無(wú)鹵阻燃聚磷酸銨生產(chǎn)工藝研究

無(wú)鹵阻燃聚磷酸銨生產(chǎn)工藝研究

0無(wú)鹵阻燃劑的應(yīng)用聚磷酸銨（簡(jiǎn)稱app）是一種性能優(yōu)良的阻燃劑。由于app的含磷量和含氮量都很高，因此它具有很高的耐燃燒性。它的熱穩(wěn)定性好,在水中的溶解度不大,產(chǎn)品近于中性,能與很多其他阻燃劑復(fù)配提高其阻燃性和實(shí)施性能,發(fā)煙量不大,毒性小,因而又被稱為“環(huán)境友好型阻燃劑。作為無(wú)鹵阻燃劑,在阻燃材料中的運(yùn)用將越來(lái)越廣泛。全球?qū)ψ枞紕┑男枨箢A(yù)計(jì)將以年均4.7%的速度增長(zhǎng),因此我國(guó)的阻燃劑具有廣闊的發(fā)展前景。本文采用磷酸銨鹽脫水聚合法制備聚磷酸銨,此法是將磷酸銨鹽與尿素一起加熱脫水,磷酸銨鹽采用的是磷酸二氫銨,主要討論反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、配料比等因素對(duì)聚磷酸銨產(chǎn)品性能的影響。1實(shí)驗(yàn)部分1.1app產(chǎn)品的制備將磷酸二氫銨和尿素按一定的摩爾比例混合,放入燒瓶?jī)?nèi)在加熱下進(jìn)行縮合反應(yīng),經(jīng)過(guò)發(fā)泡、聚合、固化后得到固體產(chǎn)物,冷卻后粉碎即為APP產(chǎn)品。1.2化合物三酯類尿素、磷酸二氫銨、濃硝酸、濃鹽酸、氫氧化鈉、H型-732離子交換樹(shù)脂、濃硫酸、丙酮、檸檬酸、喹啉、鉬酸鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、丙三醇。數(shù)顯恒溫油浴鍋、電子恒速攪拌器、電子調(diào)溫電熱套、電熱鼓風(fēng)干燥箱、數(shù)字酸度計(jì)、電子天平、電子萬(wàn)用爐、循環(huán)水多用真空泵、恒溫磁力攪拌器、生物顯微鏡、X射線衍射儀、綜合熱重分析儀、傅里葉變換紅外光譜儀。1.3熱反應(yīng)過(guò)程主要分析方法根據(jù)原料配比用電子天平稱取尿素、磷酸二氫銨,混合后將其加入到三口燒瓶中,加入沸石,安裝實(shí)驗(yàn)裝置,采用恒溫油浴鍋加熱。控制溫度和時(shí)間,待反應(yīng)結(jié)束后取出產(chǎn)品,冷卻研磨得到外觀滿足要求的產(chǎn)品,然后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)、平均聚合度、阻燃率等參數(shù)測(cè)定。主要分析方法為:P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定——磷鉬酸喹啉質(zhì)量法;平均聚合度測(cè)定——端基滴定法;阻燃性能測(cè)試——灼燒殘重法;氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定——蒸餾后滴定法。2數(shù)據(jù)處理與分析的討論2.1單因素實(shí)驗(yàn)2.1.1各因素對(duì)計(jì)算模型的影響固定配料比為1∶1.1,時(shí)間為1.5h,考察溫度對(duì)聚合度的影響,結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1看出,溫度對(duì)聚合度影響較大,在210℃之前聚合度隨溫度升高而增大,210℃以后聚合度隨溫度升高而降低,因而反應(yīng)溫度控制在210℃左右對(duì)產(chǎn)品合成較有利。2.1.2時(shí)間對(duì)產(chǎn)品聚合度的影響固定配料比為1∶1.1,反應(yīng)溫度為220℃,考察時(shí)間對(duì)產(chǎn)品聚合度的影響,結(jié)果見(jiàn)圖2。反應(yīng)在0.5h時(shí),產(chǎn)品有較濃的氨味,說(shuō)明反應(yīng)未完全進(jìn)行。從圖2看出,反應(yīng)時(shí)間在1h左右時(shí)對(duì)提高產(chǎn)品聚合度有利。2.1.3配方比對(duì)產(chǎn)品聚合度的影響固定反應(yīng)溫度為220℃,時(shí)間為1.5h,考察配料比對(duì)產(chǎn)品聚合度的影響,結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3看出,聚合度在配料比為1.1時(shí)處于最大值,以聚合度為主要指標(biāo)時(shí),配料比在1.1左右時(shí)有利于提高產(chǎn)品品質(zhì)。2.2各影響因素的確定正交實(shí)驗(yàn)方案與數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。根據(jù)表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)產(chǎn)品各指標(biāo)進(jìn)行極差分析,結(jié)果見(jiàn)表2、表3、表4。各因素對(duì)產(chǎn)品的P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響主次為:原料配比>溫度>反應(yīng)時(shí)間;對(duì)聚合度影響的主次為:溫度>原料配比>反應(yīng)時(shí)間;對(duì)產(chǎn)品的阻燃性能影響主次為:反應(yīng)時(shí)間>原料配比>溫度。對(duì)產(chǎn)品3個(gè)指標(biāo),各因素的較優(yōu)水平一致,得出的優(yōu)化工藝條件為原料配比1∶1.1、溫度210℃、反應(yīng)時(shí)間1.5h。2.3聚磷酸銨的結(jié)構(gòu)表征較優(yōu)工藝條件驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。為判斷優(yōu)化產(chǎn)品的晶形結(jié)構(gòu),對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行晶形檢測(cè),產(chǎn)品的紅外光譜圖和X射線衍射圖分別見(jiàn)圖4和圖5。從紅外光譜圖4可以看出,產(chǎn)品具備Ⅰ-型聚磷酸銨具有的760cm-1、682cm-1、602cm-13個(gè)特征吸收峰。從X射線衍射譜圖可知,產(chǎn)品在20°～23°之間沒(méi)有明顯的Ⅱ-型APP特征峰,在16°附近有明顯Ⅰ-型APP特征吸收峰。結(jié)合紅外光譜和X射線衍射譜圖得出產(chǎn)品主要為Ⅰ-型APP。3阻燃聚磷酸銨的性能a.通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了原料配比、溫度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)、聚合度、阻燃性能的影響程度,得出較優(yōu)工藝條件為原料配比(磷酸二氫銨與尿素的質(zhì)量之比)1∶1.1,溫度210℃,反應(yīng)時(shí)間1.5h。b.在較優(yōu)工藝條件下合成的聚磷酸銨阻燃劑的聚合度為5