含氟聚合物的研究進(jìn)展及應(yīng)用

林 宇，江 緯，葉海華，吳 博，邵海波

(1 國高材高分子材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，廣東 廣州 510700；2 廣州金發(fā)科技孵化器有限公司，廣東 廣州 510630)

氟和含氟化合物對(duì)我們在生活生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，含氟水、含氟牙膏、氟麻醉劑和藥物，如七氟烷、環(huán)丙沙星、百憂解，以及鋰電池中的氟添加劑(如圖1所示)，對(duì)當(dāng)今社會(huì)都產(chǎn)生了重要的影響[1-2]。下文重點(diǎn)介紹氟聚合物，尤其是傳統(tǒng)的氟塑料的歷史發(fā)展、工業(yè)生產(chǎn)和常見性能，以及在工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用的實(shí)例，簡要介紹了其他相關(guān)的含氟聚合物，如含氟彈性體、全氟聚醚和含氟表面活性劑。

1 歷史發(fā)展

早在16世紀(jì)，礦物氟化物就被用于蝕刻玻璃，直到20世紀(jì)早期至中期，含氟化合物才得到適當(dāng)?shù)拈_發(fā)。1886年，法國化學(xué)家亨利·莫瓦桑(Henri Moisson)分離出氟單質(zhì)，因此獲得了1906年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；幾年后， Fre′de′rec Swarts通過Cl、F交換反應(yīng)，利用SbF3制備氟化芳香族化合物，制備出第一種氯氟烴氣體(CF2CI2)，展示了氟和含氟化合物的有趣性質(zhì)。1931年，通用汽車公司與杜邦公司(E. I du Pont de Nemours & Co.)合作，成立了一個(gè)新的公司——?jiǎng)恿瘜W(xué)公司(Kinetic chemicals Inc.)，專門生產(chǎn)商業(yè)氟產(chǎn)品——氟利昂-12，注冊新商標(biāo)[3]。在20世紀(jì)30年代，動(dòng)力化學(xué)公司相繼開發(fā)出其他幾種氟利昂，包括氟利昂-114(CCIF2CCIF2)，在工業(yè)中具有重大意義。

圖1 七氟烷(常用麻醉劑)、 百憂解(抗抑郁藥物)、氟硅酸(水添加劑)、 環(huán)丙沙星(抗生素藥物)、和六氟磷酸鋰(電池電解液)Fig.1 Sevofluorane (general anaesthetic), Prozac (antidepressant drug), Ciprofloxacin (antibiotic drug), fluorosilicic acid (water additive), and lithium hexafluorophosphate (battery electrolyte)

在此期間，德國的法本化學(xué)工業(yè)公司的研究人員發(fā)現(xiàn)，TFE可以聚合成聚四氟乙烯(PTFE)，這是一種惰性的、耐化學(xué)和耐熱的聚合物塑料。1934年，施洛佛(Schloffer)和施勒和(Scherer)申請了第一個(gè)含氟聚合物專利，并于1937年獲得授權(quán)。1938年，杜邦公司的化學(xué)家羅伊·普蘭科特(RoyPlunkett)，研究新型氟利昂時(shí)，在嘗試氯化氣態(tài)TFE時(shí)，發(fā)現(xiàn)了有白色的蠟狀聚合物PTFE生成，具有化學(xué)惰性，極耐熱、不粘附，幾乎不溶于任何溶劑。盡管PTFE具有優(yōu)異性能，因其價(jià)格昂貴，在美國無法打開商業(yè)市場。但是，即將到來的世界大戰(zhàn)將很快為其發(fā)展提供動(dòng)力。

第二次世界大戰(zhàn)期間，曼哈頓計(jì)劃的重點(diǎn)是研制第一顆原子彈，該工藝的一個(gè)關(guān)鍵組成部分是使用UF6從U238中分離出U235[4-5]。但是，由鈾氧化物(UO2)、HF和F2制備的UF6難以提純，且對(duì)金屬具有極強(qiáng)的腐蝕性，因此急需要一種耐腐蝕材料。PTFE優(yōu)異的耐腐蝕性和化學(xué)惰性為制備UF6提供了解決方案，因此政府部門極力推動(dòng)PTFE的規(guī)模化生產(chǎn)[4]。戰(zhàn)爭結(jié)束后，杜邦公司開始將PTFE商業(yè)化銷售，商品名為特氟龍。曼哈頓計(jì)劃還生產(chǎn)了其他各種含氟產(chǎn)品，主要用于閥門、耐腐蝕管道和潤滑油，氟聚合物工業(yè)由此開始[5]。

1953年，凱洛格(Kellog Co.)公司開始銷售聚氯三氟乙烯(PCTFE) ，商品名稱為Kel-F81。PCTFE是三氟氯乙烯(CTFE)的均聚物，含氟聚合物骨架中含有氯，提高了加工性能，進(jìn)而在一些應(yīng)用中替代PTFE。PCTFE比PTFE硬度更大，滲透性更低，具有優(yōu)異的防潮性能，可以在溶液和懸浮液中聚合。

1960年，研究人員利用由四氟乙烯(TFE)和六氟丙烯(HFP)共聚，第一次合成了TFE的第一個(gè)共聚物——FEP(氟化乙烯丙烯)。FEP有相對(duì)較好的加工性能，能利用傳統(tǒng)技術(shù)加工，如模塑和澆鑄，常用于生產(chǎn)耐火電線和絕緣電纜[6-8]。

1961年，杜邦公司研制出PVF，與其他含氟聚合物相比，PVF和PVDF的氟含量較低，不僅保持了PTFE的耐化學(xué)性和耐熱性，還具有類似于烴基聚合物的優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度。PVF特別適合于分層工藝，加工的薄膜非常堅(jiān)韌，防水、防陽光；PVDF逐漸成為噴涂涂層的優(yōu)良材料。1965年，Pennsalt公司推出了第一個(gè)商用級(jí)PVDF，商品名為Kynar500[9-10]。

杜邦公司于20世紀(jì)60年代末發(fā)現(xiàn)了全氟磺酸(Nafion)，它是一種含有磺酸基的TFE共聚物[11]。Nafion是第一個(gè)合成的離子聚合物(離子交聯(lián)聚合物)，對(duì)陽離子具有高導(dǎo)電性，應(yīng)用于于膜材料、工業(yè)電解和燃料電池。后來，人們開發(fā)出改性氟離子聚合物，如全氟碳酸(Flemion)和全氟磺酸(Aquivion)[11]；20世紀(jì)70年代，推出了全氟烷氧基(PFA)共聚物，一種TFE和全氟正丙基乙烯基醚(PPVE)的混合物，同時(shí)具備FEP和PTFE的性能[6-8]，很快被應(yīng)用于化學(xué)和半導(dǎo)體工業(yè)中，如管道、配件、內(nèi)襯和專用薄膜等。同一時(shí)期，杜邦還推出了CTFE和TFE的乙烯(E)共聚物，分別是ECTFE 和ETFE，這些聚合物是第一個(gè)含有非氟亞基的氟聚合物，生產(chǎn)成本較低，同時(shí)有烴類和氟碳聚合物的性能，除了提高力學(xué)性能外，ECTFE和ETFE擁有優(yōu)異的彈性性能，常用作高強(qiáng)度管材、薄膜和耐火電纜絕緣材料。

1976年，羅伯特·戈?duì)?Robert Gore)對(duì)聚四氟乙烯(PTFE)進(jìn)行熱拉伸至800%，使其形成微孔結(jié)構(gòu)，其中70%是空氣，從而得到膨體聚四氟乙烯(ePTFE)[12]。通過控制ePTFE中的微孔大小，可以設(shè)計(jì)成透氣不透水材料，這種新材料的商品名為Gore-Tex，對(duì)戶外服裝、醫(yī)療和音樂等行業(yè)的發(fā)展起到了積極的影響。

20世紀(jì)80年代初，日本的旭硝子公司(Asahi Glass)開發(fā)出氟乙烯醚(FEVE)樹脂，是由含氟乙烯(TFE或CTFE)和乙烯醚的混合物共聚而成，可溶于有機(jī)溶劑并可在室溫下固化的氟聚合物，商標(biāo)為Lumiflon，應(yīng)用于塑膠漆、建筑和其他材料中[13]。這一時(shí)期的含氟聚合物是半結(jié)晶材料，溶解性、光學(xué)性能、透明性較差。

20世紀(jì)80年代中期，杜邦公司開發(fā)了一種含氟聚合物——特氟龍-AF是一種TFE和全氟烷氧基-22-二甲基-1.3-二氧雜環(huán)戊烯(PDD)的均聚物[6-8,11]，旭硝子公司開發(fā)出全氟環(huán)狀聚合物——Cytop，是一種三氟甲基三氟乙烯基醚的均聚物。這兩種聚合物都是非晶態(tài)高分子量全氟聚合物，除了具有優(yōu)異的熱性能、化學(xué)性和電性能外，還具有所有已知有機(jī)材料中最低的折射率，使其成為光學(xué)透鏡、光纖應(yīng)用和高質(zhì)量透明涂層的理想選擇。后來，索爾維(Solvay Solexis)推出了Hyflon AD，作為特氟龍-AF的替代品。目前，非晶態(tài)含氟聚合物的消費(fèi)量仍然很小。

1993年，Hoechst(赫斯特)公司與3M公司合作，推出了THV，一種由TFE、HFP和PVDF組成的半結(jié)晶三組分三元共聚物，具有很高的柔韌性/可溶于極性有機(jī)溶劑和優(yōu)異的粘合性能，使其非常適用于薄膜涂層和多層結(jié)構(gòu)[6-8]。

目前，商用含氟聚合物可分為全氟化、部分氟化、結(jié)晶、半結(jié)晶和非結(jié)晶類別。全世界對(duì)含氟聚合物的需求量超過20萬噸/年，其中氟塑料占了大部分市場。PTFE仍然是應(yīng)用最廣泛的，且需求穩(wěn)步增長。

現(xiàn)在，生產(chǎn)含氟聚合物樹脂及其系列產(chǎn)品的制造商主要有杜邦公司、旭硝子、索爾維、3M、泰良(Dyneon)、霍尼韋爾和大金[8]。同時(shí)，專門生產(chǎn)一種或兩種含氟聚合物，特別是PTFE的公司正在增多。

2 生產(chǎn)方法

工業(yè)合成含氟聚合物的主要方法是自由基聚合[6-7,14]，反應(yīng)溫度為0～100 ℃，主要是在水懸浮液或氟化乳化劑(如全氟辛酸銨)存在的水乳液下聚合，以除去系統(tǒng)中的熱量，避免氣態(tài)單體的熱分解。聚合過程的引發(fā)劑通常是水溶性過氧化物，如過硫酸銨、KMnO4或三?；鸫呋瘎倭康奶砑觿?<0.1%)可以進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)或進(jìn)行改性。所有氟塑料都是以這種方式商業(yè)生產(chǎn)的。

表1 常見的用于生產(chǎn)的商用含氟聚合物單體Table 1 Monomers used in the production of commercial fluoropolymers

PTFE，是最常見的氟塑料，具有不溶于任何已知溶劑的優(yōu)點(diǎn)，聚合反應(yīng)完成后，PTFE從溶液中析出，易于收集。由于PTFE是無法熔融加工的，它主要有三種形式:顆粒狀、細(xì)粉和水分散體，其中，顆粒狀是在引發(fā)劑存在下單獨(dú)聚合TFE(懸浮聚合)而制成的，而細(xì)粉和水分散體是通過添加含氟表面活性劑(乳液聚合)而制成?？扇廴诩庸さ姆芰鲜峭ㄟ^與PTFE類似的加聚工藝進(jìn)行，并使用各種鏈轉(zhuǎn)移劑來控制樹脂的分子量。

對(duì)于共聚物和三元共聚物，通過嚴(yán)格控制單體比例，調(diào)節(jié)溫度、壓力和添加劑，生成不同的聚合物。聚合反應(yīng)完成后，聚合物被回收、洗滌、干燥，并轉(zhuǎn)化為可用于熔融加工的粒料。

3 成型加工

除了PTFE和PE外，大多數(shù)氟塑料都是通過標(biāo)準(zhǔn)的熔融加工技術(shù)加工的，例如注塑、吹塑和旋轉(zhuǎn)成型或擠出成型[6-8]。固體零件主要通過注塑成型加工，將熔融的聚合物注射至模腔中，然后冷卻成型；吹塑和轉(zhuǎn)動(dòng)成型主要通過使用壓縮空氣和流動(dòng)力來制造中空物體，如瓶子和容器；擠出成型用于具有固定橫截面的產(chǎn)品，通過將聚合物通過特定的模頭擠出，主要用于生產(chǎn)管、套、片或復(fù)雜的固體物體。

PTFE和PVF的加工方法與可熔融加工的含氟聚合物不同。PVF在熔點(diǎn)以上不穩(wěn)定，加工時(shí)常被溶解在潛溶劑中，然后被擠出成薄膜；PTFE樹脂通常通過模壓或柱塞擠出加工，每種工藝都需要特定類型的顆粒樹脂。下面介紹PTFE常見的成型加工方法：

(1)燒結(jié)成型：PTFE的燒結(jié)成型包括預(yù)成型步驟，即將PTFE樹脂在常溫常壓環(huán)境中壓成具有一定形狀的預(yù)成品，將預(yù)成品加熱至樹脂熔點(diǎn)使樹脂粒子密集，樹脂顆粒聚結(jié)成一個(gè)強(qiáng)大的均勻結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)稱為燒結(jié)的過程，然后將成品冷卻結(jié)晶，結(jié)晶度取決于冷卻速度。燒結(jié)成型工藝可以用來制造從1 g到幾百公斤不等的制件。

(2)刮削成型：將圓柱形PTFE材料安裝到旋轉(zhuǎn)車床上，然后使用鋒利的切削工具剝離恒定厚度的薄層來生產(chǎn)薄膜和片材，一般厚度為25 μm～3 mm。

(3)柱塞擠出成型：將PTFE粉末送入管道，用壓頭壓實(shí)，通過螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)或柱塞的往復(fù)推動(dòng)，把原料邊壓實(shí)輸送到擠出機(jī)中，均勻加熱，連續(xù)擠出、冷卻而成各種管、棒制品。

此外，還有一些氟聚合物還可以在水性分散體或懸浮液中進(jìn)行加工，這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是，減少了昂貴的有機(jī)溶劑和專業(yè)處理設(shè)備的使用。一般來說，水性含氟聚合物體系的處理方式與其他有機(jī)涂料相似，可以用填料、顏料、樹脂或其他水性聚合物進(jìn)行改性。大多數(shù)常見的含氟聚合物都以液體的形式存在[8]。

商用含氟聚合物的價(jià)格差別也很大，從機(jī)械級(jí)的PTFE到特種級(jí)的PFA價(jià)格從每公斤8美元到每千克70美元不等[14]；可溶性全氟聚合物，常用于高價(jià)值的應(yīng)用，價(jià)格從10美元至20美元每克不等。

4 理化性質(zhì)

含氟聚合物的物理性質(zhì)可以體現(xiàn)出它們的化學(xué)鍵的性質(zhì)。

氟是最豐富的鹵素，是已知的電負(fù)性最強(qiáng)、極化率最低的元素，其C-F鍵是有機(jī)化學(xué)中已知最強(qiáng)的單鍵(～450 kJ/mol)，具有很強(qiáng)的極性，比C-Cl鍵強(qiáng)100 kJ以上，使其活性降低 103～106倍。含氟聚合物的高化學(xué)穩(wěn)定性也可以通過中心C-C鍵的鍵強(qiáng)度來解釋，該鍵強(qiáng)度可以達(dá)到470 kJ/mol左右，相比之下，在碳?xì)浠衔镏邪l(fā)現(xiàn)的C-C鍵的強(qiáng)度為350～380 kJ/mol[15]。

(1)含氟聚合物分子鏈結(jié)構(gòu)對(duì)其物理性質(zhì)的影響。例如，非氟化聚乙烯(PE)的分子鏈?zhǔn)卿忼X形的，而PTFE的分子鏈則是螺旋體結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)榉母唠娮用芏仁惯@些緊密排列的氟原子之間具有相互排斥力并產(chǎn)生位阻效應(yīng)，從而使分子鏈構(gòu)象呈現(xiàn)螺旋體結(jié)構(gòu)。PTFE螺旋鏈易于結(jié)晶，形成致密的結(jié)晶聚合物(2.1 g·cm-3)，因此具有耐化學(xué)腐蝕和不溶于有機(jī)溶劑的特性。在PCTFE中，單體單元中的氯原子取代了一個(gè)氟原子，導(dǎo)致聚合物螺旋結(jié)構(gòu)被破壞，從而降低結(jié)晶度，提高分子間的相互作用，進(jìn)而提高了機(jī)械性能和加工性能[6-8]；共聚物FEP的結(jié)晶度下降到70%，熔融溫度在260～280 ℃范圍內(nèi)，可以使用常規(guī)技術(shù)進(jìn)行加工；均聚物PVF的結(jié)晶度下降到40%，沖擊強(qiáng)度更高，熔融溫度在200 ℃左右；對(duì)于無定形含氟聚合物，如 Teflon-AF，Cytop，和HyflonAD，環(huán)狀單體的摻入破壞了聚合物分子鏈的有序折疊，而是隨機(jī)排列纏結(jié)，形成非常透明的聚合物，擁有聚合物中最低的折射率，因此非常適用光學(xué)和光纖領(lǐng)域[6-8]。

(2)C-F鍵具有相對(duì)較低的極化率，使氟塑料具有極低的介電常數(shù)。含氟聚合物之間壓電性能的差異，是由于C-F偶極子沿聚合物鏈的排列不同[16-17]。像Nafion和Flemion這類離子聚合物，具有耐化學(xué)性和由側(cè)磺酰基賦予的導(dǎo)電性能，同時(shí)，獨(dú)特的通道和空隙的排列使其具有特殊的離子特性。在復(fù)雜的含氟聚合物中，如THV或FEVE樹脂，聚合物的性能可以根據(jù)單體混合物比例進(jìn)行調(diào)節(jié)。在特定氟聚合物的商業(yè)生產(chǎn)中，熔點(diǎn)、化學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、加工性能和成本都取決于鏈長、氟取代情況和單體比例。

(3)較高分子量的含氟聚合物主要以油、樹脂和塑料的形式存在。

總之，含氟聚合物的化學(xué)惰性、耐用性以及液體處理性能使其成為許多工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用的首選材料。

5 應(yīng)用領(lǐng)域

2021年，全球高性能氟聚合物(HPF)的市場規(guī)模約為37億美元，預(yù)計(jì)到2026年，市場規(guī)模將達(dá)到51億美元，復(fù)合年增長率為6.8%。由于其新的應(yīng)用開發(fā)和在光伏領(lǐng)域使用的增加，眾多終端應(yīng)用行業(yè)對(duì)該聚合物的需求不斷增長，這是高性能含氟聚合物行業(yè)增長的主要驅(qū)動(dòng)因素[20]。下面介紹氟聚合物廣泛應(yīng)用的一些領(lǐng)域。

5.1 化工與制造業(yè)

含氟聚合物被應(yīng)用于化工業(yè)和制造業(yè)的方方面面，其中常在腐蝕性化學(xué)品、溶劑、高溫高等復(fù)雜環(huán)境中使用，以生產(chǎn)所需的產(chǎn)品[6-9,14,16-17]。例如：PTFE(Teflon)相較于不銹鋼、玻璃、陶瓷和其他聚合物塑料，具有優(yōu)異的耐化學(xué)性和熱性能，應(yīng)用非常廣泛，如反應(yīng)容器、儲(chǔ)罐、閥門、泵的配件和密封件、管道、涂層等；FEP因其優(yōu)良的沖擊強(qiáng)度而被用于化學(xué)品管道、配件和專用儲(chǔ)罐的內(nèi)襯[8,16-17]。ECTFE用于儲(chǔ)存硝酸和鹽酸的儲(chǔ)罐，在紙漿和造紙工業(yè)中用于洗滌器內(nèi)襯和漂白劑管道[4-8,14]； PVF幾乎只用作薄膜和層壓材料，是在保護(hù)和裝飾涂層中應(yīng)用最廣泛的含氟聚合物，它可以層壓到木頭、紙張、塑料、橡膠或金屬上，用于管道覆蓋物、管道內(nèi)襯、飛機(jī)內(nèi)飾、卡車和拖車側(cè)板，以及作為塑料袋成型的脫模紙；Nafion或Flemion膜常用于電解鹵水，分離Cl2和H2，促進(jìn)離子在半電池之間的陽離子轉(zhuǎn)移[11,23]。Teflon應(yīng)用于微波、流動(dòng)化學(xué)、機(jī)器人系統(tǒng)、反應(yīng)堆的管道和泵等先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，PTFE分散劑，如Zonyl，常用于涂覆在地毯表面，以達(dá)到防水、防油和耐污的性能，也作為油墨中的添加劑以提高耐磨性[9]。PVDF是幾乎所有復(fù)印機(jī)和激光打印機(jī)的基本零部件材料[7-8,14]。

5.2 電子信息業(yè)

電氣和計(jì)算機(jī)工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)安全、耐用的電線和電纜絕緣材料的需求急劇增加。FEP因其優(yōu)異的絕緣性、熱穩(wěn)定性，以及相比于其他聚合物，燃燒時(shí)產(chǎn)生的極少的煙等特性，常被應(yīng)用于電纜絕緣材料。65%以上的FEP用于靜壓箱絕緣材料，其優(yōu)異的耐用性和耐火性能非常適用于建筑基礎(chǔ)設(shè)施的密閉空間[7-8,17]，也應(yīng)用于計(jì)算機(jī)電纜和工業(yè)控制布線中[4-7,11]；聚乙烯共聚物ECTFE和ETFE作為電線和電纜的柔性、阻燃、絕緣材料，廣泛應(yīng)用于汽車、火車和航空領(lǐng)域，以及航空航天工業(yè)的航天器和航天服的管道和配線部件[16]；PCTFE用于保護(hù)電視機(jī)、計(jì)算機(jī)和其他電子設(shè)備中液晶顯示器(LCD)面板和商業(yè)標(biāo)識(shí)中的電致發(fā)光燈和安全出口標(biāo)識(shí)的涂層[8]；除了保護(hù)性和耐腐蝕性涂層外，無定形含氟聚合物，如Teflon AF、Cvtop和Hyflon AD具有優(yōu)異的光學(xué)清晰度、折射特性和低介電常數(shù)，已被用作新一代光纖的芯和包層，這是因?yàn)榕cC-H鍵相比， C-F鍵原子振動(dòng)極小，具有較高的帶寬和較低的信號(hào)損失(衰減)[22]。這類材料還用于高性能光學(xué)透鏡的保護(hù)涂層。

5.3 能 源

鋰電池是目前最先進(jìn)的便攜式電源，應(yīng)用范圍從手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、電動(dòng)汽車到衛(wèi)星、行星探測器和心臟起搏器。氟化鋰鹽LiPF6是液體和凝膠型電解質(zhì)中使用最廣泛的溶質(zhì)，PVDF和FEP在幾乎所有商業(yè)鋰電池中用作負(fù)極(陽極)和正極(陰極)電極的粘合劑[22-23]；Nafion和相關(guān)離聚物的離子和導(dǎo)電性能已被應(yīng)用于質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池中的固體電解質(zhì)，以有效地生產(chǎn)清潔能源[24]；基于CTFE的膜也用于固體堿性燃料電池(SAFC)，其中遷移物是氫氧離子而不是質(zhì)子[11,18]。

在核工業(yè)中，氟塑料用于處理高腐蝕性液體和活性鈾衍生物[29-30]；在燃煤發(fā)電過程中，使用氟聚合物涂覆的袋式過濾器去除熱煙氣排放中的飛灰，避免排放到大氣中，也用于煙氣熱交換器中的壓力管道，用于脫硫處理；在光伏發(fā)電中，PVF優(yōu)異的耐候性和光穩(wěn)定性，廣泛用作太陽能電池板玻璃的面，光伏組件的背層，以提供電絕緣和防潮保護(hù)。

5.4 醫(yī)療健康

在醫(yī)療領(lǐng)域，氟聚合物通常應(yīng)用在斷層掃描( PET)、醫(yī)藥產(chǎn)品醫(yī)用的服裝、手術(shù)服、床單和窗簾等領(lǐng)域[21]。Nafion用于麻醉和呼吸護(hù)理；醫(yī)用級(jí)的Gore-Tex(EPTFE)可以編織成網(wǎng)狀織物，適于細(xì)胞生長，常被用作外科縫合線、動(dòng)脈支架以及在面部重建和美容手術(shù)中的預(yù)制皮下植入物[25-26]。使用ePTFE的縫合線直徑比為1.0，而其他現(xiàn)有材料針線直徑比為2∶3，可減少因未填充孔的出血[25]。

此外，氟聚合物因其優(yōu)異的光學(xué)性能，也被研究作為隱形眼鏡和角膜嵌體的材料[27]；使用全氟聚合物標(biāo)記的細(xì)胞，可以基于F的磁共振成像(MRI)，這是由于器官和組織中缺乏氟，含氟聚合物標(biāo)記的細(xì)胞顯示出明顯的對(duì)比度和分辨率，甚至可以使用FNMR光譜進(jìn)行定量分析。

5.5 建筑業(yè)

含氟聚合物的一個(gè)共同特性是耐化學(xué)分解，在建筑行業(yè)主要作為涂層材料使用。常見材料有PVF、PVDF、FEVE、FEVE基涂料等。

5.6 其他領(lǐng)域

在過去的75年中，人們還開發(fā)了其他氟代聚合物，其中最重要的是含氟彈性體、含氟潤滑劑和含氟表面活性劑，這些產(chǎn)品占全球含氟聚合物市場的20%。

氟彈性體的設(shè)計(jì)是為了保持橡膠的性能，在汽車和航空航天工業(yè)中，被用作密封圈、軸和軟管[6]。

氟潤滑劑代表性材料是全氟聚醚(PFPE)，根據(jù)分子量不同以油或潤滑脂的形式存在，具有熱穩(wěn)定性，不可燃(即使在液氧中)，耐化學(xué)腐蝕，在-75～350 ℃的寬溫度范圍內(nèi)不揮發(fā)； PFPE基潤滑劑可以抵抗電離輻射，常應(yīng)用于航空航天和核工業(yè)中。

氟化表面活性劑第一批產(chǎn)品主要是低分子量全氟烷基磺酸鹽(如全氟辛烷磺酸、全氟辛烷磺酸)和全氟烷基羧酸(例如全氟辛酸、全氟辛烷酸)。全氟烷基酸(PFAAS)是最常見的工業(yè)全氟表面活性劑，低分子量的全氟丁烷磺酸鹽用于防污劑和清潔劑[16]；目前，含氟表面活性劑的水膜泡沫(AFFF)是在軍事、工業(yè)、航空和家庭應(yīng)用中撲滅易燃液體火災(zāi)的最有效滅火劑[28]。

圖2 光纖、特氟龍過濾器、涂有含氟聚合物 太陽能電池板、明石海峽大橋Fig.2 Fibreoptic, teflon filter, solar panels are coated with fluoropolymers, Akashi-Kaikyo Bridge

6 結(jié) 語

含氟聚合物具有化學(xué)惰性、耐水和耐污性、高耐久性以及優(yōu)異的光學(xué)性能和電子性能，是許多專業(yè)應(yīng)用的首選材料，在工業(yè)、商業(yè)和生活中應(yīng)用廣泛。氟塑料在氟聚合物工業(yè)中仍然占主導(dǎo)地位，尤其是PTFE。目前，含氟聚合物的市場以每年5%～8%的增長率穩(wěn)定增長。市場對(duì)含氟聚合物材料的進(jìn)一步的需求將給原材料(如螢石)的采購帶來壓力，從而與全球鋼鐵、鋁和化肥行業(yè)形成進(jìn)一步的競爭。

未來有望在工程、制造、建筑、能源、電子和醫(yī)藥等所有領(lǐng)域增加含氟聚合物材料的使用。隨著過去80年氟聚合物的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，化學(xué)家將成為未來新發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)的核心。