CN113321195B - 一种ⅰ型聚磷酸铵及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ⅰ型聚磷酸铵，其由特定范围的聚磷酸、磷酸一铵以及缩合剂制成，本发明还公开所述Ⅰ型聚磷酸铵的制备方法，其是在捏合机中采用聚磷酸、磷酸一铵在160～180℃下熔融、预聚合10‑20min，然后加入缩合剂后，在180～260℃下反应固化1～3h，最后冷却、粉碎。本发明的优点是：采用的聚合反应设备简单、安全，而且不用通氨气，在常压下就可以制备出的Ⅰ型聚磷酸铵聚合度为30～250。
Description
技术领域
本发明属于无机化工领域，具体涉及一种高纯的Ⅰ型聚磷酸铵及其制备方法。
背景技术
聚磷酸铵是一种含氮、磷量高的无机物，是一种高效无卤磷系阻燃剂，简称APP。聚磷酸铵不是纯净物，而是一类聚合度不同，结构相似的物质。根据聚合度的不同，可以大致分为短链APP和长链APP(n>20)。根据晶型的不同，APP具有五种晶型，即Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型和Ⅴ型。Ⅰ型聚磷酸铵，水溶解性好，聚合度低的聚磷酸铵可作为化肥使用，而高聚合度的聚磷酸铵可作为磷-氮膨胀型阻燃剂，其分解温度高，燃烧产生无毒无害的氨气和水蒸气，对环境污染小，热稳定性好，具有低烟、无卤素的优良性质，绿色环保，经济安全，因此，可以被用作高级防火涂料、灭火剂，以及纤维、木材和纸张的阻燃剂。
现有技术中，合成Ⅰ型APP的方法主要有以下几种：(1)磷酸和尿素聚合法，此法得到的Ⅰ型聚磷酸铵一般聚合度小，分解温度低，水溶解度高，不适合做阻燃剂。(2)磷酸二氢铵与尿素缩合法，此法受原料配比和反应温度的影响大，产品质量不稳定，难以达到行业的标准。
发明内容
本发明的第一目的在于针对以上所述现有技术存在的不足，提供一种高纯的Ⅰ型聚磷酸铵，具有杂质少，聚合度高的特点。
本发明的另一目的是提供所述Ⅰ型聚磷酸铵的制备方法，其是采用聚磷酸、磷酸一铵和缩合剂为原料，常压操作，且操作方法简单，反应条件容易控制。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种Ⅰ型聚磷酸铵，由以下质量份数组分制成:
聚磷酸 100份
磷酸一铵 15～20份
缩合剂 90～190份
所述聚磷酸是热法聚磷酸，纯度(以H3PO4计)质量百分数为105％～118％。
所述缩合剂为尿素或者尿素与三聚氰胺的混合物，其中，所述尿素与三聚氰胺的摩尔比为10:1～10:3。
一种Ⅰ型聚磷酸铵的制备方法，其包括步骤如下：
(1)聚磷酸与磷酸一铵混合均匀，升温至160～180℃，熔融预聚合15～20分钟；
(2)将步骤(1)所得熔融混合物降温至100～160℃，加入缩合剂，混合均匀，持续反应10-20分钟；
(3)将升温至180～260℃，继续反应1～3h。
优选的，所述Ⅰ型聚磷酸铵的制备方法，其包括步骤如下：
(1)在捏合机中加入上述质量份数的聚磷酸，在常温常压下，捏合机转速为21～45rpm的条件下加入上述计量的磷酸一铵，升温至160～180℃，熔融预聚合15～20分钟；
(2)将步骤(1)所得熔融混合物降温至100～160℃，加入上述计量的缩合剂，混合均匀，持续反应10-20分钟；
(3)将捏合机升温至180～260℃，继续反应1～3h，得到聚合度不同的聚磷酸铵；
(4)将步骤(3)产物冷却至室温后经破碎机粉碎即得到最后产品。
与现有技术相比，本发明具有下列优点和效果：
(1)本发明利用聚磷酸、磷酸一铵(磷酸二氢铵)、尿素和/或三聚氰胺为原料，采用常压间歇法工艺技术，能方便获得聚合度不同的Ⅰ型聚磷酸铵；采用的聚磷酸，不含游离水，减少对反应设备的腐蚀，而且，带入反应体系的杂质少，能得到高聚合度Ⅰ型聚磷酸铵；
(2)采用本发明所述方法，所获得的Ⅰ型聚磷酸铵的平均聚合度在30以上，优化的条件下，可使结晶Ⅰ型聚磷酸铵的平均聚合度达到250以上。
(3)本发明所述方法采用的反应器为捏合机，设备简单、安全，而且不用通氨气，绿色环保，操作简单。
附图说明
图1为本发明一种Ⅰ型聚磷酸铵的XRD图；
图2为本发明一种Ⅰ型聚磷酸铵的红外谱图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1
一种Ⅰ型聚磷酸铵，由以下质量份数组分制成:
聚磷酸 100份
磷酸一铵 15份
缩合剂 90份；
制备方法包括的步骤如下：
(1)在捏合机中加入100份的105％的热法聚磷酸，在常温常压下，捏合机转速为21rpm的条件下加入15份的磷酸一铵，升温至160℃，熔融预聚合15分钟；
(2)将步骤(1)所得熔融混合物降温至120℃，加入90份的尿素，混合均匀，持续反应15分钟；
(3)将捏合机升温至240℃，继续反应1.5h，得到聚合度为44的聚磷酸铵；
(4)将步骤(3)产物冷却至室温后经破碎机粉碎即得到最后产品。
实施例2
一种Ⅰ型聚磷酸铵，由以下质量份数组分制成:
聚磷酸 100份
磷酸一铵 17份
缩合剂 112份；
制备方法包括的步骤：
(1)在捏合机中加入100份的108％热法聚磷酸，在常温常压下，捏合机转速为35rpm的条件下加入17份的磷酸一铵，升温至160℃，熔融预聚合15分钟；
(2)将步骤(1)所得熔融混合物降温至140℃，加入110份的尿素，2份的三聚氰胺，混合均匀，持续反应15分钟；
(3)将捏合机升温至260℃，继续反应3h，得到聚合度为233的聚磷酸铵；
(4)将步骤(3)产物冷却至室温后经破碎机粉碎即得到最后产品。
实施例3
一种Ⅰ型聚磷酸铵，由以下质量份数组分制成:
115％热法聚磷酸 100份
磷酸一铵 18份
缩合剂 160份；
制备方法包括的步骤如下：
(1)在捏合机中加入100份的115％聚磷酸，在常温常压下，捏合机转速为37rpm的条件下加入18份的磷酸一铵，升温至180℃，熔融预聚合20分钟；
(2)将步骤(1)所得熔融混合物降温至120℃，加入160份的尿素，混合均匀，持续反应18分钟；
(3)将捏合机升温至180℃，继续反应1h，得到聚合度为38的聚磷酸铵；
(4)将步骤(3)产物冷却至室温后经破碎机粉碎即得到最后产品。
实施例4
一种Ⅰ型聚磷酸铵，由以下质量份数组分制成:
118％热法聚磷酸 100份
磷酸一铵 20份
缩合剂 164份；
制备方法包括的步骤如下：
(1)在捏合机中加入100份的118％聚磷酸，在常温常压下，捏合机转速为45rpm的条件下加入20份的磷酸一铵，升温至160℃，熔融预聚合20分钟；
(2)将步骤(1)所得熔融混合物降温至120℃，加入160份的尿素，4份三聚氰胺混合均匀，持续反应18分钟；
(3)将捏合机升温至250℃，继续反应3h，得到聚合度为217的聚磷酸铵；
(4)将步骤(3)产物冷却至室温后经破碎机粉碎即得到最后产品。
实施例5
一种Ⅰ型聚磷酸铵，由以下质量份数组分制成:
105％热法聚磷酸 100份
磷酸一铵 18份
缩合剂 142份；
制备方法包括的步骤如下：
(1)在捏合机中加入100份的105％聚磷酸，在常温常压下，捏合机转速为37rpm的条件下加入18份的磷酸一铵，升温至180℃，熔融预聚合15分钟；
(2)将步骤(1)所得熔融混合物降温至160℃，加入140份的尿素，2份三聚氰胺混合均匀，持续反应15分钟；
(3)将捏合机升温至260℃，继续反应2h，得到聚合度为248的聚磷酸铵；
(4)将步骤(3)产物冷却至室温后经破碎机粉碎即得到最后产品。
如图1所示，本发明得到的Ⅰ型聚磷酸铵的XRD图与Ⅰ型聚磷酸铵标准卡片JCPDSPDF#450002对比高度一致，表明本发明合成的Ⅰ-型聚磷酸铵就是Ⅰ型聚磷酸铵。如图2所示，根据其中红外谱图特征吸收峰，其与Ⅰ型聚磷酸铵的红外谱图一致，可以判断所得的产物是Ⅰ型聚磷酸铵。
以上实施例仅为本发明的部分实施例，实施例并非用来限制本发明保护的范围，凡是利用本发明的内容所做的均等变化，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (5)
1.一种Ⅰ型聚磷酸铵，其特征在于，由以下质量份数组分制成:
聚磷酸 100份
磷酸一铵 15～20份
缩合剂 90～190份
所述缩合剂为尿素与三聚氰胺按摩尔比为10:1～10:3的混合物；
制备方法包括步骤如下：
（1）聚磷酸与磷酸一铵混合均匀，升温至160～180℃，熔融预聚合15～20分钟；
（2）将步骤（1）所得熔融混合物降温至100～160℃，加入缩合剂，混合均匀，持续反应10-20分钟；
（3）升温至180～260℃，继续反应1～3h。
2.根据权利要求1所述的一种Ⅰ型聚磷酸铵，其特征在于，所述聚磷酸是热法聚磷酸，纯度质量百分数为105%～118%。
3.根据权利要求1-2任一所述的一种Ⅰ型聚磷酸铵的制备方法，其特征在于，其包括步骤如下：
（1）聚磷酸与磷酸一铵混合均匀，升温至160～180℃，熔融预聚合15～20分钟；
（2）将步骤（1）所得熔融混合物降温至100～160℃，加入缩合剂，混合均匀，持续反应10-20分钟；
（3）升温至180～260℃，继续反应1～3h。
4.根据权利要求3所述的一种Ⅰ型聚磷酸铵的制备方法，其特征在于，所述（1）步骤中，在捏合机中加入聚磷酸，捏合机转速为21～45rpm的条件下加入磷酸一铵，升温至160～180℃，熔融预聚合15～20分钟。
5.根据权利要求4所述的一种Ⅰ型聚磷酸铵的制备方法，其特征在于，将步骤（3）产物冷却至室温后经破碎机粉碎。
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| GR01 | Patent grant | ||
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