[发明专利]一种Ⅱ型聚磷酸铵的制备方法

说明书

本发明公开一种Ⅱ型聚磷酸铵的制备方法，以偏磷酸铵、五氧化二磷、磷酸氢二铵为原料，将偏磷酸铵、五氧化二磷、磷酸氢二铵混合均匀后加热聚合反应，通入氨气再反应，所得物料经冷却得到高聚合度低水溶性结晶Ⅱ型聚磷酸铵；本发明合成的聚磷酸铵白度好，聚合度高，水溶解度低；合成出的II聚磷酸铵纯度高，晶型稳定。

技术领域

本发明涉及磷氮阻燃剂制备领域，具体涉及一种Ⅱ型聚磷酸铵的制备方法。

技术背景

聚磷酸铵是一种绿色环保的膨胀型阻燃剂，具有成本低廉、近于中性、热分解温度高、水溶性低等优点而在阻燃领域得到广泛应用。聚磷酸铵晶型共有六种，分别为I～VI型，其中I型和II型聚磷酸铵的合成报道较多，近年也有V型聚磷酸铵的合成报道。I型聚磷酸铵是一种多孔型的颗粒状物质，表面结构不规则、链短、分子之间的作用力较小，容易发生吸湿现象，主要用作液体肥料和一些对阻燃要求较低的场合，如纸张和织物的阻燃。II型聚磷酸铵表面圆滑、分子链长、热稳定性高、水溶性低，广泛用于高分子材料的阻燃。

II型聚磷酸铵与I型聚磷酸铵相比，其与高分子材料的相容性更好、不易迁移、用途更广泛。

现有聚磷酸铵的制备方法及缺点：

（1）磷酸-尿素热缩合法

磷酸-尿素热缩合法主要用于合成I型APP或I、II型混合APP，采用尿素为缩合剂，高温下尿素迅速分解，短时间内排出大量的NH₃与CO₂气体，反应过程中发泡现象严重，导致溢料，使得反应器的单位体积生产能力大幅下降；加之氨气分压较低，产品聚合度较低。

（2）磷酸铵-尿素热缩合法

磷酸铵-尿素热缩合法相对于磷酸-尿素热缩合法其聚合度有所提高，但反应需要维持较高的氨压，合成时原料所处的状态对合成产品质量影响较大，为了维持反应过程中的氨环境，常在聚合过程中加入液体石蜡，在反应结束后，再脱除液体石蜡，增加了生产步骤，提高了生产成本。

（3）磷酸铵-五氧化二磷热缩合法

磷酸铵-五氧化二磷热缩合法主要用于合成II型APP，其聚合度一般在2000以下。

发明内容

本发明提供一种II型聚磷酸铵的制备方法，克服了磷酸-尿素热缩合法、磷酸铵-尿素热缩合法合成方法的缺点，与磷酸铵-五氧化二磷热缩合法相比，聚合度更高，水溶解性更低。该技术方案的具体步骤如下：

（1）将偏磷酸铵、五氧化二磷、磷酸氢二铵配制成混合原料；

（2）将步骤（1）的混合好的原料送入反应器中，在260～290℃、搅拌条件下，聚合反应1～4小时；

（3）在步骤（2）持续搅拌条件下，向步骤（2）的反应器中通入氨气，控制每公斤反应物料的氨气流量为50～100L/h，270～300℃反应3～8h；冷却得到低水溶性结晶Ⅱ型聚磷酸铵。

步骤（1）中偏磷酸铵、五氧化二磷、磷酸氢二铵的摩尔比为(0.8～3):(0.6～4):1。

步骤（2）和步骤（3）中搅拌速度为1000～3000r/min，搅拌将物料混匀并进行破碎。

步骤（3）中氨气压力为0.1～0.8MPa。

步骤（3）中冷却速率为5～10℃/min，待物料低于150℃后出料。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）合成的II型聚磷酸铵聚合度大于2000，解决了传统工艺路线五氧化二磷-磷酸氢二铵聚合法制备II型聚磷酸铵难以合成聚合度大于2000的难题。

（2）合成出的II型聚磷酸铵白度好、粒径小、热稳定性好、水溶性小、粘度低。