CN101519197A - 高聚合度ⅰ型聚磷酸铵的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高聚合度I型聚磷酸铵的生产方法。该法以磷酸脲、磷酸二氢铵和尿素为原料，在氨气气氛下经混合、熔融、发泡、缩聚反应，其中磷酸脲、磷酸二氢铵与尿素按摩尔比为1∶(0～5.5)∶(0.2～8.0)，反应温度为200℃～320℃，反应压力为0.06～0.12MPa，反应时间为60～150分钟，将反应产物粉碎制得高聚合度I型聚磷酸铵，含氨尾气予以回收。该法操作简单，容易实施，产品聚合度高，有利于产业化推广。
Description
技术领域：
本发明涉及无机磷系阻燃剂聚磷酸铵的生产方法，特别是以磷酸脲、磷酸二氢铵和尿素为原料的高聚合度I型聚磷酸铵的生产方法。
背景技术：
聚磷酸铵(ammonium polyphosphate，缩写符号为APP)是一种性质优良的阻燃剂。其含磷量和含氮量都很高，因而具有高阻燃效能，热稳定性好，在水中溶解度不大，产品近于中性，燃烧时不产生含氯和溴等有毒有害气体，属于无卤、低烟、低毒的环保型阻燃剂。
一直以来，I型聚磷酸铵的生产主要是采用85％热法磷酸与尿素进行缩聚反应来制得，但热法磷酸含有大量的游离水，水的存在使聚磷酸铵的聚合度难以提高，一般聚合度在30左右。目前我国四川、浙江、山东等地的聚磷酸铵生产厂家一直采用该法进行生产，生产规模小、生产成本高、产品档次低，同时由于热法磷酸存在的高能耗、高污染使产品缺乏竞争力。
另外，国内外还有很多报道是以磷酸二氢铵和尿素为原料制备聚磷酸铵。比如：美国专利US3397035；聚磷酸铵，国内发表的名称为聚磷酸铵合成工艺条件研究，载于无机盐工业，2006年第3期上。但它们存在的主要问题是要么产品聚合度较低，要么产品颜色发黄，不易达到标准和客户的要求，同时该法在生产过程中物料要牢牢地粘在反应器壁上，致使卸料困难，甚至是无法卸料，这也是该法至今尚未实现产业化的主要原因之一。
此外，中国专利ZL200410079634.7公开了一种聚磷酸铵的生产方法，采用聚磷酸为原料，并加入缩合剂来制备高纯度聚磷酸铵。由于聚磷酸一般是以黄磷为原料制得，必然存在高成本、高能耗、高污染的问题。另外，该法在反应过程中放热较大，反应体系的黏度大，热量移除困难，同时该法对温度和压力的要求较高，反应条件较为苛刻，生产控制困难，不利于产业化推广。
发明内容：
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷，发明人经过大量的实验研究提出了一种新的高聚合度I型聚磷酸铵的生产方法，该法工艺简单，生产容易控制，有利于产业化推广。
本发明是通过以下技术方案实现的：
将磷酸脲、磷酸二氢铵、尿素投入到反应釜中，在氨气气氛下经混合、熔融、发泡、缩聚反应，其中磷酸脲、磷酸二氢铵与尿素按摩尔比为1：(0～5.5)：(0.2～8.0)，反应温度为200℃～320℃，反应压力为0.06～0.12MPa，反应时间为60～150分钟，将反应产物粉碎制得高聚合度I型聚磷酸铵，含氨尾气予以回收，如采用磷酸进行吸收，制得磷酸二氢铵；或经处理后返回反应釜作为氨气气源。
上述磷酸脲与磷酸二氢铵可以湿法磷酸净化制取，具有更大的成本优势。
本发明所称的高聚合度I型聚磷酸铵是指平均聚合度为50～350的I型聚磷酸铵。
本发明与现有技术相比，其优点在于：
(1)以磷酸脲和磷酸二氢铵为原料，克服了使用聚磷酸存在的高成本、高能耗、高污染问题。
(2)生产的聚磷酸铵质量好，平均聚合度可以达到50～350，且产品颜色洁白。
(3)反应温度较低，操作压力较低，卸料较容易，生产过程容易控制。
(4)含氨尾气用磷酸进行吸收，制得磷酸二氢铵，实现了尾气的有效利用。
具体实施方式：
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但并不局限于实施例。
实施例1：
磷酸脲1000.0g、尿素113.9g，加入到反应釜中，进行通氨、混合，物料经熔融、发泡、缩聚反应，反应温度为220℃，反应压力为0.06MPa，反应时间为80分钟，反应结束后将所得产物粉碎制得I型聚磷酸铵，产品平均聚合度为56，含氨尾气用40％P2O5的湿法磷酸进行吸收，制得磷酸二氢铵。
实施例2：
磷酸脲1000.0g、尿素113.9g，加入到反应釜中，进行通氨、混合，物料经熔融、发泡、缩聚反应，反应温度为280℃，反应压力为0.1MPa，反应时间为150分钟，反应结束后将所得产物粉碎制得I型聚磷酸铵，产品平均聚合度为145，含氨尾气用25％P2O5的湿法净化磷酸进行吸收，制得磷酸二氢铵。
实施例3：
磷酸脲900.0g、磷酸二氢铵100.0g、尿素159.9g，加入到反应釜中，进行通氨、混合，物料经熔融、发泡、缩聚反应，反应温度为260℃，反应压力为0.07MPa，反应时间为140分钟，反应结束后将所得产物粉碎制得I型聚磷酸铵，产品平均聚合度为109，含氨尾气经固体氢氧化钠处理后，返回反应釜作为氨气气源。
实施例4：
磷酸脲800.0g、磷酸二氢铵200.0g、尿素205.9g，加入到反应釜中，进行通氨、混合，物料经熔融、发泡、缩聚反应，反应温度为240℃，反应压力为0.12MPa，反应时间为100分钟，反应结束后将所得产物粉碎制得I型聚磷酸铵，产品平均聚合度为78，含氨尾气用25％P2O5的湿法磷酸进行吸收，制得磷酸二氢铵。
实施例5：
磷酸脲700.0g、磷酸二氢铵300.0g、尿素251.9g，加入到反应釜中，进行通氨、混合，物料经熔融、发泡、缩聚反应，反应温度为280℃，反应压力为0.1MPa，反应时间为120分钟，反应结束后将所得产物粉碎制得I型聚磷酸铵，产品平均聚合度为265，含氨尾气用40％P2O5的湿法净化磷酸进行吸收，制得磷酸二氢铵。
实施例6：
磷酸脲600.0g、磷酸二氢铵400.0g、尿素298.0g，加入到反应釜中，进行通氨、混合，物料经熔融、发泡、缩聚反应，反应温度为200℃，反应压力为0.08MPa，反应时间为120分钟，反应结束后将所得产物粉碎制得I型聚磷酸铵，产品平均聚合度为67，含氨尾气经生石灰处理后，返回反应釜作为氨气气源。
实施例7：
磷酸脲500.0g、磷酸二氢铵500.0g、尿素344.0g，加入到反应釜中，进行通氨、混合，物料经熔融、发泡、缩聚反应，反应温度为300℃，反应压力为0.09MPa，反应时间为100分钟，反应结束后将所得产物粉碎制得I型聚磷酸铵，产品平均聚合度为190，含氨尾气用40％P2O5的湿法净化磷酸进行吸收，制得磷酸二氢铵。
实施例8：
磷酸脲400.0g、磷酸二氢铵600.0g、尿素389.9g，加入到反应釜中，进行通氨、混合，物料经熔融、发泡、缩聚反应，反应温度为320℃，反应压力为0.11MPa，反应时间为60分钟，反应结束后将所得产物粉碎制得I型聚磷酸铵，产品平均聚合度为125，含氨尾气经碱石灰处理后，返回反应釜作为氨气气源。
实施例9：
磷酸脲300.0g、磷酸二氢铵700.0g、尿素435.9g，加入到反应釜中，进行通氨、混合，物料经熔融、发泡、缩聚反应，反应温度为290℃，反应压力为0.1MPa，反应时间为120分钟，反应结束后将所得产物粉碎制得I型聚磷酸铵，产品平均聚合度为340，含氨尾气用40％P2O5的湿法净化磷酸进行吸收，制得磷酸二氢铵。
实施例10：
磷酸脲200.0g、磷酸二氢铵800.0g、尿素523.7g，加入到反应釜中，进行通氨、混合，物料经熔融、发泡、缩聚反应，反应温度为280℃，反应压力为0.09MPa，反应时间为100分钟，反应结束后将所得产物粉碎制得I型聚磷酸铵，产品平均聚合度为220，含氨尾气用40％P2O5的湿法磷酸进行吸收，制得磷酸二氢铵。
Claims (2)
1、高聚合度I型聚磷酸铵的生产方法，其特征在于将磷酸脲、磷酸二氢铵、尿素投入到反应釜中，在氨气气氛下经混合、熔融、发泡、缩聚反应，其中磷酸脲、磷酸二氢铵与尿素按摩尔比为1：(0～5.5)：(0.2～8.0)，反应温度为200℃～320℃，反应压力为0.06～0.12MPa，反应时间为60～150分钟，将反应产物粉碎制得高聚合度I型聚磷酸铵，含氨尾气予以回收。
2、根据权利要求1所述的高聚合度I型聚磷酸铵的生产方法，其特征在于含氨尾气用磷酸进行吸收，制得磷酸二氢铵。
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