[发明专利]一种聚磷酸铵与氢氧化铝纳米复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚磷酸铵与氢氧化铝纳米复合物及其制备方法，属于磷化合物的提纯、稳定、浓缩技术领域。

背景技术

聚磷酸铵(ammonium polyphosphate)，缩写为APP，其通式为(NH₄)_n+2P_n O_3n+1，当n足够大时，可写(NH₄PO₃)_n，其结构式如下。

聚磷酸铵为白色粉末，长链聚磷酸铵难溶于水，一般工业聚磷酸铵在水中的溶解度为1.3克/100毫升(15℃)或3.0克/100毫升(25℃)。聚磷酸铵的吸湿性随聚合度增加而降低，在25℃及相对湿度大于75%的空气中储存7天，工业聚磷酸铵吸湿量小于10%。聚磷酸铵可水解，水解速度随粒度、温度及pH值而变化，温度升高及pH值降低，水解加快。粒径由1毫米增至3毫米时，水解速率降至1/2～1/3。聚磷酸铵的热分解温度在250℃以上，分解时释放出氨和水，并生成磷酸。聚磷酸铵在400℃时有一最大吸热峰，750℃时全部分解，剩余6～7%的残渣。

已知聚磷酸铵有6种不同的晶体结构，而其中以Ⅰ型和Ⅱ型在材料阻燃中的应用最为广泛。可用于防火涂料、阻燃塑料、橡胶、纤维、纸张、木材，还可以用于森林、煤田的大面积灭火。

聚磷酸铵在阻燃体系中兼有酸源和气源的性质，结合炭源和其他的气源，组成膨胀阻燃体系。添加这类阻燃剂的材料受热燃烧时表面能形成一层均匀的多孔炭层，具有隔热、隔氧、抑烟，并能防止产生熔滴，因而具有良好的阻燃性能。

根据Ⅰ型和Ⅱ型聚磷酸铵的X射线标准谱图来判断聚磷酸铵的晶型，其中Ⅰ型聚磷酸铵的最强峰出现在2θ=14.71°，Ⅱ型聚磷酸铵的最强峰出现在2θ=15.52°，比较两个峰的峰强就可以测定聚磷酸铵中Ⅰ型和Ⅱ型聚磷酸铵的含量。

目前聚磷酸铵的制备方法主要是磷酸铵盐与氨源在加热条件下缩聚制得，而后通过控制后期在特定温度下的转晶，制得所需晶型的聚磷酸铵。并且主要依据的是C.Y.Shen等人在1969年报道的在不同温度下各种晶型的聚磷酸铵的转化来实现的。其中提到Ⅰ型聚磷酸铵是以等摩尔的磷酸氢二铵和尿素为原料，在280℃下通干燥氨气16小时制得，并且Ⅰ型聚磷酸铵在200℃以上有向其它晶型转化的趋势（J.Am.Chem.Soc.,1969,91,62）。

现在聚磷酸铵的制备路线较多，主要有以下几种：

1)磷酸-尿素缩合法

磷酸-尿素聚合法是目前工业上常用的一种方法，该方法在工业实施上比较简单，且原料来源广，生产成本低。

利用该方法，所得产物pH在6～6.5左右，由于工业磷酸浓度为80～85%，水的存在使聚合度难以提高，通常只能得到聚合度为20～30的产品。而且采用尿素作为缩合剂，在高温下迅速分解，短时间内排出大量的气体，会使得反应过程中大量发泡，极易溢料，导致反应器的单位体积产量过低，因此需要设置较大的废气回收设备，给生产带来许多的麻烦。

2)磷酸二氢铵与尿素缩合法

用磷酸二氢铵与综合氨化缩合剂尿素加热脱水聚合生产聚磷酸铵。此法可以制得高纯、水不溶、低吸潮产品。

该方法由于使用的尿素的量较多，所以制得聚磷酸铵的产率并不高，大约在50%左右，该方法一般得到的是Ⅰ型聚磷酸铵和Ⅱ型聚磷酸铵混合物,且得到的聚磷酸铵水溶性较大。

3)五氧化二磷-氨气-水高温气相反应法

但是该方法得到的产品一般有正、焦、三聚和四聚磷酸铵。并且是气相反应，一般在实际应用中不采用。

4)五氧化磷和磷酸氢二铵反应

有美国专利（公开号：US5139758，1992年8月18日，HOECHST AG）采用五氧化二磷和磷酸氢二铵制备聚磷酸铵，在专利最后提到，先将4.8千克的I型聚磷酸铵加入反应釜添，预热到150℃，然后在160℃时将2.9千克的部分氨化的聚磷酸加入反应釜，在280℃下通氨反应3.5小时制得I型聚磷酸铵。

在中国有关聚磷酸铵制备专利主要有：一种聚磷酸铵与蒙脱土纳米复合物及其制备方法（公开号：CN101348721，2009年1月21日，北京理工大学），该纳米复合物制备方法是在常规制备聚磷酸铵过程的初期加入蒙脱土，升温至150℃～300℃时，通氨气，升温至300～350℃是保温，继续氨化30～200分钟，得到聚磷酸铵和其与蒙脱土的纳米复合物。