[发明专利]一种结晶Ⅱ型聚磷酸铵的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于II型聚磷酸铵领域，特别涉及一种II型聚磷酸铵的制备方法。

背景技术

聚磷酸铵简称APP，是一种含氮磷酸盐，为白色粉末。聚磷酸铵按其聚合度大小，可分为低聚、中聚、高聚三种。聚合度越大，水溶性越小。按其结构可分为结晶型和无定形型。结晶态聚磷酸铵为水不溶性和长链状聚磷酸盐。有I到V型五种变体。其中高聚合度结晶II型聚磷酸铵由于水不溶性好，分解温度高，和高分子材料相溶性好，在高分子材料领域的使用有着显著优势。与含卤阻燃剂相比，结晶II型聚磷酸铵具有低毒、低烟、无机的特点，是一种新型的高效无机阻燃剂。

生产结晶II型聚磷酸铵的方法通常以五氧化二磷和磷酸氢二铵为原料，在一定温度和氨分压条件下进行反应。由于反应物料在熔融后有强的粘性，反应物料的加热和搅拌混合一直是影响其工业化的不利因素。同时由于五氧化二磷具有强腐蚀性，从而使得生产工艺的不安全性增加。C.Y.Shen在其论文中涉及用I型聚磷酸铵制备II型聚磷酸铵的方法，但该论文公开的内容是：将I型聚磷酸铵放置在一个密闭的容器内，在温度为200℃～375℃的条件下反应60小时即可生成II型聚磷酸铵(C.Y.Shen，Preparation andCharacterization of Crystalline Long-Chain Ammonium Polyphosphates.J Am Chem Soc1969.)，这种通过长时间密封加热的方法在工业化生产中没有实际意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种直接以I型聚磷酸铵为原料制备结晶II型聚磷酸铵的方法。

本发明所述结晶II型聚磷酸铵的制备方法，原料包括粒径≤150μm的I型聚磷酸铵和粒径≤150μm的缩合剂，所述I型聚磷酸铵与缩合剂的质量比为80～100∶1，工艺步骤依次如下：

(1)将按上述质量比计量的I型聚磷酸铵和缩合剂混合均匀；

(2)将I型聚磷酸铵和缩合剂的混合物料放入反应器，在搅拌下用微波加热至100℃时向反应器内通入气氨，气氨的通入量以维持反应过程中反应器内的氨分压在 0.085Mpa～0.1Mpa为限，然后继续在搅拌下将I型聚磷酸铵和缩合剂的混合物料用微波加热至170℃～190℃并在搅拌下于170℃-190℃保温1小时～2.5小时，保温时间届满后，继续在搅拌下将I型聚磷酸铵和缩合剂的混合物料用微波加热至280℃～330℃并在搅拌下于280℃～330℃保温1.5小时～2.5小时，继后降温冷却反应产物，当反应产物的温度降至100℃时，关闭气氨，继续冷却至室温，即获II型聚磷酸铵；所述缩合剂由磷酸二氢氨和尿素组成，磷酸二氢氨与尿素的摩尔比为1∶1～1.2。

上述方法中，I型聚磷酸铵和缩合剂的混合物料于170℃-190℃保温届满后，优选加热至310℃～330℃并在搅拌下于310℃～330℃保温1.5小时～1.8小时后降温冷却反应产物。

上述方法中，所述反应器优选微波管式炉反应器。

上述方法中，将I型聚磷酸铵和缩合剂的混合物料加热至100℃的加热速度优选2.5℃/min～3.0℃/min。

上述方法中，将I型聚磷酸铵和缩合剂的混合物料加热至170℃～190℃与加热至280℃～330℃的加热速度优选3.0℃/min～3.5℃/min。

上述方法中，搅拌为低速搅拌，搅拌速度为10～60转/分钟，优选20～40转/分钟。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明所述方法制备的结晶II型聚磷酸铵纯度高、聚合度高，分解温度大于275℃，X射线衍射(XRD)分析表明，所获产物中结晶II型聚磷酸铵达99％以上，按照工业聚磷酸氨国家标准(HG/T2770-2008)检测，结晶II型聚磷酸铵的平均聚合度大于1000。

2、由于本发明所述方法以I型聚磷酸铵和缩合剂为原料，因而对设备无腐蚀，制备过程中安全性提高。

3、本发明所述方法的全流程约4.5～7小时，适用于工业化生产。

本发明所述方法制备的结晶II型聚磷酸铵特别适用于作阻燃剂使用，是一种高效，低毒的无机阻燃剂。

附图说明

图1是本发明所述结晶II型聚磷酸铵的制备方法的一种工艺流程图；

图2是本发明所述方法制备的结晶II型聚磷酸铵X射线衍射谱图。

图中，1-第一粉碎筛分机、2-混合槽、3-料储槽、4-微波管式炉反应器、5-第二粉碎筛分机、6-包装机。

具体实施方式