钨酸钠及其复配体系对羽绒阻燃性能的改善

羽绒是长在鹅、鸭的腹部,成芦花朵状的绒毛。羽绒纤维的最表面是一层细胞膜,薄膜的里层是组成羽绒纤维主要成分的蛋白质。羽绒球状纤维上密布千万个三角形的细小气孔,能随气温变化而收缩膨胀,产生调温功能,可吸收人体散发流动的热气,隔绝外界冷空气的入侵。从蓬松度的检测上来分析,羽绒比蚕丝,棉花等保暖材料都要高一个等级,所以羽绒单纯作为一个保暖材料,它的经济价值远远高于其他保暖材料。
钨酸钠和羽绒纤维
科学家们已经研究过羽绒纤维的润湿性、蓬松性和稳定性,但是对羽绒的阻燃性能研究甚少。随着科技的不断发展,世界各国对纺织品的阻燃性要求越来越高,因此羽绒纤维的阻燃改性也势在必行。通过钨酸钠、氟钛酸钾及其复配体系对羽绒纤维的阻燃性能的改善取得了较好的效果。实验可分为以下几步:
1. 先进行羽绒阻燃处理:称取适量干燥过的羽绒分散在蒸馏水中,加入适量柠檬酸调节pH值后加入阻燃剂。于一定温度的水浴中反应,反应完全后洗涤、过滤、干燥、烘干至蓬松。
2. 使用极限氧指数测定仪测出极限氧指数范围。 
3. 根据热失重曲线的热失重率和最快热失重速率分析热稳定性能。羽绒的热降解过程分为3个阶段:第一个阶段是羽绒的脱水反应;第二个阶段是一系列的纯粹化学反应;第三个阶段是放热过程。 
4. 采用白度仪测试羽绒的白度以说明处理羽绒的泛黄程度。
 
通过实验可得出以下结论:从热失重曲线看出,钨酸钠主要降低第2阶段失重,氟钛酸钾主要降低第3阶段失重,都能分别降低最快热失重速率,使羽绒热稳定性增加,剩炭率升高,阻碍其燃烧。钨酸钠和氟钛酸钾都能不同程度的改善羽绒的阻燃性能,它们的复配体系阻燃效果更佳,而且对羽绒的表面结构和白度影响不大。 
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制备三氧化钨掺杂薄膜

三氧化钨(WO3)掺杂薄膜是一种优良的氢敏材料,因其具有良好的电致变色、气致变色、光致变色、电化学性能而得到广泛的研究和应用,尤其是其气致变色性能在气体传感器方面有广阔的应用前景。在铂(Pt)、钯(Pd)等稀有金属的催化下,WO3薄膜对H2在常温下就具有良好的气致变色效应,是一种重要的功能材料。

溶胶凝胶法用溶胶凝胶法和直流磁控溅射法相结合制备的掺Pd(或Pt)三氧化钨薄膜的晶化温度比纯的三氧化钨薄膜晶化温度高,在460℃下退火处理后才有少量的晶态结构存在;分光光度计测试结果表明:纯WO3凝胶薄膜有很高的透光率(>90%),但掺钯或掺铂后薄膜透光率下降明显;且在相同条件下制备的掺钯的薄膜比掺铂的薄膜的透光率要高些;掺铂薄膜样品在100℃、200℃、300℃、400℃、500℃退火处理后的透光率随着退火温度的升高,薄膜透光率逐渐降低,这与不掺杂的三氧化钨薄膜具有相同的性质。

三氧化钨基掺Pt(Pd)薄膜的制备建立在溶胶凝胶法和直流磁控溅射法相结合的方法,在钨酸溶胶的制备中,加入H2O2、乙醇能增强钨酸溶胶的稳定性。当H2O2与钨酸的摩尔比为1:2,乙醇与钨酸体积比为1:2时,溶胶的保存时间较长,成膜质量可以起到保鲜效果。
三氧化钨表面在100℃退火处理后变得比较平整,其分子呈四面体结构,三氧化钨分子转变为立方体结构在经过400℃退火处理后表面变的更加平整,三氧化钨分子转变为立方体结构。

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水热法制备纳米三氧化钨

制备三氧化钨(WO3)所使用的水热法和水浴法同属溶液法,其特点是实验成本少,能耗低,制取的材料结晶度和纯度高等优点成为制备WO3的首选。现代纳米材料科学与技术的应用在一定程度上增强材料某些方面的性能,亦或使其表现出一些意想不到的性质。在此基础上,以水热法为实验方法,以纳米和三氧化钨为材料,制备纳米三氧化钨。

水热法以Na2WO4•2H2O为原料,CTAB和草酸为辅助剂,采用水热法和水浴法分别制取了团聚较为严重的单斜相立方颗粒状纳米WO3、块状WO3•H2O和分层花状WO3•H2O。经过烧结处理后,WO3•H2O转变为WO3,并保持了原有的块状和花状形貌。对三种形貌样品的气敏测试表明,其最佳工作温度都为300℃,且花状结构表现出最高的灵敏度,对影响反应过程的各项因素进行了分析,可得其主要归因于WO3•H2O的不易团聚的三维结构且分层多孔。在此基础上,可以初步得到水热法制备纳米三氧化钨的原理。

研究结果表明:
(1)以Na2WO4•2H2O为原料,CTAB和草酸为辅助剂有利于改变反应速率,将反应时间由原来的24h以上缩短至8h以内。
(2)含有碱性的水热法下也能够制得纳米三氧化钨产品,所需要pH范围拓展至3.5~8.9之间。
(3)所制得的纳米三氧化钨具有不易团聚的三维结构且分层多孔,颗粒的粒径平均尺寸都在1μm左右。
(4)以三氧化钨为添加物的产品具有较好的分散性,而且WO3在气敏传感、电致变色、化学催化以及电化学等方面都表现出的优异性能。

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仲钨酸铵结晶过程中铬行为探索2/2

2.WO3浓度将影响APT结晶过程铬的析出速率
实验设置蒸发结晶条件如下:NH4OH质量浓度为2.76mol/L;钨酸铵溶液中WO3浓度分别为170g/L、195 g/L、238 g/L、258 g/L、295 g/L ;按质量比Cr/WO3=0.5%加入乙酸铬;搅拌速度为300rad/min;实验温度100℃;结晶终点pH=7.0。制出不同WO3浓度对APT结晶过程铬析出率的影响如图:
WO3起始浓度对铬析出率的影响
 
上图可以看出WO3起始浓度由170g/L上升到295 g/L,铬的析出率从81%下降到59%。故而,我们可以得出,WO3的起始浓度升高,铬的析出率下降。再者,溶液中存在的(NH42WO4将促进Cr(OH)3的溶解,在WO3浓度越高的溶液中,铬的沉淀—溶解达到平衡时,Cr离子浓度越高,即铬的析出率越低。
 
3.不同搅拌速度影响APT结晶过程铬的析出率,如下图:
搅拌速度对铬析出率的影响
 
上图可以看出速度从100rad/min增加到500rad/min,铬的析出率从84.3%下降到37.9%,下降了46.4%,从中可以得出,增加搅拌速度,铬的析出率随之下降。尽管搅拌有利于铬的析出,促进Cr(OH)3晶核的生成和晶体的成长。但是,温度升高的过程伴随着氨的快速挥发,当温度达到100℃时加入乙酸铬,溶液中pH和OH-浓度已经大幅度下降,铬的析出率将明显降低。
 
基于以上分析,我们可以总结出,在钨酸铵蒸发结晶制取APT过程中加入乙酸铬可以制得含铬的APT粉末;铬在APT中主要以Cr(OH)3形态存在,且它的析出不具备饱和性,随着铬量的增加,成品APT中含铬量呈线性增加;增大WO3的起始浓度和提升搅拌速度,都将导致铬的析出率下降。
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仲钨酸铵结晶过程中铬行为探索 1/2

掺杂晶粒制成的超细硬质合金以其高熔点、高硬度和高强度等优良性能,广泛应用与现代工具、耐磨、耐高温以及耐腐蚀材料中。控制碳化钨晶粒长大的抑制剂种类繁多,目前常用的是Cr3C2和VC,其中,Cr3C2的抑制效果较佳。现有工艺主要是将抑制剂的碳化物粉末加入到钨粉和炭黑中,均匀混合后,经碳化制得含有抑制剂的WC粉末。但,由于抑制剂难以搅拌均匀,导致碳化钨烧结过程中部分WC晶粒非预期性长大,从而影响硬质合金的性能。本文提出一种新的掺铬工艺—仲钨酸铵蒸发结晶过程掺铬,并分析铬在其中的表现形式。
 
在pH≥9的钨酸铵溶液中掺入乙酸铬(CH3COO)3Cr,蒸发结晶制得掺铬的仲钨酸铵(APT)粉末。蒸发结晶过程发生的化学反应如下:

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

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

Ksp=6.3*10-33(25℃)  其中Ksp为Cr(OH)3的浓度积。
 
不同的Cr起始浓度开始沉淀和完全沉淀的pH值,如下图所示:
Cr开始沉淀和完全沉淀的pH
 
掺铬APT结晶过程中,铬有多种不同行为,以下就三点进行分析:
1.不同掺铬量影响APT粉末中存在的铬量,随着掺铬量的增加,APT粉末中的铬量呈线性增加。铬在APT中主要以Cr(OH)3沉淀析出为主,且不具有饱和性。控制结晶过程的掺铬量可以制备不同铬含量的APT粉末。
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