量存在于浸没冷却系统内的热传递流体中。
在浸没冷却系统的一些实施方案中，热传递流体包含选自以下项的组的一种或多种任选组分：醚、烷烃、全氟烯烃、烯烃、卤代烯烃、全氟化碳、全氟化叔胺、全氟醚、环烷烃、酯、全氟酮、酮、环氧乙烷、芳族化合物、硅氧烷、氢氯烃、氢氯氟烃、氢氟烃、氢氟烯烃、氢氯烯烃、氢氯氟烯烃、氢氟醚或它们的混合物。在一些实施方案中，基于热传递流体的总重量计，一种或多种任选组分以至多75重量％、至多50重量％、至多30重量％、至多20重量％、至多10重量％、至多5重量％或至多1重量％的量存在于浸没冷却系统内的热传递流体中。
在一些实施方案中，浸没冷却系统内的热传递流体具有至少30℃、至少50℃或至少75℃的沸点。
在一些实施方案中，浸没冷却系统内的热传递流体具有至多200℃、至多85℃或至少70℃的沸点。
在一些实施方案中，提供了浸没冷却方法，其中器件为发热部件。该方法包括：将发热部件(例如，计算机服务器)至少部分地浸没在呈液体形式的热传递流体中；以及使用热传递流体液体从发热部件传递热。在该方法的一些实施方案中，从发热部件传递热将热传递流体液体转化为热传递流体蒸汽，并且该方法还包括提供热交换器，以及使热交换器与热传递流体蒸汽接触。
虽然本公开描述了合适的两相和单相浸没冷却系统和方法的示例，但是应当理解的是式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的益处和优点可在任何已知的两相或单相浸没冷却系统和方法中实现。
工作流体
在某些实施方案中，热传递流体为工作流体。也就是说，本公开的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物可用于在朗肯循环中将热能转换为机械能的设备中。该设备还可包括：热源，用于汽化工作流体并且形成汽化的工作流体；涡轮，汽化的工作流体经其通过，从而将热能转换为机械能；冷凝器，用于在汽化的工作流体通过涡轮之后将其冷却；以及泵，用于再循环工作流体。
在一些实施方案中，将热从热源传递至在蒸发器或锅炉中的工作流体。汽化的工作流体可受压并且可用于通过膨胀做功。热源可具有任何形式，诸如来自化石燃料，例如油、煤或天然气。另外，在一些实施方案中，热源可以来自核能、太阳能或燃料电池。在其他实施方案中，热可以为将以其他方式损失到大气环境的来自其他热传递系统的“废热”。在一些实施方案中，“废热”可以是从第二朗肯循环系统中的冷凝器或第二朗肯循环中的其他冷却器件中回收的热。
“废热”的另外来源可在甲烷气闪燃(flared off)的填埋场处发现。为防止甲烷气进入环境并且因此促进全球变暖，填埋场产生的甲烷气可通过“闪燃”方式燃烧，从而产生二氧化碳和水，该二氧化碳和水就全球变暖潜能值而言均比甲烷对环境具有更少的危害。可用于所提供工艺的“废热”的其他源为地热源和来自其他类型发动机诸如燃气涡轮发动机的热，该燃气轮机在其排出气体中释放大量的热并且冷却液体，诸如水和润滑剂。
在所提供的工艺中，可通过能将受压工作流体转换为机械能的器件来使汽化的工作流体膨胀。在一些实施方案中，汽化的工作流体通过涡轮膨胀，该涡轮可以通过汽化的工作流体膨胀的压力使轴转动。该涡轮然后可以用于做机械功，诸如在一些实施方案中，操作发电机，从而产生电。在其他实施方案中，涡轮可以用于驱动皮带、轮、齿轮、或者可以传递用于附接或连接器件中的机械功或能量的其他器件。
在汽化的工作流体已被转换为机械能之后，汽化的(和现已膨胀的)工作流体可以使用冷却源来冷凝以液化用于再使用。由冷凝器释放的热可用于其他目的，包括被再循环到相同或另一朗肯循环系统，从而节约能量。最终，冷凝的工作流体可以通过泵被泵送回到锅炉或蒸发器中以便在封闭系统中再使用。
在一些实施方案中，基于工作流体的总重量计，全氟化1-烷氧基丙烯化合物以至少25重量％、至少50重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少90重量％、至少95重量％或至少99重量％的量存在于工作流体中。
在一些实施方案中，工作流体还包含共溶剂。在一些实施方案中，共溶剂包括醇、醚、烷烃、烯烃、全氟化碳、全氟化叔胺、全氟醚、环烷烃、酯、酮、环氧乙烷、芳族化合物、硅氧烷、氢氯烃、氢氯氟烃、氢氟烃、氢氟烯烃、氢氯氟烯烃、氢氟醚或它们的混合物。在一些实施方案中，基于工作流体的总重量计，共溶剂以至多75重量％、至多50重量％、至多30重量％、至多20重量％、至多10重量％、至多5重量％或至多1重量％的量存在于工作流体中。
在一些实施方案中，工作流体还包含选自表面活性剂、着色剂、稳定剂、抗氧化剂、阻燃剂以及它们的混合物的一种或多种添加剂。还可将微量的此类添加剂加入到工作流体中，以针对特定用途赋予具体期望的特性。
实施方案
实施方案1为一种用于热传递的设备，所述设备包括：器件；以及用于将热传递至所述器件或从所述器件传递热的机构，所述机构包括热传递流体，所述热传递流体包含由以下通式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物：
RfO-CF＝CFCF3
I
其中Rf为具有2至10个碳原子并且任选地还包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子的直链、支链或环状全氟烷基基团。
实施方案2为根据实施方案1所述的设备，其中Rf为具有2至10个碳原子并且还包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子的直链、支链或环状全氟烷基基团。
实施方案3为根据实施方案2所述的设备，其中Rf为具有2至10个碳原子并且还包含含N和/或O的5元或6元全氟化环的直链、支链或环状全氟烷基基团。
实施方案4为根据实施方案1至3中任一项所述的设备，其中Rf为直链全氟烷基基团。
实施方案5为根据实施方案4所述的设备，其中Rf为具有2至6个碳原子并且任选地还包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子的直链全氟烷基基团。
实施方案6为根据实施方案1至5中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的混合物，所述式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的至少一部分包含直链Rf基团，并且所述式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的至少一部分包含支链Rf基团。
实施方案7为根据实施方案1至6中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含顺式构型的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
实施方案8为根据实施方案1至7中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含反式构型的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
实施方案9为根据实施方案1至8中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的混合物，所述式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的至少一部分为顺式构型，并且所述式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的至少一部分为反式构型。
实施方案10为根据实施方案1至9中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物，其中Rf为包含氧原子的全氟烷基基团。
实施方案11为根据实施方案10所述的设备，其中所述热传递流体包含式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物，其中Rf为具有式-(CF2)nOCF3的全氟烷基基团，其中n＝1至6。
实施方案12为根据实施方案10所述的设备，其中所述热传递流体包含CF3-O-(CF2)3-O-CF＝CF-CF3。
实施方案13为根据实施方案1至9中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物，其中Rf为不包含氧或氮原子的全氟烷基基团。
实施方案14为根据实施方案13所述的设备，其中所述热传递流体包含式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物，其中Rf为具有式-(CF2)nCF3的全氟烷基基团，其中n＝1至6。
实施方案15为根据实施方案14所述的设备，其中所述热传递流体包含CF3-CF2-O-CF＝CF-CF3。
实施方案16为根据实施方案14所述的设备，其中所述热传递流体包含CF3-CF2-CF2-O-CF＝CF-CF3。
实施方案17为根据实施方案1至9中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物，其中Rf包含选自以下项的组的含N和/或O的全氟化环：
Figure BDA0002534503760000191
实施方案18为根据实施方案1至9中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含选自以下项的组的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物：
CF3CF2O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)2O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)3O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)4O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)5O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)6O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)7O-CF＝CF-CF3 CF3O(CF2)3O-CF＝CF-CF3 CF3OCF2OCF2CF2O-CF＝CF-CF3 CF3OCF2OCF2OCF2CF2O-CF＝CF-CF3
Figure BDA0002534503760000192
实施方案19为根据实施方案1至18中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含根据ASTM D150-11在室温和1KHz下测量的，介电常数小于2.5(小于2.4、小于2.3、小于2.2、小于2.1、小于2.0或小于1.9)的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
实施方案20为根据实施方案1至19中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含全球变暖潜能值(GWP)小于150(小于120、小于100、小于80、小于50、小于25或小于10)的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
实施方案21为根据实施方案1至20中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含不可燃的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
实施方案22为根据实施方案1至21中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含倾点小于-100℃(小于-120℃、小于-130℃或小于-140℃)的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
实施方案23为根据实施方案1至22中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含LD 50值为至少5,000ppm(至少10,000ppm、至少15,000ppm或至少20,000ppm)的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
实施方案24为根据实施方案1至23中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含纯化形式的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
实施方案25为根据实施方案1至24中任一项所述的设备，其中所述器件选自微处理器、用于制造半导体器件的半导体晶片、功率控制半导体、电化学电池、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。
实施方案26为根据实施方案1至25中任一项所述的设备，其中所述用于传递热的机构包括系统中用于维持电子器件的温度或温度范围的部件。
实施方案27为根据实施方案1至26中任一项所述的设备，所述设备为浸没冷却系统，其中：所述机构包括具有内部空间的壳体和设置在所述内部空间内的呈液体形式的热传递流体；并且所述器件包括发热部件，所述发热部件设置在所述内部空间内，使得所述发热部件与所述热传递流体(在该阶段处的沸腾液体)接触；其中所述热传递流体包含由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
实施方案28为根据实施方案27所述的设备，其中所述发热部件包括电子器件。
实施方案29为根据实施方案28所述的设备，其中所述电子器件包括计算服务器。
实施方案30为根据实施方案29所述的设备，其中所述计算服务器在大于3GHz的频率下操作。
实施方案31为根据实施方案27至30中任一项所述的设备，其中所述浸没冷却系统还包括热交换器，所述热交换器设置在所述系统内，使得在所述热传递流体液体汽化形成热传递流体蒸汽时，所述热传递流体蒸汽接触所述热交换器。
实施方案32为根据实施方案27至31中任一项所述的设备，其中所述浸没冷却系统包括两相浸没冷却系统。
实施方案33为根据实施方案27至31中任一项所述的设备，其中所述浸没冷却系统包括单相浸没冷却系统。
实施方案34为根据实施方案27至33中任一项所述的设备，其中所述浸没冷却系统还包括泵，所述泵被构造为使所述热传递流体向和从热交换器移动。
实施方案35为根据实施方案27至34中任一项所述的设备，其中基于所述热传递流体的总重量计，所述全氟化1-烷氧基丙烯化合物以至少25重量％(至少50重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少90重量％、至少95重量％或至少99重量％)的量存在于浸没冷却系统内的所述热传递流体中。
实施方案36为根据实施方案27至35中任一项所述的设备，其中浸没冷却系统内的所述热传递流体还包含选自以下项的组的一种或多种任选组分：醚、烷烃、全氟烯烃、烯烃、卤代烯烃、全氟化碳、全氟化叔胺、全氟醚、环烷烃、酯、全氟酮、酮、环氧乙烷、芳族化合物、硅氧烷、氢氯烃、氢氯氟烃、氢氟烃、氢氟烯烃、氢氯烯烃、氢氯氟烯烃、氢氟醚或它们的混合物。
实施方案37为根据实施方案36所述的设备，其中基于所述热传递流体的总重量计，所述一种或多种任选组分以至多75重量％(至多50重量％、至多30重量％、至多20重量％、至多10重量％、至多5重量％或至多1重量％)的量存在于浸没冷却系统内的所述热传递流体中。
实施方案38为根据实施方案27至37中任一项所述的设备，其中浸没冷却系统内的所述热传递流体具有30℃-200℃(30℃-85℃、50℃-70℃或75℃-200℃)的沸点。
实施方案39为根据实施方案1至24中任一项所述的用于热传递的设备，其中所述热传递流体为工作流体。
实施方案40为根据实施方案39所述的设备，其中基于所述工作流体的总重量计，所述全氟化1-烷氧基丙烯化合物以至少25重量％(至少50重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少90重量％、至少95重量％或至少99重量％)的量存在于所述工作流体中。
实施方案41为根据实施方案39或40所述的设备，其中所述工作流体还包含共溶剂。
实施方案42为根据实施方案41所述的设备，其中所述共溶剂包括醇、醚、烷烃、烯烃、全氟化碳、全氟化叔胺、全氟醚、环烷烃、酯、酮、环氧乙烷、芳族化合物、硅氧烷、氢氯烃、氢氯氟烃、氢氟烃、氢氟烯烃、氢氯氟烯烃、氢氟醚或它们的混合物。
实施方案43为根据实施方案41或42所述的设备，其中基于所述工作流体的总重量计，所述共溶剂以至多75重量％(至多50重量％、至多30重量％、至多20重量％、至多10重量％、至多5重量％或至多1重量％)的量存在于所述工作流体中。
实施方案44为根据实施方案39至43中任一项所述的设备，其中所述工作流体还包含选自表面活性剂、着色剂、稳定剂、抗氧化剂、阻燃剂以及它们的混合物的一种或多种添加剂。
实施方案45为一种传递热的方法，所述方法包括：提供设备，所述设备包括根据实施方案1至44中任一项所述的热传递流体；提供器件；以及使用所述热传递流体将热传递至所述器件或从所述器件传递热。
实施方案46为一种传递热的方法，所述方法包括：提供器件；以及使用包含由以下通式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的热传递流体将热传递至所述器件或从所述器件传递热：
RfO-CF＝CFCF3
I
其中Rf为具有2至10个碳原子并且任选地还包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子的直链、支链或环状全氟烷基基团。
实施方案47为根据实施方案46所述的方法，所述方法为浸没冷却方法，其中所述器件为发热部件，所述方法包括：将所述发热部件(例如，计算机服务器)至少部分地浸没在呈液体形式的所述热传递流体中；以及使用所述热传递流体液体从所述发热部件传递热。
实施方案48为根据实施方案47所述的方法，其中从所述发热部件传递热将所述热传递流体液体转化为热传递流体蒸汽，并且所述方法还包括提供热交换器，以及使所述热交换器与所述热传递流体蒸汽接触。
实施方案49为一种由以下通式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物：
RfO-CF＝CFCF3
I
其中Rf为具有2至10个碳原子(优选地3至10个碳原子)并且任选地还包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子的直链、支链或环状全氟烷基基团；前提条件是Rf不是具有3个碳原子并且不具有杂原子的支链全氟烷基基团。
实施方案50为根据实施方案49所述的化合物，前提条件是Rf不是不具有杂原子的支链全氟烷基基团。
实施方案51为根据实施方案50所述的化合物，其中Rf为具有2至10个碳原子并且还包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子的直链、支链或环状全氟烷基基团。
实施方案52为根据实施方案51所述的化合物，其中Rf为具有2至10个碳原子并且还包含含N和/或O的5元或6元全氟化环的直链、支链或环状全氟烷基基团。
实施方案53为根据实施方案49所述的化合物，其中Rf为直链全氟烷基基团。
实施方案54为根据实施方案53所述的化合物，其中Rf为具有2至6个碳原子并且任选地还包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子的直链全氟烷基基团。
实施方案55为根据实施方案49至54中任一项所述的化合物，所述化合物为顺式构型的。
实施方案56为根据实施方案49至54中任一项所述的化合物，所述化合物为反式构型的。
实施方案57为根据实施方案49至56中任一项所述的化合物，其中Rf为包含氧原子的全氟烷基基团。
实施方案58为根据实施方案57所述的化合物，其中Rf为具有式-(CF2)nOCF3的全氟烷基基团，其中n＝1至6。
实施方案59为根据实施方案58所述的化合物，所述化合物为CF3-O-(CF2)3-O-CF＝CF-CF3。
实施方案60为根据实施方案49至56中任一项所述的化合物，其中Rf为不包含氧或氮原子的全氟烷基基团。
实施方案61为根据实施方案60所述的化合物，其中Rf为具有式-(CF2)nCF3的全氟烷基基团，其中n＝1至6。
实施方案62为根据实施方案61所述的化合物，所述化合物为CF3-CF2-O-CF＝CF-CF3。
实施方案63为根据实施方案61所述的化合物，所述化合物为CF3-CF2-CF2-O-CF＝CF-CF3。
实施方案64为根据实施方案49至56中任一项所述的化合物，其中Rf包含选自以下项的组的含N和/或O的全氟化环：
Figure BDA0002534503760000241
实施方案65为根据实施方案49至56中任一项所述的化合物，所述化合物选自以下项的组：
CF3CF2O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)2O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)3O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)4O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)5O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)6O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)7O-CF＝CF-CF3 CF3O(CF2)3O-CF＝CF-CF3 CF3OCF2OCF2CF2O-CF＝CF-CF3 CF3OCF2OCF2OCF2CF2O-CF＝CF-CF3
Figure BDA0002534503760000251
实施方案66为根据实施方案49至65中任一项所述的化合物，所述化合物具有根据ASTM D150-11在室温和1KHz下测量的小于2.5(小于2.4、小于2.3、小于2.2、小于2.1、小于2.0或小于1.9)的介电常数。
实施方案67为根据实施方案49至66中任一项所述的化合物，所述化合物具有小于150(小于120、小于100、小于80、小于50、小于25或小于10)的全球变暖潜能值(GWP)。
实施方案68为根据实施方案49至67中任一项所述的化合物，所述化合物为不可燃的。
实施方案69为根据实施方案49至68中任一项所述的化合物，所述化合物具有小于-100℃(小于-120℃、小于-130℃或小于-140℃)的倾点。
实施方案70为根据实施方案49至69中任一项所述的化合物，所述化合物具有至少5,000ppm(至少10,000ppm、至少15,000ppm或至少20,000ppm)的LD 50值。
实施例
除非另外指明，否则实施例和说明书的其余部分中的所有份数、百分比、比率等均按重量计，并且实施例中使用的所有试剂均得自或购自一般化学品供应商，诸如例如密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich，Saint Louis，MO)，或者可以通过常规的方法合成。在本节中使用以下缩写：mL＝毫升，sec＝秒，min＝分钟，h＝小时，g＝克，mmol＝毫摩尔，℃＝摄氏度，cSt＝厘沲，mmHg＝毫米汞柱，kPa＝千帕，GC-FID＝气相色谱-火焰离子化检测，NMR＝核磁共振，W＝瓦，V＝伏，kV＝千伏，cm＝厘米，mm＝毫米，μm＝微米，kHz＝千赫。
表1：材料
Figure BDA0002534503760000261
制备例1(PE-1)：经由SbF5催化的1，1，2，3，3-五氟-3-(全氟丙氧基)丙-1-烯(MA- 3)的异构化，选择性地制备1，2，3，3，3-五氟-1-(全氟丙氧基)丙-1-烯(MP-3)
将MA-3(50g，160mmol)装入配备有水冷冷凝器和磁力搅拌棒的三颈烧瓶中。然后将SbF5滴加到搅拌中的MA-3中，并且观察到大量放热。允许所得反应混合物在室温下搅拌1h。反应混合物的GC-FID分析指示MA-3起始材料被完全消耗。然后在搅拌下将水加入到混合物中。收集含氟相并且通过同心管蒸馏进行蒸馏(59℃，740mmHg，98.7kPa)，从而得到期望的MP-3(41.2g，82％产率)，为无色液体。E-异构体和Z-异构体两者作为混合物获得。大鼠毒性筛选研究指示MP-3的4h吸入LC-50大于10,000ppm。结构通过GC-MS和19F NMR分析证实为期望产物的结构。
制备例2(PE-2)：经由AlCl3催化的1，1，2，3，3-五氟-3-(1，1，2，2，3，3-六氟-3-(三 氟甲氧基)丙氧基)丙-1-烯(MA-31)的异构化，选择性地制备1，2，3，3，3-五氟-1-(1，1，2，2， 3，3-六氟-3-(三氟甲氧基)丙氧基)丙-1-烯(MP-31)
将装有AlCl3(4.2g，31mmol)并装配有磁力搅拌棒和加料漏斗的500mL圆底烧瓶在减压下抽空并用氮气回填三次。然后向加料漏斗中装入MA-31(201g，526mmol)，然后在一小时期间内将MA-31滴加到搅拌中的AlCl3中。未观察到温度升高。允许所得反应混合物在室温下搅拌过夜，并且然后经硅藻土垫过滤。经由用同心管柱(91℃，740mmHg，98.7kPa)进行分馏来纯化所收集的无色液体，从而得到MP-31(170g，85％产率)，为无色液体。E-异构体和Z-异构体两者作为混合物获得。结构通过GC-MS和19F NMR分析证实为期望产物的结构。
比较制备例1(CPE-1)：用CsF歧化1，1，2，3，3-五氟-3-(1，1，2，2，3，3-六氟-3-(三 氟甲氧基)丙氧基)丙-1-烯(MA-31)
向配备有顶置式搅拌器的300mL哈司特镍合金反应器中加入二甘醇二甲醚(53mL)、CsF(5.0g，33mmol)和MA-31(50g，131mmol)。开始搅拌，并且将反应混合物缓慢升至50℃，然后搅拌过夜。然后向所得混合物中加入H2O(100mL)，并且收集底部含氟层并通过GC-FID分析进行分析，该分析显示未形成MP-31并且MA-31起始材料完全转化。粗制含氟材料的GC-MS分析表明，混合物的69％(未校正的GC产率为57％)为具有与MA-31和MP-31相同分子量的酮。用同心管柱分馏含氟层(78℃-79℃，740mmHg，98.7kPa)得到了1，1，1，2，4，4，5，5-八氟-5-(三氟甲氧基)-2-(三氟甲基)戊-3-酮(20g)。结构通过GC-MS和19F NMR分析确认为歧化酮产物1，1，1，2，4，4，5，5-八氟-5-(三氟甲氧基)-2-(三氟甲基)戊-3-酮的结构。该方法展示了常见金属氟化物盐的使用，该常见金属氟化物盐的使用导致歧化，从而导致几乎排除全氟化酮的形成。
实施例1(EX-1)：PE-1和PE-2的粘度和倾点
使用Schott-Ubbelohde粘度计(玻璃毛细管粘度计)测量PE-1和PE-2的运动粘度。使用粘度计定时器对粘度计进行定时，该粘度计定时器以商品名AVS-350购自美国德克萨斯州大学城的SI Analytics公司(SI Analytics，College Station，TX，USA)。将粘度计测量支架和玻璃粘度计浸没在填充有工程流体的温控液浴中，该工程流体以商品名“3MNOVEC 7500ENGINEERED FLUID”购自美国明尼苏达州梅普尔伍德的3M公司(3M Company，Maplewood，MN，USA)。购自美国新泽西州爱迪生的劳勒制造公司(Lawler ManufacturingCorporation，Edison，NJ，USA)的温控液浴配有铜管线圈，以用由该浴的电子温控加热器提供的精确的温控来进行液氮冷却。流体通过机械搅拌为液浴提供均匀的温度。通过内置RTD温度传感器测量的浴温控制在±0.1℃以内。将样品液体加入到粘度计中，液面介于蚀刻在粘度计上的两条填充线之间。粘度计定时器自动将样品流体泵送至高于上部的时间标记，然后释放流体并测量其流经上部时间标记和下部时间标记之间的流出时间。当流体流经每个时间标记时，通过光学传感器检测流体的弯液面。重复吸入并且测量样品；下表2中的结果为多次测定的平均值。使用购自美国宾夕法尼亚州州立学院的凯能仪器公司(CannonInstrument Company，State College，PA，USA)的经认证的运动粘度标准流体校准玻璃粘度计，以获得每个粘度计的校准常数(cSt/秒)。
PE-1和PE-2中的每一者的测量的以厘沲为单位的运动粘度(其为平均流出时间(秒)×常数(cSt/秒))示于表2中。该数据指示PE-1和PE-2适用作热传递流体。
表2：PE-1和PE-2的运动粘度
Figure BDA0002534503760000281
PE-2的倾点是目测确定的，并且被定义为观察到样品在被水平地保持时在5秒内流动所处的最低温度。将一至两毫升的样品放置在小瓶中并且在浴中冷却直至其固化。然后允许样品在浴中缓慢升温，并且每隔3℃-5℃观察一次。
表3：PE-1和PE-2的倾点(℃)
Figure BDA0002534503760000291
实施例2(EX-2)：PE-1和PE-2的蒸汽压和沸点
使用搅拌烧瓶沸点测定计法测量蒸汽压，该搅拌烧瓶沸点测定计法在ASTME1719-97“通过沸点测定法进行蒸汽压测量(Vapor Pressure Measurement byEbulliometry)”中有所描述。这种方法也称为“动态回流法”。使用ASTM D1120-94“用于发动机冷却液的沸点的标准测试方法(Standard Test Method for Boiling Point ofEngine Coolants)”测量沸点。该方法使用50mL的玻璃圆底烧瓶。使用购自美国密苏里州圣路易斯的J-KEM Scientific公司(J-KEM Scientific，Inc.，St.Louis，MO，USA)的真空控制器测量和控制真空。压力换能器在测量的同一天进行校准，并与同一个实验室内的全真空和电子气压计进行比对。具体步骤是通过以下方式进行的：缓慢加热材料，然后施加真空直至出现沸腾并且形成稳定的逐滴回流速率。记录罐温和压力的读数，然后将真空控制器设定为更高的绝对压力，并将材料进一步加热直至形成新的回流点。该压力水平递增升高，直至获得至多大气压下的沸点的蒸汽压曲线。
PE-1在各种温度下的蒸汽压示于下表4中。PE-1的沸点为60.1℃，其为760mmHg下的温度。PE-2在各种温度下的蒸汽压示于下表5中。PE-2的沸点为88.1℃，其为760mmHg下的温度。
表4：PE-1的蒸汽压结果
温度(℃) 蒸汽压，mmHg(kPa)
31.2 243.1(32.4)
39.2 344.1(45.9)
45.4 440.0(58.7)
53.4 593.1(79.1)
59.7 737.4(98.3)
60.1 760(101.3)
表5：PE-2的蒸汽压结果
温度(℃) 蒸汽压，mmHg(kPa)
24.1 49.5(6.6)
37.2 99.4(13.3)
52.4 196.4(26.1)
69.3 394.4(52.6)
87.2 736.8(98.2)
88.1 760(101.3)
实施例3(EX-3)：PE-2的热稳定性数据
通过将1.0g的制备例2装入玻璃小瓶中并且然后加入0.10g的吸收剂来测量热稳定性。将样品在50℃下搅拌24h，并且然后通过GC-FID来分析分解和纯度变化。使用各种吸收剂的热稳定性测试结果示于下表6中。该数据展示了PE-2具有足够的热稳定性以成为合适的热传递材料。
表6：热稳定性结果
无吸收剂 活性炭 4埃分子筛 K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> 碱性氧化铝 硅胶
纯度(％) 99.5 99.5 99.5 99.3 99.5 99.4
实施例4和实施例5(EX-4和EX-5)和对比实施例1-4(CE-1、CE-2、CE-3和CE-4)
测量PE-1、PE-2、CE-1至CE-4的电介质击穿强度和介电常数。根据ASTM D150-11使用宽带Novocontrol电介质光谱仪测量下表7中呈现的介电常数。表7中呈现的电介质击穿强度是根据ASTM D877-13的工序A测量的，该工序A具有以下修改：电极之间的间距为2.54mm，并且上升速率为500V/秒。
该数据展示了PE-1和PE-2在高电压应用中的稳定性和双键位置的优点(将EX-5与CE-1进行比较并且将EX-6与CE-2进行比较)。另外，PE-1和PE-2展示了与常用热传递流体FC-72和FC-77一样好或比其更好的电介质击穿电压。
表7：电介质击穿电压和介电常数结果
实施例或对比实施例 材料 电介质击穿电压(kV) 介电常数(在1kHz下测量)
EX-5 PE-1 41.7 2.04
EX-6 PE-2 ＞60 2.04
CE-1 MA-3 30.7 2.37
CE-2 MA-31 39.4 2.37
CE-3 FC-72 38 1.76
CE-4 FC-77 40 1.86
实施例6(EX-6)和对比实施例5(CE-5)：PE-1和FC-72的热传递系数的测量
下文描述了用于测量根据热通量的热传递系数(HTC)变化的热传递设备。测试设备包括酚醛树脂平台，该酚醛树脂平台在4个薄径向肋顶上包括25mm直径的铜加热器。将集成到加热器上方的平台中的热电偶探头放置成使得可将增强沸腾的油脂涂层(BEC)盘放置到探头上和加热器顶上。得自美国加利福尼亚州圣克拉拉的索士亚公司(Celsia，SantaClara，CA，USA)的识别号为01MMM02-A1、厚度为300μm的BEC由50μm颗粒构成，并且以5cm2的面积涂覆在3mm厚的100系列铜盘上。以某一方式弯曲热电偶探头，使得当盘向下锁定到适当的x-y位置时，探头被轻轻地向上按压并进入热电偶槽的终端中以测量冷源温度(Ts)。平台利用杠杆和弹簧在z轴滑块上移动，该杠杆和弹簧将BEC盘接合到带垫圈的玻璃管，另一个热电偶突起到该带垫圈的玻璃管中以测量流体饱和温度Tf。
通过设备顶部处的填充口加入大约10mL流体。蒸汽在气冷冷凝器中冷凝并落回到池中。冷凝器在顶部处开放，使得P＝Patm并且Tf＝Tb＝Ts(Patm)。
测量以100W(20W/cm2)下的3min预热开始，该预热旨在使后续测量期间来自铜加热器底部的传导损耗最小化。然后将功率降低至50W(10W/cm2)并允许其平衡2min，此时记录数据，然后将10W推进至下一个数据点。这一直持续到Ts超过预设极限，该预设极限通常为约Tb+20℃。数据采集系统向DC电源查询加热器电压V和电流I。热通量Q”和热传递系数H被定义为Q”＝Q/A＝VI/A和H＝Q”/(Ts-Tf)，其中A为面积。热传递测量结果呈现在下表8中。
该数据展示了PE-1与常用的热传递流体FC-72相比具有优异的热传递特性。
表8：PE-1和FC-72的热传递系数
Figure BDA0002534503760000321
实施例7(EX-7)：PE-2的大气寿命和全球变暖潜能(GWP)值的测量
使用Pinnock等人(《地球物理研究期刊》，1995年，第100卷，第23227-23238页(J.Geophys.Res.1995，100，23227-23238))的方法，使用测量的IR横截面来计算PE-2的辐射强迫值。使用该辐射强迫值和以实验方式确定的大气寿命(0.16年)，发现PE-2的GWP(100年迭代时间范围(ITH))为3.2。该值小于密切相关的全氟化碳的GWP。PE-2的较短大气寿命导致比相关的全氟化碳小的GWP。
本文引用的专利、专利文献和公布的全部公开内容均全文以引用方式并入，如同每个文件都单独引用一样。如果在所写的本说明书和以引用方式并入本文的任何文献中的公开内容之间存在任何冲突或矛盾，则将以所写的本说明书为准。在不脱离本公开的范围和实质的情况下，对本公开进行的各种变型和更改对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。应当理解，本公开并不旨在受本文中示出的例示性实施方案和实施例的不当限制，并且此类实施例和实施方案仅以举例的方式呈现，本公开的范围旨在仅受本文中如下示出的权利要求书的限制。

Claims (20)

1.一种用于热传递的设备，所述设备包括：
器件；以及
用于将热传递至所述器件或从所述器件传递热的机构，所述机构包括热传递流体，所述热传递流体包含由以下通式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物：
RfO-CF＝CFCF3
I
其中Rf为具有2至10个碳原子并且任选地还包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子的直链、支链或环状全氟烷基基团。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述热传递流体包含式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的混合物，所述式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的至少一部分包含直链Rf基团，并且所述式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的至少一部分包含支链Rf基团。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述热传递流体包含选自以下项的组的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物：
CF3CF2O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)2O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)3O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)4O-CF＝CF-CF3CF3(CF2)5O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)6O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)7O-CF＝CF-CF3 CF3O(CF2)3O-CF＝CF-CF3 CF3OCF2OCF2CF2O-CF＝CF-CF3CF3OCF2OCF2OCF2CF2O-CF＝CF-CF3
Figure FDA0002534503750000011
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含根据ASTM D150-11在室温和1KHz下测量的介电常数小于2.5的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含全球变暖潜能值(GWP)小于150的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含不可燃的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含倾点小于-100℃的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含LD 50值为至少5,000ppm的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中所述热传递流体包含纯化形式的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其中所述器件选自微处理器、用于制造半导体器件的半导体晶片、功率控制半导体、电化学电池、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。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，所述设备为浸没冷却系统，其中：
所述机构包括具有内部空间的壳体和设置在所述内部空间内的呈液体形式的热传递流体；并且
所述器件包括发热部件，所述发热部件设置在所述内部空间内，使得所述发热部件与所述热传递流体接触；其中所述热传递流体包含由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的用于热传递的设备，其中所述热传递流体为工作流体。
13.一种传递热的方法，所述方法包括：
提供设备，所述设备包括根据权利要求1至12中任一项所述的热传递流体；以及
使用所述热传递流体将热传递至所述器件或从所述器件传递热。
14.一种传递热的方法，所述方法包括：
提供器件；以及
使用包含由以下通式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的热传递流体将热传递至所述器件或从所述器件传递热：
RfO-CF＝CFCF3
I
其中Rf为具有2至10个碳原子并且任选地还包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子的直链、支链或环状全氟烷基基团。
15.根据权利要求14所述的方法，所述方法为浸没冷却方法，其中所述器件为发热部件，所述方法包括：
将所述发热部件至少部分地浸没在呈液体形式的所述热传递流体中；以及
使用所述热传递流体液体从所述发热部件传递热。
16.根据权利要求15所述的方法，其中从所述发热部件传递热将所述热传递流体液体转化为热传递流体蒸汽，并且所述方法还包括提供热交换器，以及使所述热交换器与所述热传递流体蒸汽接触。
17.一种由以下通式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物：
RfO-CF＝CFCF3
I
其中Rf为具有2至10个碳原子并且任选地还包含1至3个氮和/或1至4个氧链中杂原子的直链、支链或环状全氟烷基基团；前提条件是Rf不是具有3个碳原子并且不具有杂原子的支链全氟烷基基团。
18.根据权利要求17所述的化合物，所述化合物选自以下项的组：
CF3CF2O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)2O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)3O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)4O-CF＝CF-CF3CF3(CF2)5O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)6O-CF＝CF-CF3 CF3(CF2)7O-CF＝CF-CF3 CF3O(CF2)3O-CF＝CF-CF3 CF3OCF2OCF2CF2O-CF＝CF-CF3CF3OCF2OCF2OCF2CF2O-CF＝CF-CF3
Figure FDA0002534503750000041
19.根据权利要求18所述的化合物，所述化合物为CF3-O-(CF2)3-O-CF＝CF-CF3、CF3-CF2-O-CF＝CF-CF3或CF3-CF2-CF2-O-CF＝CF-CF3。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的化合物，所述化合物具有根据ASTM D150-11在室温和1KHz下测量的小于2.5的介电常数。
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