[发明专利]一种快速合成磷酸铝盐聚合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机缩聚磷酸盐的生产方法，尤其制备聚合磷酸铝的方法。

背景技术

无机缩聚磷酸盐是一种具有特殊性质的功能型无机高聚物。聚合磷酸盐一般由金属氧化物或氢氧化物和磷酸加热脱水聚合而成，反应的摩尔比、加热温度不同，可得到环状、链状、支链状化合物。其中，聚磷酸铝是研究和应用较多的一类聚合磷酸盐，它包括三聚磷酸铝和偏磷酸铝。应用领域涉及到催化剂、颜料、水玻璃固化剂和离子交换与吸附等方面，用途很广。1970年由日本神户大学小林正光首次制得三聚磷酸铝纯品，并申请了专利(日特开昭47-23397，日特开昭51-560)，1981年在日本大板实现工业化生产。我国最早在(《(硅酸盐学报》1981，9(2)：241-244)报道了在加热磷酸铝和刚玉(氧化铝)混合物时发现了三聚磷酸二氢铝，1984年，广西化工研究院完成实验室小试，1986年开始中试，1988年建成了中试规模生产装置，1998年开始250吨/年规模生产，2000年扩大到2000吨/年(袁爱群，广西科学，2000，7(4)：266-269)。另外，1986年天津东风化工厂(《涂料工业》1986，1：19-20)报道了成功开发三聚磷酸铝颜料，但由于产品的改性方法导致颜料含有一定数量的钠盐而没有再扩大生产，1991年江西大学(《化学世界》1991，32(8)：352-355)也报道氢氧化铝和磷酸为原料的三聚磷酸二氢铝的实验室合成，1995年金陵化工公司申请了三聚磷酸二氢铝的生产专利(CN1,099,719)，其制备方法是以氢氧化铝和磷酸为原料，通过加入过量的磷酸，使酸式磷酸铝结晶出来，然后用转式加热炉聚合生成三聚磷酸二氢铝。早在1975年日本学者(Tsuhako Mitsutomo.Bull.Chem.Soc.Jpn.1975，48(6)：1830-1835)在研究氧化铝-磷酸体系产物时，发现了偏磷酸铝，其制备方法是将氢氧化铝和磷酸直接加热到600-700℃而得，后来发现偏磷酸铝还可以通过先制备三聚磷酸铝后在选择600-700℃下加热得到，1982年美国专利(US4,329,327)报道了将氢氧化铝和磷酸铵混合，在630-640℃下，加热一小时，得到偏磷酸铝Al(PO₃₃。日本帝国化工株式会社1985年开发用于水玻璃固化剂的产品，有K-粘90(Nakano Jiro；Marakami Masahiko.Poly.Pain Colour J.185，175(4145)：409-419)，1987年(特开昭62-12651)，还开发了将三聚磷酸铝和偏磷酸铝按4：3质量比混合的水玻璃固化剂。我国对偏磷酸铝的研究是广西化工研究院1989年至1996年期间开发水玻璃固化剂(袁爱群，四川化工与腐蚀控制，1999，3：9-11)时开始，制备方法仍是高温加热聚合法。

目前，三聚磷酸二氢铝和偏磷酸铝的工业合成一般采用多步聚合法，即先由氢氧化铝和磷酸反应制备中间体酸式磷酸铝，然后中间体在350℃下经12-16小时聚合得到三聚磷酸铝，然后在650℃下聚合5-6小时得到偏磷酸铝。该合成方法存在以下不足：

1、高温长时间聚合，能耗高，在当今能源危机日益加剧的情况下生产成本会居高不下。

2、该方法在高温下长时间聚合，对设备材质要求苛刻，在实际工业化生产过程，会由于聚合物料量的增大导致聚合不均匀，从而影响最终产品的合成率，不利于大规模连续工业化生产实施。

近年，关于三聚磷酸铝合成工艺的改进研究有一些报道，沈阳工业学院(《无机盐工业》2002，34(4)：4-6)以磷酸、液体三氯化铝和有机胺缔合剂为原料，经缔合、置换、解缔制取磷酸二氢铝后，经高温聚合，水化制得三聚磷酸二氢铝。另外，广西大学和广西民族大学(第三界防腐蚀国际会议论文集，珠海，2005年5月：152-155)采用固相法以AlCl₃·6H₂O和NaH₂PO₄·2H₂O为原料合成三聚磷酸铝，虽然该法第一阶段是采用固相反应制备中间体，但是后阶段同样需要高温聚合，也就是说仍没有解决高温能耗问题。关于偏磷酸铝合成工艺的改进研究还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速合成聚合磷酸铝的方法。能够解决现有聚磷酸铝盐生产高温长时间聚合、能耗高、对设备材质要求苛刻，不利于大规模连续工业化生产等问题。