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现今,高分子材料广泛应用于人们生产生活的各个方面,特别是建筑、交通、电子电器及日用制品。提高这类材料的阻燃性变得更为重要。许多国家制订了相应的法规和政策,直接推进阻燃剂的研究开发和生产应用。人们希望它阻燃剂不但使材料有较高的阻燃级别,而且对人是低毒的,对环境不造成二次危害。
本课题探讨2Bi2O3·P2O5(磷酸铋)粉体作为阻燃剂的可能性,是因为磷酸铋对丙烯氧化生成苯具有较高的选择性。因此,聚合物中加入磷酸铋粉体可能使聚合物燃烧过程生成的低分子中间产物一部分生成苯及多环芳烃,聚集生成石墨,在聚合物表面聚积成炭层,以达到阻燃的目的。
本课题采用微晶玻璃制造工艺和高分子网络凝胶法制备磷酸铋结晶粉体,并讨论了制备过程中的工艺参数的选择。
一、玻璃熔融法。磷酸铋玻璃可通过混合三氧化二铋和磷酸铵粉末,在1050℃熔融,淬火得到。将玻璃球磨成玻璃粉,再在630℃进行热处理,得到磷酸铋微晶玻璃粉体。由于五氧化二磷的挥发,制得的磷酸铋晶相在粉体中的含量为87%。
二、高分子网络凝胶法。我们以丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、蒸馏水、硝酸铋、磷酸和硝酸为原料,制备了含有磷酸铋前驱体的聚丙烯酰胺+硝酸铋+磷酸+硝酸凝胶。通过实验,我们确定了可以形成单相透明凝胶的配方组成。聚丙烯酰胺+硝酸铋+磷酸+硝酸凝胶在煅烧温度高于700℃时开始形成磷酸铋晶体,并且随着温度的升高磷酸铋晶体含量和粉体粒径均逐渐增加。800℃保温两小时所得产品中磷酸铋晶体含量约为70%。慢速升温的煅烧条件更有利于磷酸铋晶粒的形成,真空煅烧比常压煅烧更易形成磷酸铋晶粒。
在磷酸铋结晶粉体阻燃性能的考察中发现,磷酸铋添加到聚丙烯酰胺中,导致成炭率增加,并使燃烧残余物拥有更低的电阻率,说明该粉体的加入可促使聚合物炭化。
磷酸铋除冲稀效应外,还能够在燃烧时参与反应过程,具有催化成炭的作用。它在燃烧过程中无有毒气体放出,是一种环境友好的阻燃剂。