三氧化二锑的制备与阻燃机理

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1、本研究采用三种不同的湿化学方法，探讨三氧化二锑微粉的制备工艺,对三氧化二锑的阻燃机理进行初步分析,并对其阻燃特性进行研究。1　三氧化二锑的制备1.1　工业上三氧化二锑制备的方法　　工业上三氧化二锑制备的方法主要有［5］：　　加热条件下金属与氧反应：　　　　4Sb+3O2→2三氧化二锑　　焙烧三硫化二锑矿物法:　　　　2Sb2S3+9O2→2 三氧化二锑+6SO2↑　　三氯化二锑水解法:　　　　2SbCl3+H2O→2 三氧化二锑+6HCl　　其工艺过程：　　用酸式湿法（多用硫酸）从锑精矿直接生产锑氧法：　　其工艺过程：　　

2、其它："电解氯化法"等。　　以上几种方法其中，前一种属于干法;后三种属于湿法。目前国内采用较多的是湿法，新近制备三氧化二锑的方法还有等离子体法与胶体沉淀法等。这些方法生产三氧化二锑最大的缺点就是杂质含量过高,白度低,粉末分布不均匀,满足不了精细化生产的要求。1.2　本工作中超细三氧化二锑微粉的制备方法　　本工作采用SbCl3为原料,分别用沉淀法、溶胶-凝胶法制备出三氧化二锑超微粒子。所用化学药品及试剂均为分析纯，采用A、B、C三种不同的湿化学方法制备三氧化二锑粉料。方法A是将SbCl3粉晶溶于浓盐酸中，磁力搅拌完全溶解后，

3、往溶液中缓慢滴加去离子水，边滴边搅拌，开始时整个反应液为淡黄色稳定溶液，最后有小块状白色沉淀生成，最后白色沉淀越来越多，并发生聚沉。用水冲洗沉淀，并多次倾析，以除去游离离子杂质。再将沉淀物与氨水多次煮沸去氯离子，然后再用水多次倾析，洗涤过滤，干燥沉淀物，即得三氧化二锑粉末。方法B是将SbCl3粉晶溶于无水乙醇中，磁力搅拌充分溶解后，往溶液中缓慢滴入去离子水，并不断搅拌即得胶乳状白色沉淀。然后用水多次倾析，并过滤洗涤，干燥后即得三氧化二锑粉末。方法C是将SbCl3粉晶溶入一定比例的乙醇与苯的混合液中，搅拌充分溶解后得透明锑醇

4、液，再向溶液中加入适量异丙醇，使醇化反应进行得更彻底，然后加入少量阳离子表面活性剂，并滴加氨水，使之发生水解反应，得到胶状沉淀，经多次过滤洗涤后干燥，即得白色三氧化二锑超细粉。其工艺流程分别如流程图所示。湿化学法制备三氧化二锑粉末方案A湿化学法制三氧化二锑粉末方案B湿化学法制三氧化二锑粉末方案C　　比较A,B,C三种方法可知，A法中要除去沉淀中的氯离子，故而需用氨水多次煮沸，所得沉淀干燥后常因杂质未彻底除去而略带黄色，影响样品白度；B法要除去样品中无水乙醇等有机物，可采用多次倾析、洗涤等办法，另外干燥时可适当调高干燥温度与

5、延长干燥时间。该法简易方便。 C法制备样品，因为加入了阳离子表面活性剂，因而粉末而且流动性好，此方法可通过控制水解反应的速度来控制反应进程，并进而控制粒子的生长进程。2　三氧化二锑阻燃机理　　为明确三氧化二锑的阻燃机理，首先得了解塑料的燃烧条件与过程。塑料的燃烧条件有三个，即来自塑料本身的可燃性气体，外界的氧气与外热源。塑料燃烧过程的主要反应为［6］： 　　　　　　　　　(1)HO.+CO→CO2+H.-ΔH　　　　　　　　　　　　　　　　(2)H.+O2→HO.+O.　（歧化反应）　　　　　　　　　　　　　(3)　　当塑

6、料受热分解后，在氧的参与下产生活泼的自由基HO.，它决定着燃烧的速度，羟基游离基按（2）式与CO发生反应，生成的氢游离基与O2按（3）式反应生成HO.，再回到（2）式反应，如此（2）、（3）式反应交替进行，使连锁反应迅速进行下去。　　从以上得知，为了阻止塑料燃烧，其基本方法是抑制可燃性气体的发生与隔绝空气中的氧气。　　三氧化二锑属于添加型阻燃剂，与其它阻燃剂、消烟剂并用，产生协同效应［3，7］。Sb2O3在燃烧初期，首先是熔融，熔点为655℃，在材料表面形成保护膜隔绝空气，通过内部吸热反应，降低燃烧温度。在高温状态下三氧化

7、二锑被气化，稀释了空气中氧浓度，从而起到阻燃作用［8］。文献［7］则将三氧化二锑的阻燃机理归结为隔断热传导与热辐射、壁面效应、与卤系阻燃剂组合的协同效应以及促进不燃性化合物生成等四种原因，从物理与化学两方面对其阻燃机理作了详尽介绍。文献［8，9］认为锑-卤体系的协同阻燃机理是：受热时先释出HCl，并生成SbOCl，然后SbOCl进行热分解，在吸取大量热的同时生成SbCl3。SbCl3在火焰温度下，分解出Cl.游离基，与火焰中的活性.H、.OH等结合，起到抑制火焰的作用。同时SbOCl 、SbCl3蒸汽比重大，附于物料表面，

8、起到隔绝空气的作用。并在火焰上空凝结成液滴或者固体微粒，能量在固体表面被消耗，使燃烧速度减慢或停止。其反应式表示如下［10］： 　　　　　　　　(4)三氧化二锑+2HCl2SbOCl+H2O　　　　　　　　　　　　　　(5) 　　　　　　　(6) 　　　　　　(7) 　　　　　　　(8)　　上述反应分步