聚磷酸銨的合成工藝研究

聚磷酸銨的合成工藝研究

聚磷酸銨（app）是一種重要的無機阻滯劑，是擴張阻滯劑的主要成分之一。由于它含磷量高,含氮量多,具有熱穩(wěn)定性好、水溶性低、近于中性、環(huán)境友好、阻燃效能高等優(yōu)點,在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。低聚合度和中聚合度APP主要用于制造農(nóng)用復(fù)合肥料、各種類型的滅火劑,以及某些纖維素基質(zhì)材料的阻燃劑。國際上高聚合度APP重要的應(yīng)用領(lǐng)域是合成材料(塑料、橡膠、合成纖維等)的阻燃劑?，F(xiàn)在中國普遍采用箱式聚合爐對APP進行加熱聚合。傳統(tǒng)的加熱方式是依靠熱傳導(dǎo)、對流輻射逐步由表及里傳入物質(zhì)內(nèi)部,物質(zhì)內(nèi)外溫度分布不均,造成平均聚合度較低。近年來,微波輻射已廣泛應(yīng)用于化學(xué)領(lǐng)域。微波輻射與常規(guī)加熱方法相比能夠大大縮短反應(yīng)時間。但微波輻射作為一種引發(fā)聚合的方法,其機理尚不十分清楚。1實驗部分1.1試驗方法和試劑SX-4-10箱式電阻爐、DHG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、PHS-3D型pH計、WF-400微波反應(yīng)器。磷酸二氫銨,分析純,成都化學(xué)試劑廠;尿素,工業(yè)級。1.2app的制備實驗采用的原料為磷酸二氫銨和尿素。根據(jù)文獻,選擇磷酸二氫銨和尿素的物質(zhì)的量比為1∶1.1。稱取磷酸二氫銨和尿素放入直徑200mm坩堝中,混合均勻后裝入箱式電阻爐,設(shè)定相應(yīng)的溫度以及反應(yīng)時間,加熱,經(jīng)過發(fā)泡、聚合、固化后得到固體產(chǎn)物,冷卻后即為APP。稱取相同質(zhì)量的磷酸二氫銨和尿素放入微波反應(yīng)器中,設(shè)定好溫度、壓力和反應(yīng)時間,聚合得到APP產(chǎn)品。分析方法執(zhí)行中國化工行業(yè)標準HG/T2770—1996。2結(jié)果2.1使用馬法爾加熱測試結(jié)果2.1.1溫度對p2po5含量的影響固定反應(yīng)時間為1h,改變反應(yīng)溫度,測定產(chǎn)品中的P2O5含量、氮含量及聚合度。實驗結(jié)果如圖1所示。當(dāng)反應(yīng)溫度低于225℃時,P2O5含量較低;當(dāng)溫度大于225℃后,P2O5含量升高;當(dāng)溫度達到250℃時,P2O5的含量達到最大值,之后便逐漸下降。而產(chǎn)品中氮含量隨溫度的升高先降低后升高,但是總體的變化較小。當(dāng)反應(yīng)溫度低于250℃時,聚合度隨溫度的升高而升高;反應(yīng)溫度高于250℃后,聚合度反而降低,這是由于溫度過高APP發(fā)生了分解。因此,采用馬弗爐加熱時最佳的反應(yīng)溫度為250℃。2.1.2反應(yīng)時間的影響固定反應(yīng)溫度為250℃,改變聚合時間,測定產(chǎn)品中的P2O5含量、氮含量及聚合度,結(jié)果如圖2所示。由圖2知,產(chǎn)品P2O5的含量最初隨反應(yīng)時間的增加緩慢升高,在1.5h時達到最高,然后緩慢降低。氮含量則隨反應(yīng)時間的增加而緩慢降低。當(dāng)反應(yīng)時間低于1.5h時,聚合度隨反應(yīng)時間的增加而升高,當(dāng)反應(yīng)時間超過1.5h后,聚合度的變化不太明顯,但隨著時間的增加,產(chǎn)品的顏色會越來越黃。因此,采用馬弗爐加熱時最佳的反應(yīng)時間為1.5h,得到的產(chǎn)品五氧化二磷質(zhì)量分數(shù)為69.51%,氮質(zhì)量分數(shù)為13.51%,聚合度為25。2.2利用微波聚合的實驗結(jié)果2.2.1溫度對p2po5含量的影響固定聚合時間為30min,改變聚合溫度,測定產(chǎn)品中的P2O5含量、氮含量及聚合度,結(jié)果如圖3所示。由圖3可知,當(dāng)反應(yīng)溫度低于150℃時,P2O5含量較低,且隨溫度升高,P2O5含量升高。溫度大于150℃之后,隨溫度的升高,P2O5的含量變化不大。而產(chǎn)品中氮含量隨溫度的升高逐漸降低。當(dāng)反應(yīng)溫度低于200℃時,聚合度隨溫度的升高而升高,反應(yīng)溫度高于200℃后,聚合度反而降低。與采用馬弗爐加熱的實驗結(jié)果規(guī)律相似。因此,得到微波反應(yīng)時最佳的反應(yīng)溫度為200℃。2.2.2反應(yīng)時間的影響固定聚合溫度為200℃,改變聚合時間,測定產(chǎn)品中的P2O5含量、氮含量及聚合度,結(jié)果如圖4所示。由圖4可知,產(chǎn)品P2O5的含量最初隨反應(yīng)時間的增加緩慢升高,在30min時達到最高,然后緩慢降低。氮含量則隨反應(yīng)時間的增加而緩慢降低。當(dāng)反應(yīng)時間低于40min時,聚合度隨反應(yīng)時間的增加而升高,當(dāng)反應(yīng)時間超過40min后,聚合度有所降低,因此,微波反應(yīng)時最佳的聚合溫度為200℃,聚合時間為40min,所得產(chǎn)品五氧化二磷質(zhì)量分數(shù)為69.05%,氮質(zhì)量分數(shù)為14.13%,聚合度為38。由以上實驗可以看出,使用微波聚合聚磷酸銨的反應(yīng)條件更加溫和,同時得到的產(chǎn)品聚合度更高。3微波條件下聚磷酸銨的合成1)采用馬弗爐加熱聚合聚磷酸銨的最優(yōu)條件:反應(yīng)溫度為250℃,反應(yīng)時間為1.5h,得到產(chǎn)品中五氧化二磷質(zhì)量分數(shù)為69.51%,氮質(zhì)量分數(shù)為13.51%,聚合度為25。2)采用微波反應(yīng)器聚合聚磷酸銨的最優(yōu)條件:反應(yīng)溫度為200℃,反應(yīng)時間為40min,得到產(chǎn)品中五氧化二磷質(zhì)量分數(shù)為69.05%,氮質(zhì)量分數(shù)為14.13%,聚合度為38。3)比較馬弗爐加熱和微波反應(yīng)的最優(yōu)條件可以看出,微波可以強化聚磷酸銨的聚合,可以在更溫和的條件下得