水溶性聚磷酸铵

目前国内外比较常用的水溶性聚磷酸铵的合成方法主要有氨气聚合法和尿素缩合法。其中氨气聚合法包括：磷酸氨化法、聚磷酸氨化法和磷酸铵盐-五氧化二磷-氨气聚合法；尿素缩合法括：磷酸尿素缩合法、磷酸铵盐尿素缩合法和磷酸脲法。
1. 氨气聚合法
1）磷酸氨化法：磷酸氨化法采用磷酸为原料，与无水氨按照一定的比例混合，聚合之后，经固化、冷却得到产品。以湿法磷酸与无水氨为原料，在加管式反应器内，加热至300 ℃，充分接触 5～60s，制得的产品聚磷酸铵质量分数为 60％～90％，并且溶解度较高。 该反应利用加长管式反应器来增加其氨化程度，加长管式反应器局部冷却可得到不黏易碎的固体产品，并且未反应的氨气能够得到循环利用。磷酸氨化法生产的水溶性聚磷酸铵能用于制作干粉灭火剂、液体肥料及其他配制剂等，具有实现低成本大规模连续化生产的应用前景，但是由于产品的运输条件要求高，得到的产品会溶解少量氨气和不溶性聚磷酸铵，产品的聚合度不稳定，想要进一步扩展应用还要继续在提纯和浓缩上进行工艺改进。另外，中国湿法磷酸的工艺尚有不足，制得的产品所含杂质较高，杂质在反应过程中易形成沉淀或使容器表面结垢，使反应物难以聚合，不利于反应的进行。因此，目前在中国利用湿法磷酸氨化制水溶性聚磷酸铵的方法实施起来尚存在困难。
2）聚磷酸氨化法：聚磷酸一般含 75%～85%的 P2O5。 聚磷酸与气态氨按一定的比例加入，在高温高压下进行聚合反应，制取聚磷酸铵产品。 聚磷酸和无水氨分别经管道进入反应器，搅拌使聚磷酸与无水氨充分混合，进行聚合反应，产物经固化、冷却、粉碎即得产品，所得产品聚合度小于 10，可用于制作灭火剂和液体肥料。 反应过程中，产物的组成受温度、压力、反应时间和搅拌速度的影，由于聚磷酸氨化放热，反应器内部需安装冷却管进行冷却，但温度不能过低，以防止产物粘在冷却管壁上。 反应器内氨分压随着搅拌速度的加快而增加，氨分压增大，有利于反应进行，氨化程度也相应增大。随后对该工艺再次进行优化，采用聚磷酸为原料 ， 其他条件相同 ，得到的熔融态的产物，静置冷却后，溶解、过滤、干燥得成品，滤液副产物可作为液体肥料。 1. 作为肥料使用
聚磷酸铵含有农作物生长所需的氮、磷2种元素，其N质量分数为14.6%～22.8%、P2O5质量分数为57.7%～ 73.2%，是一种高浓度含氮、磷肥料。低聚合度聚磷酸铵由于水溶性好，养分易于被作物吸收利用，常制成农用固体肥料和液体肥料形式，作为高浓度肥料使用。聚磷酸铵不能被植物直接吸收，而是在土壤中缓慢水解成正磷酸盐后，才能被植物吸收，水解速率随温度和时间的增加而增加。国外常见的聚磷酸铵肥料是液体浓缩物形式肥料，如牌号CL- 10- 34- 0，CL- 8- 24- 0等。在聚磷酸铵生产工艺中，熔融态产品固化前加水冷却过滤，低聚合度的滤液可用作液体肥料，其具有氮磷含量高、pH近乎中性、盐析温度低、对一些金属离子有螯合作用等特点，可以作为基肥添加一些微量元素提高肥效。研究发现，施于土壤表面的聚磷酸铵液体肥料，经过一段时间后有效磷向土壤深层迁移，最大深度可达15cm。通过对比重钙(TSP)、磷酸二铵(DAP)、硝酸磷肥(NP)、固体聚磷酸铵和液体聚磷酸铵等肥料的小麦肥效试验，表明施用固体聚磷酸铵的小麦产量高于磷酸二铵和硝酸磷肥。R.Holloway等[15]在谷物肥效试验中发现，液态聚磷酸铵优于其他颗粒固体肥料，第一年施用前者比后者使谷物增产14%，第二年残留肥效比后者使谷物增产15%。
2.作为灭火剂和阻燃剂使用
聚磷酸铵分解温度大于250℃，具有较高的热稳定性，因此也常作为灭火剂和阻燃剂使用。可以配制成溶液或干粉型灭火剂，还可用于膨胀型防火涂料、膨胀型阻燃体系等。在20世纪60-70年代，美国和加拿大等国家采用液体浓缩肥料来扑救森林火灾。Chemonics工业公司以液体浓缩肥料为基础，配制成森林灭火剂Fir-Trol- 931，Fir-Trol- 934及Fir-Trol- 936等。液体浓缩肥料冰点低，对植物、木材和建筑物有强的黏附能力，对地表有很好的表面覆盖作用，用量少，环境友好。采用聚合度大于50的聚磷酸铵作为干粉灭火剂，其灭火效能和覆盖能力均优于通用干粉灭火剂。但是，聚磷酸铵作为灭火剂并没有被推广，成本太高是一个主要原因。
此外，聚磷酸铵在纤维素基质材料、共聚物和离子传导等方面也有一定应用。