DE1944716C3 - Ammoniumpolyphosphat, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung in einer Detergentienmasse - Google Patents
Ammoniumpolyphosphat, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung in einer DetergentienmasseInfo
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Description
gegebenenfalls zusammen mit Einheiten der Formeln
oder
Il
—P-NH-
I
o—
Il
— ρ— ο-Ι
NH1
15
enthüll, dadurch gekennzeichnet, daß
in den Ketten Nichtphosphateinheiten der Formeln
Il
— s — ο —
Il
ο
oder
ο-Ι
B-O --
O
-S O
-S O
PO
O
.15
40
einverleibt sind, wobei das molare Verhältnis von Phosphateinheiten zu Nichtphosphateinheiten 1 :1
bis 100: 1 beträgt.
2. Verfahren zur Herstellung des Ammoniumpolyphosphats nach Anspruch 1, wobei Harnstoff und
Phosphorsäure bzw. kondensierte Phosphorsäure miteinander erhitzt werden, bis eine sich selbst
unterhaltende exotherme Kondensationsreaktion eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß im Reaktionsgemisch Schwefelsäure, Sulfate, schwefelige Säure,
Sulfite, phosphorige Säure, Phosphite, Borsäure, Boroxyd, Borate, Sulfaminsäure, Sulfamate oder
Organophosphorsäuren oder Salze hiervon vorhanden sind.
3. Verwendung des Ammoniumpolyphosphats nach Anspruch 1 als Sequestriermittel.
45
fto
Es ist bekannt, komplexe Polyphosphatsalze durch exotherme Umsetzung von Organostickstoffverbindungen,
üblicherweise Harnstoff oder Thioharnstoff, mit einer Phosphorsäure oder Polyphosphorsäure herzustellen,
wozu z. B. auf Kogyo Kagaku Zasshi, 1963,66 (5),
586, und die britische Patentschrift 10 74 243 verwiesen wird.
Üblicherweise wird das Produkt der vorstehenden Umsetzung als Ammoniumpolyphosphat bezeichnet.
Der Ausdruck »Ammoniumpolyphosphat« wird hier zur Bezeichnung des Umsetzungsproduktes einer Organostickstoffverbindung
mit Phosphorsäuren oder Polyphosphorsäuren oder P2O3 bei erhöhten Temperaturen
verwendet, obwohl mindestens ein Teil des Stickstoffes in anderen gebundenen Formen als (NH.))+ vorliegen
kann, beispielsweise als Gruppierungen P—NH2 oder P-NH-P. In gleicher Weise umfaßt der Ausdruck
»Ammonium« auch Stickstoff in anderen derartigen gebundenen Formen, wie sie in den vorstehend
aufgeführten Ammoniumpolyphosphaten vorliegen können. »Phosphateinheiten« umfassen hier Gruppierungen
der Formel
Il
— ρ—ο-Ι
ο—
und auch Gruppierungen, wie
O
O
25
.1° -P-NH-
I
o—
Il
— ρ—ο-Ι
NH,
Mit »Polyphosphat« werden hier sämtliche Verbindungen oder Gemische bezeichnet, die im wesentlichen
aus Ketten mit durchschnittlich mehr als zwei Phosphateinheilen entsprechend dem Formelbruchstück
Il
— ρ- ο-
mit möglicherweise einem kleineren Anteil an Einheiten
-P-NH-
I
ο
55
— P—O
NH2
bestehen.
bestehen.
Die Wasserlöslichkeit von Ammoniumpolyphosphaten nimmt ab, wenn der P2Os-Gehalt zunimmt, was einer
zunehmenden Durchschnittslänge der Polyphosphatketten entspricht. Diese verringerte Löslichkeit ist ein
Nachteil bei zahlreichen möglichen Anwendungen. Es wurde nun eine Klasse von modifizierten Ammoniumpolyphosphaten
gefunden, die eine verbesserte Löslichkeit zusammen mit den gewünschten Eigenschaften als
Sequestriermittel, Schwellen- und Dispersionsaktivität
und Feuerhemmung zeigen. Weiterhin können bestimmte der vorliegenden modifizierten Ammoniumpolyphosphate
erhitzt werden und ergeben unlösliche feuerhemmende Mittel mit verbesserter Beibehaltung
des Ammoniaks im Vergleich zu den bisherigen als Feuerhemmungsmittel dienenden Ammoniumpolyphosphat«!.
Das erfindungsgemäße Ammoniumpolyphosphat, das
Ketten mit mehr als zwei Phosphateinheiten der Formel
Il
— ρ—ο-Ι
ο—
gegebenenfalls zusammen mit Einheiten der Formeln O
— Ρ —NH-
Ο—
O
Il
— ρ—ο—
NH2
enthält, ist dadurch gekennzeichnet, daß in den Ketten
die Nichtphosphateinheiten der Formeln
O—
O |
Ο
ι |
H
ι |
s —0— | — Β —0 — |
I
ρ Il |
ü |
Il
O |
— S—Ο —
einverleibt sind, wobei das molare Verhältnis von Phosphateinheiten zu Nichtphosphateinheiten 1:1 bis
100:1 beträgt.
Der bevorzugte Anteil von Phosphateinheiten zu Nichtphosphateinheiten beträgt 1 :1 bis 20 :1.
Die modifizierten Salze gemäß der Erfindung enthalten bevorzugt 40 bis 70 Gew.-% P2O5. Bevorzugt
ist das Atomverhältnis von Stickstoff zu Phosphor zwischen 13:1 und 2,5:1, beispielsweise zwischen
1,6:1 und 2,0:1.
Zusammenfassend können die bevorzugten Verbindungen gemäß der Erfindung durch die folgende Formel
wiedergegeben werden:
, ■ (H2O)1,
worin M Natrium, Kalium oder Calcium, X die Gruppen SO3, SO2 oder PO2, vdie Wertigkeit von M und h, m, n,p,
q, b, χ und y sämtlich Zahlen von 0 bis 20 bedeuten, so daß p>2, (h+m+n) = (p+q+B + 2), n>
m, (p+q)/ (b+x) eine Zahl von 1 bis 20 und (m+n)>h sind.
Bevorzugt liegt der Wert für (n + q)/(p + q) zwischen 1,3 und 2,5. In der Praxis sind die erfindungsgemäßen
Produkte üblicherweise Gemische von Verbindungen der vorstehenden Formel, bisweilen zusammen mit
kleineren Anteilen an NH4, M(OH)v und/oder Spuren
von Sulfaten, Boraten, Orthophosphaten und/oder Pyrophosphaten als Verunreinigungen. Die erfindungsgemäßen
Produkte können auch kleinere Anteile von Ringverbindungen enthalten, die die vorstehende
Formel haben, ausgenommen, daß
(h+ir+n+2r) = (p+q+b+2),wor'm rdie Anzahl der
vollständigen Ringe je Molekül angibt
ίο Es können zwei spezielle Arten der Zusammensetzung
unterschieden werden. Bei der ersten Art beträgt (p+q)/(b+x) 20 bis 4, beispielsweise 8. Derartige
Verbindungen finden besondere Bedeutung als Sequestriermittel, Dispergiermittel, Korrosionshemmstoffe
und zur Schwellenbehandlung zur Hemmung der Zunder- oder Ablagerungsbildung. Die zweite Art der
Verbindungen hat einen Wert von (p+q)/(b+x) zwischen 4 und 1 und ist von besonderer Bedeutung in
flüssigen Düngemitteln und in Feuerlöschflüssigkeiten.
Besonders bevorzugt wird die Verwendung von modifizierten Ammoniumpolyphosphaten gemäß der
Erfindung in Verbindung mit Harnstoff zur Herstellung von flüssigen Düngemitteln. Die Kombination verbessert
synergistisch die Konzentration der Düngemittelbestandteile, die in der Flüssigkeit erhalten werden
kann. Ammoniumpolyphosphate, die gemäß der Erfindung durch Einverleibung von Phosphiteinheiten
modifiziert wurden, sind von besonderer Bedeutung als Antioxydationsmittel für Kautschuke und zur Behandlung
von Boilerwasser. Die Einverleibung von Sulfit, Phosphit- oder Borateinheiten hat den weiteren Vorteil,
daß sich diese Gruppen als wirksam zur Verringerung der Bildung von Cyanursäure erwiesen, welche üblicherweise
als unerwünschtes Nebenprodukt gebildet wird, wenn Harnstoff mit Polyphosphorsäuren umgesetzt
wird.
Im allgemeinen wird es bevorzugt, lediglich eine Art einer modifizierenden Einheit in ein gegebenes Produkt
einzuverleiben. Gemische von miteinander verträglichen modifizierenden Einheiten können jedoch bisweilen
vorteilhaft sein. Im allgemeinen wurde gefunden, daß sich Sulfit nicht leicht mit Phosphit verträgt, und
diese beiden modifizierenden Einheiten werden bevorzugt nicht zusammen verwendet.
Andere Verwendungen der neuen Ammoniumpolyphosphate umfassen den Ersatz von Kaliumpyrophosphat
in flüssigen schwer beanspruchten Detergenzien einschließlich Wachsreinigungspolituren und als Detergenziengrundkörper.
Die vorstehenden Verwendungen der modifizierten Ammoniumpolyphosphate sind weitere
Gegenstände der vorliegenden Erfindung.
Die wasserlöslichen Ammoniumpolyphosphate gemäß der Erfindung können durch Wärme gehärtet
werden und ergeben relativ unlösliche Ammoniumpolyphosphate, die von Bedeutung als Feuerhemmungsmittel
in Emulsionsanstrichen und pulverförmigen Feuerlöschmitteln sind. Der Ammoniumgehalt derartiger
Feuerschutzmittel ist eine wesentliche Eigenschaft. Es wurde festgestellt, daß, wenn lösliche Ammoniumpolyphosphate
gemäß der Erfindung wärmegehärtet werden, sie weniger Ammoniak verlieren, als dies bei den
nichtmodifizierten Polyphosphaten des Standes der Technik der Fall ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Ammoniumpolyphosphats, wobei
Harnstoff und Phosphorsäure bzw. kondensierte PoIyphosphorsäure miteinander erhitzt werden, bis eine sich
selbst unterhaltende exotherme Kondensationsreaktion
15
eintritt, und ist dadurch gekennzeichnet, daß im
Reaktionsgemisch Schwefelsäure, Sulfate, schwefelige Säure, Sulfite, phosphorige Säure, Phosphite, Borsäure,
Boroxyd, Borate, Sulfaminsäure, Sulfamate oder Organophosphorsäuren oder Salze hiervon vorhanden sind.
Normalerweise läßt man die Temperatur des Gemisches von 60 bis mindestens 100° C unter Rühren
ansteigen, um ein ausreichendes Vermischen sicherzustellen und eine örtliche Überhitzung zu vermeiden.
Dann wird Wärme angewandt, um die Temperatur auf 135 bis 160° C zu erhöhen, wo eine exotherme Reaktion
stattfindet Infolge dieser exothermen Reaktion steigt die Temperatur auf etwa 200° C, und die Produkte liegen
praktisch in Form eines Schaumes vor. Bevorzugt wird Harnstoff in einem Molverhältnis von 1,3 :1 bis 3 :1 und
der Bestandteil der Nichtphosphate in einem Molverhältnis von 2 :1 bis 10 :1, bezogen auf das P2Os-Molverhältnis, angewandt, gegebenenfalls wird Alkali-
und/oder Erdalkalioxyd oder -hydroxyd in einem kleineren Anteil, bezogen auf Harnstoff, angewandt
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Umsetzung in
einem offenen Reaktionsgefäß anstoßend an einen Sammelboden oder ein Sammelgefäß durchgeführt. Die
Bestandteile des Reaktionsgemisches werden dem Gefäß in beliebiger Reihenfolge unter Rühren zugesetzt Die Temperatur wird unterhalb von 130°C
während des Anfangszeitraumes entweder durch Regelung der Zugabegeschwindigkeit oder durch
Kühlen gehalten und wird dann erhöht oder der Steigerung auf einen Wert von oberhalb 135 bis 140°
überlassen, bis die exotherme Reaktion beginnt, und das Reaktionsgemisch wird zum Ausschäumen aus dem
Gefäß auf den Sammelboden oder in das Sammelgefäß gebracht Das feste, zerreibbare geschäumte Produkt
wird leicht aus dem Sammelboden gewonnen und läßt sich leicht brechen und verpacken. Dieses Verfahren
stellt ein sehr einfaches und günstiges Verfahren zur Herstellung des Produktes mit einer Ausrüstung von
ungewöhnlich niedrigen Kapitalkosten dar.
Der bevorzugte Nichtphosphatbestandteil besteht aus Borsäure. Ammoniumsulfat, Natriumphosphit, Natriumsulfit oder Schwefelsäure sind ebenfalls für
spezielle Zwecke günstig. Die Umsetzung kann durch Verwendung von Harnstoffphosphat anstelle mindestens eines Teils des Harnstoffes und der Phosphorsäure
modifiziert werden. Das Produkt kann bei Temperaturen zwischen 150 und 250° C, beispielsweise 180 bis
210° C, wärmegehärtet werden und ergibt ein relativ unlösliches Feuerhemmungsmittel.
40
45
Metallionen in der Lösung und war gegenüber Hydrolyse stabil.
In einer Menge von 10 Gew.-% zusammen mit 10 Gew.-% Kaliumxylolsulfonat und 5 Gew.-% Kokosnußdiäthanolamid sowie Ammoniak zu einem pH-Wert von
10 bis 10,5, Rest Wasser, wurde ein hervorragendes flüssiges Detergens erhalten.
Wie in Beispiel 1 wurde ein Gemisch hergestellt und zusätzlich 72 g wasserfreies Natriumsulfit einverleibt
Beim Erhitzen wurde ein Produkt mit einer Löslichkeit von 120 g/100 ml Wasser erhalten. Das Produkt wurde
getrocknet, es war bei der Lagerung noch stabiler als das Produkt nach Beispiel 1, trotz seiner erhöhten
Löslichkeit Dieses verbesserte Produkt hatte ähnliche Anwendungen wie das Produkt nach Beispiel 1,
insbesondere wo eine maximale Löslichkeit erforderlich ist, und ist zur Einverleibung in flüssige Düngemittelansätze geeignet.
Ein solcher flüssiger Düngemittelansatz wurde durch Auflösen der folgenden Bestandteile in der angegebenen Reihenfolge hergestellt:
100 ml Wasser,
25 g Kaliumchlorid,
100 g Harnstoff, eingestellt auf pH 7 mit Ammoniaklösung,
200 g des Produktes nach Beispiel 2.
Die Flüssigkeit war klar, stabil und hatte ein NKP-Verhältnis von 18 : 23 :2,4.
Ein Gemisch aus 355 g Harnstoff und 160 g Ammoniumsulfatpulver wurde langsam zu 510 g warmer Phosphorsäure (82 Gew.-%/Gewicht P2O5) zugegeben. Das Gemisch wurde wie in Beispiel 1 erhitzt und ein
festes trockenes Produkt erhalten. Dieses Material wurde grob gebrochen, für 16 Stunden auf 200° C erhitzt
und schließlich zu ehern feinen Pulver gemahlen.
Dieses Produkt war praktisch unlöslich und hatte ein
ammoniakalisches Verhältnis N/P von 135 :1 und war
zur Einverleibung in sich aufblähende Anstrichansätze geeignet.
Ein solcher Anstrich wurde nach folgendem Ansatz hergestellt:
355 Gewichtsteile Harnstoff wurden zu einem Gemisch aus 500 Teilen Tetraphosphorsäure und 92
Teilen Borsäure unter Rühren zugesetzt. Durch die freiwerdende Neutralisationswärme stieg die Temperatur des Produktes auf 105° C. Das Gemisch wurde
weiterhin auf 135°C erhitzt, worauf eine exotherme Reaktion stattfand und ein Trockenschaum von
Ammoniumborsphosphat gebildet wurde. Der Schaum hatte eine einheitliche Zusammensetzung und ließ sich
leicht brechen und zur Lagerung verpacken.
Der Schaum war gemäß der Röntgenbeugungsuntersuchung amorph, während die entsprechenden Ammoniumpolyphosphate kristallin sind, und äußerst leicht in
Wasser löslich. 55 g lösten sich in 50 g Wasser von 20° C. Das Produkt hatte eine Sequestrierwirkung auf
55
60
Wasser
10 g 22 g >2g 56g 40 g
Es wurde 2 Stunden auf der Kugelmühle vermählen und dann 5 g Edifos B (5%ige Lösung) zugesetzt und
anschließend 42 g Vinamul N9714 zugegeben.
Ein zu allgemeinen Zwecken dienendes Feuerlöschpulver, das für Brände der Klassen A, B und C geeignet
ist, wurde nach folgendem Ansatz hergestellt:
Produkt nach Beispiel 3 | 91 Teile |
Fein zerteilte | |
Kieselsäure | 8 Teile |
Siliconflüssigkeit | |
MS 1107 | 1 Teil |
Das Produkt wurde gemahlen, bis mindestens 80% durch ein Sieb mit einer Sieböffnung von 53 μπι gingen.
7 8
. . Löslichkeit von 15 g/100 ml Wasser (200C) bzw
Beispiel 4 25 g/100 ml Wasser (450C) gebrochen und dabei ei
1066 g Harnstoff wurden mit 132 g NaHjPOiS HjO Produkt mit einer überlegenen Sequestrierkraft gegen
vermischt und das Gemisch langsam zu 1400 g über derjenigen von Natriumtripolyphosphat erhalter
Tetraphosphorsaure zugesetzt. Nach einer Umsetzung s Es ist deshalb zur Verwendung in Haushaltsdetergen
wie in Beispiel 1 wurde das geschäumte Produkt zien geeignet, bei denen eine extreme Löslichkeit nich
abgekühlt und leicht zu einem feinen Pulver mit einer notwendig ist.
Claims (1)
1. Ammoniumpolyphosphat, das Ketten mit mehr als zwei Phosphateinheiten der Formel
Ii
— ρ—ο-Ι
ο—
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB4206668 | 1968-09-04 | ||
GB4206668A GB1286071A (en) | 1968-09-04 | 1968-09-04 | Modified ammonium polyphosphates |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1944716A1 DE1944716A1 (de) | 1970-09-10 |
DE1944716B2 DE1944716B2 (de) | 1977-06-30 |
DE1944716C3 true DE1944716C3 (de) | 1978-02-09 |
Family
ID=
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