聚磷酸铵的制备方法

发布日期:2021/6/23 8:57:30

背景及概述^[1]

聚磷酸铵简称APP，是一种含氮磷酸盐，为白色粉末。聚磷酸铵按其聚合度大小，可分为低聚、中聚、高聚三种。聚合度越大，水溶性越小。按其结构可分为结晶型和无定形型。结晶态聚磷酸铵为水不溶性和长链状聚磷酸盐。有I到V型五种变体。其中高聚合度结晶II型聚磷酸铵由于水不溶性好，分解温度高，和高分子材料相溶性好，在高分子材料领域的使用有着显著优势。与含卤阻燃剂相比，结晶II型聚磷酸铵具有低毒、低烟、无机的特点，是一种新型的高效无机阻燃剂。

制备^[1-3]

报道一、

一种直接以I型聚磷酸铵为原料制备结晶II型聚磷酸铵的方法如下：

原料为：平均聚合度为30的I型聚磷酸铵5kg，缩合剂50g；所述缩合剂由磷酸二氢氨和尿素组成，磷酸二氢氨32.86(0.286mol)，尿素17.14g(0.286mol)，I型聚磷酸铵和尿素的粒径＞150μm，磷酸二氢氨的粒径＜150μm。

工艺步骤依次如下：

(1)将I型聚磷酸铵和尿素加入粉碎筛分机1粉碎至≤150μm(过100目筛)，然后将粉碎后的I型聚磷酸铵和尿素及磷酸二氢氨加入混合槽2混合均匀后放入料储槽3；

(2)将料储槽3中的I型聚磷酸铵、尿素和磷酸二氢氨的混合物料加入微波管式炉反应器4并启动该反应器的搅拌机构和微波加热机构，搅拌速度设置为20转/分钟。在搅拌下以2.5℃/min的加热速度将I型聚磷酸铵、尿素和磷酸二氢氨的混合物料用微波加热至100℃，当到达100℃时，向微波管式炉反应器内通入气氨，气氨的通入量以维持反应过程中微波管式炉反应器内的氨分压在0.085Mpa为限；

(3)继续在搅拌下以3.0℃/min的加热速度将I型聚磷酸铵、尿素和磷酸二氢氨的混合物料用微波加热至170℃并在搅拌下于170℃保温2.5小时，保温时间届满后，继续在搅拌下以3.0℃/min的加热速度将I型聚磷酸铵、尿素和磷酸二氢氨的混合物料用微波加热至280℃并在搅拌下于280℃保温2.5小时，然后降温冷却反应产物，当反应产物的温度降至100℃时，关闭气氨，继续冷却至室温，即获结晶II型聚磷酸铵；

(4)将所获II型聚磷酸铵用第二粉碎筛分机5粉碎至所需粒径，然后用包装机6包装。

本方法所制备的结晶II型聚磷酸铵，用X射线衍射仪进行分析，纯度高于99％，采用核磁共振法分析，平均聚合度1127，采用热重法分析测量，热分解温度大于281℃。

报道二、

一种具有交联反应活性基团的聚磷酸铵的制备方法，步骤如下：

(1)硅溶胶包覆聚磷酸铵：将100g聚磷酸铵与400ml乙醇加入反应容器中混合混合搅拌分散，随后，将25g硅溶胶滴加至反应体系中，在20℃温度下，混合搅拌8h后，过滤、乙醇溶剂洗涤处理。

(2)硅烷偶联剂处理聚磷酸铵：将步骤(1)硅溶胶包覆后的100g聚磷酸铵与400ml乙醇加入反应容器中混合搅拌分散，随后，采用滴加的方式加入5g硅烷偶联剂KH-550对聚磷酸铵表面进行接枝改性，并同时滴加2.37g使用20ml乙醇分散的氨水水解硅烷偶联剂，在80℃下反应2h后，将混合液过滤，洗涤，烘干获得包覆后的聚磷酸铵。

报道三、

一种耐水性优良的密胺树脂包覆聚磷酸铵的制备方法，通过以下步骤实现：

步骤一、聚磷酸铵的前处理﹕按无水甲醇与十二烷基苯磺酸钠活性剂的质量比为25﹕1的比例，将无水甲醇与十二烷基苯磺酸钠活性剂混合均匀，得前处理溶液，将前处理溶液加入到具有加热搅拌功能的反应釜中；将聚磷酸铵加入前处理溶液中，在35～55℃的反应温度下，搅拌反应20分钟，得到前处理聚磷酸铵固液混合物，其中，聚磷酸铵的加入量为前处理溶液质量的50%；

步骤二、包覆处理液的制备﹕a、按照工业级三聚氰胺、37%（质量）甲醛溶液和水的质量比依次为1:2:45的比例，将三聚氰胺、甲醛溶液和水混合得混合液，调节混合液的pH值至8.5～9.0，然后在80℃的温度下，持续搅拌反应 60分钟，得到密胺树脂溶液；b、将a步骤得到的密胺树脂溶液冷却至40～65 ℃后，再向其中加入调理剂，保温搅拌反应30min，得包覆处理液；其中，调理剂的加入量为密胺树脂溶液中三聚氰胺质量的0.5%，调理剂由质量比依次为 1:2:2的尿素、聚乙烯醇和间苯二酚配制而成；

步骤三、按步骤一得到的前处理聚磷酸铵固液混合物与步骤二得到的包覆处理液的质量比为1﹕2.5的比例，将前处理聚磷酸铵固液混合物与包覆处理液混合均匀得混合液，再向混合液中加入包覆处理液质量10%引发剂（引发剂是 90%（质量分数）磷酸与乙醇按质量比1:1的混合物），得包覆体系，调节包覆体系的pH值至5.0～5.5，然后在70℃的温度下反应120分钟，得反应体系，再将反应体系抽滤得到湿物料，再将湿物料在110℃的温度下干燥60分钟，得到密胺树脂包覆聚磷酸铵，完成密胺树脂包覆聚磷酸铵的制备方法。