鎢酸鈉及其複配體系對羽絨阻燃性能的改善

羽絨是長在鵝、鴨的腹部,成蘆花朵狀的絨毛。羽絨纖維的最表面是一層細胞膜,薄膜的裏層是組成羽絨纖維主要成分的蛋白質。羽絨球狀纖維上密佈千萬個三角形的細小氣孔,能隨氣溫變化而收縮膨脹,產生調溫功能,可吸收人體散發流動的熱氣,隔絕外界冷空氣的入侵。從蓬鬆度的檢測上來分析,羽絨比蠶絲,棉花等保暖材料都要高一個等級,所以羽絨單純作為一個保暖材料,它的經濟價值遠遠高於其他保暖材料。

羽絨纖維

科學家們已經研究過羽絨纖維的潤濕性、蓬鬆性和穩定性,但是對羽絨的阻燃性能研究甚少。隨著科技的不斷發展,世界各國對紡織品的阻燃性要求越來越高,因此羽絨纖維的阻燃改性也勢在必行。通過鎢酸鈉、氟鈦酸鉀及其複配體系對羽絨纖維的阻燃性能的改善取得了較好的效果。實驗可分為以下幾步:
1. 先進行羽絨阻燃處理:稱取適量乾燥過的羽絨分散在蒸餾水中,加入適量檸檬酸調節pH值後加入阻燃劑。于一定溫度的水浴中反應,反應完全後洗滌、過濾、乾燥、烘乾至蓬鬆。 2. 使用極限氧指數測定儀測出極限氧指數範圍。 
3. 根據熱失重曲線的熱失重率和最快熱失重速率分析熱穩定性能。羽絨的熱降解過程分為3個階段:第1個階段是羽絨的脫水反應;第2個階段是一系列的純粹化學反應;第3個階段是放熱過程。 
4. 採用白度儀測試羽絨的白度以說明處理羽絨的泛黃程度。 
 
通過實驗可得出以下結論:從熱失重曲線看出,鎢酸鈉主要降低第2階段失重,氟鈦酸鉀主要降低第3階段失重,都能分別降低最快熱失重速率,使羽絨熱穩定性增加,剩炭率升高,阻礙其燃燒。鎢酸鈉和氟鈦酸鉀都能不同程度的改善羽絨的阻燃性能,它們的複配體系阻燃效果更佳,而且對羽絨的表面結構和白度影響不大。 
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仲鎢酸銨結晶過程中鉻行為探索2/2

2.WO3濃度將影響APT結晶過程鉻的析出速率
實驗設置蒸發結晶條件如下:NH4OH品質濃度為2.76mol/L;鎢酸銨溶液中WO3濃度分別為170g/L、195 g/L、238 g/L、258 g/L、295 g/L ;按品質比Cr/WO3=0.5%加入乙酸鉻;攪拌速度為300rad/min;實驗溫度100℃;結晶終點pH=7.0。制出不同WO3濃度對APT結晶過程鉻析出率的影響如圖:
 
不同WO3濃度對鉻析出率的影響
其中橫坐標為鉻析出率(%),縱坐標為WO3起始濃度(mol/L)

上圖可以看出WO3起始濃度由170g/L上升到295 g/L,鉻的析出率從81%下降到59%。故而,我們可以得出,WO3的起始濃度升高,鉻的析出率下降。再者,溶液中存在的(NH4)2WO4將促進Cr(OH)3的溶解,在WO3濃度越高的溶液中,鉻的沉澱—溶解達到平衡時,Cr離子濃度越高,即鉻的析出率越低。
 
3.不同攪拌速度影響APT結晶過程鉻的析出率,如下圖:
不同攪拌速度對鉻析出率的影響
其中橫坐標為攪拌速度(rad/min),縱坐標為鉻析出率(%)
 
上圖可以看出速度從100rad/min增加到500rad/min,鉻的析出率從84.3%下降到37.9%,下降了46.4%,從中可以得出,增加攪拌速度,鉻的析出率隨之下降。儘管攪拌有利於鉻的析出,促進Cr(OH)3晶核的生成和晶體的成長。但是,溫度升高的過程伴隨著氨的快速揮發,當溫度達到100℃時加入乙酸鉻,溶液中pH和OH-濃度已經大幅度下降,鉻的析出率將明顯降低。
 
基於以上分析,我們可以總結出,在鎢酸銨蒸發結晶制取APT過程中加入乙酸鉻可以制得含鉻的APT粉末;鉻在APT中主要以Cr(OH)3形態存在,且它的析出不具備飽和性,隨著鉻量的增加,成品APT中含鉻量呈線性增加;增大WO3的起始濃度和提升攪拌速度,都將導致鉻的析出率下降。
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製備三氧化鎢摻雜薄膜

溶膠凝膠法三氧化鎢(WO3)摻雜薄膜是一種優良的氫敏材料,因其具有良好的電致變色、氣致變色、光致變色、電化學性能而得到廣泛的研究和應用,尤其是其氣致變色性能在氣體感測器方面有廣闊的應用前景。在鉑(Pt)、鈀(Pd)等稀有金屬的催化下,WO3薄膜對H2在常溫下就具有良好的氣致變色效應,是一種重要的功能材料。

用溶膠凝膠法和直流磁控濺射法相結合製備的摻Pd(或Pt)三氧化鎢薄膜的晶化溫度比純的三氧化鎢薄膜晶化溫度高,在460℃下退火處理後才有少量的晶態結構存在;分光光度計測試結果表明:純WO3凝膠薄膜有很高的透光率(>90%),但摻鈀或摻鉑後薄膜透光率下降明顯;且在相同條件下製備的摻鈀的薄膜比摻鉑的薄膜的透光率要高些;摻鉑薄膜樣品在100℃、200℃、300℃、400℃、500℃退火處理後的透光率隨著退火溫度的升高,薄膜透光率逐漸降低,這與不摻雜的三氧化鎢薄膜具有相同的性質。

三氧化鎢基摻Pt(Pd)薄膜的製備建立在溶膠凝膠法和直流磁控濺射法相結合的方法,在鎢酸溶膠的製備中,加入H2O2、乙醇能增強鎢酸溶膠的穩定性。當H2O2與鎢酸的摩爾比為1:2,乙醇與鎢酸體積比為1:2時,溶膠的保存時間較長,成膜品質可以起到保鮮效果。
三氧化鎢表面在100℃退火處理後變得比較平整,其分子呈四面體結構,三氧化鎢分子轉變為立方體結構在經過400℃退火處理後表面變的更加平整,三氧化鎢分子轉變為立方體結構。

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仲鎢酸銨結晶過程中鉻行為探索 1/2

摻雜晶粒製成的超細硬質合金以其高熔點、高硬度和高強度等優良性能,廣泛應用與現代工具、耐磨、耐高溫以及耐腐蝕材料中。控制碳化鎢晶粒長大的抑制劑種類繁多,目前常用的是Cr3C2和VC,其中,Cr3C2的抑制效果較佳。現有工藝主要是將抑制劑的碳化物粉末加入到鎢粉和炭黑中,均勻混合後,經碳化制得含有抑制劑的WC粉末。但,由於抑制劑難以攪拌均勻,導致碳化鎢燒結過程中部分WC晶粒非預期性長大,從而影響硬質合金的性能。本文提出一種新的摻鉻工藝—仲鎢酸銨蒸發結晶過程摻鉻,並分析鉻在其中的表現形式。
 
在pH≥9的鎢酸銨溶液中摻入乙酸鉻(CH3COO)3Cr,蒸發結晶制得摻鉻的仲鎢酸銨(APT)粉末。蒸發結晶過程發生的化學反應如下:

(CH3COO)3Cr=(CH3COO)3 3-+Cr3-

Cr3-+3OH-=Cr(OH)3

Ksp=6.3*10-33(25℃)  其中Ksp為Cr(OH)3的濃度積。
 
不同的Cr起始濃度開始沉澱和完全沉澱的pH值,如下圖所示:
Cr開始沉澱和完全沉澱的pH
 
摻鉻APT結晶過程中,鉻有多種不同行為,以下就三點進行分析:
1.不同摻鉻量影響APT粉末中存在的鉻量,隨著摻鉻量的增加,APT粉末中的鉻量呈線性增加。鉻在APT中主要以Cr(OH)3沉澱析出為主,且不具有飽和性。控制結晶過程的摻鉻量可以製備不同鉻含量的APT粉末。
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水熱法製備納米三氧化鎢

水熱法製備三氧化鎢(WO3)所使用的水熱法和水浴法同屬溶液法,其特點是實驗成本少,能耗低,制取的材料結晶度和純度高等優點成為製備WO3的首選。現代納米材料科學與技術的應用在一定程度上增強材料某些方面的性能,亦或使其表現出一些意想不到的性質。在此基礎上,以水熱法為實驗方法,以納米和三氧化鎢為材料,製備納米三氧化鎢。

以Na2WO4•2H2O為原料,CTAB和草酸為輔助劑,採用水熱法和水浴法分別制取了團聚較為嚴重的單斜相立方顆粒狀納米WO3、塊狀WO3•H2O和分層花狀WO3•H2O。經過燒結處理後,WO3•H2O轉變為WO3,並保持了原有的塊狀和花狀形貌。對三種形貌樣品的氣敏測試表明,其最佳工作溫度都為300℃,且花狀結構表現出最高的靈敏度,對影響反應過程的各項因素進行了分析,可得其主要歸因於WO3•H2O的不易團聚的三維結構且分層多孔。在此基礎上,可以初步得到水熱法製備納米三氧化鎢的原理。

研究結果表明:
(1)以Na2WO4•2H2O為原料,CTAB和草酸為輔助劑有利於改變反應速率,將反應時間由原來的24h以上縮短至8h以內。
(2)含有鹼性的水熱法下也能夠制得納米三氧化鎢產品,所需要pH範圍拓展至3.5~8.9之間。
(3)所制得的納米三氧化鎢具有不易團聚的三維結構且分層多孔,顆粒的粒徑平均尺寸都在1μm左右。
(4)以三氧化鎢為添加物的產品具有較好的分散性,而且WO3在氣敏傳感、電致變色、化學催化以及電化學等方面都表現出的優異性能。
 

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