聚磷酸铵的合成工艺研究

聚磷酸铵的合成工艺研究

聚磷酸铵（app）是一种重要的无机阻滞剂，是扩张阻滞剂的主要成分之一。由于它含磷量高,含氮量多,具有热稳定性好、水溶性低、近于中性、环境友好、阻燃效能高等优点,在许多领域得到了广泛应用。低聚合度和中聚合度APP主要用于制造农用复合肥料、各种类型的灭火剂,以及某些纤维素基质材料的阻燃剂。国际上高聚合度APP重要的应用领域是合成材料(塑料、橡胶、合成纤维等)的阻燃剂。现在中国普遍采用箱式聚合炉对APP进行加热聚合。传统的加热方式是依靠热传导、对流辐射逐步由表及里传入物质内部,物质内外温度分布不均,造成平均聚合度较低。近年来,微波辐射已广泛应用于化学领域。微波辐射与常规加热方法相比能够大大缩短反应时间。但微波辐射作为一种引发聚合的方法,其机理尚不十分清楚。1实验部分1.1试验方法和试剂SX-4-10箱式电阻炉、DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱、PHS-3D型pH计、WF-400微波反应器。磷酸二氢铵,分析纯,成都化学试剂厂;尿素,工业级。1.2app的制备实验采用的原料为磷酸二氢铵和尿素。根据文献,选择磷酸二氢铵和尿素的物质的量比为1∶1.1。称取磷酸二氢铵和尿素放入直径200mm坩埚中,混合均匀后装入箱式电阻炉,设定相应的温度以及反应时间,加热,经过发泡、聚合、固化后得到固体产物,冷却后即为APP。称取相同质量的磷酸二氢铵和尿素放入微波反应器中,设定好温度、压力和反应时间,聚合得到APP产品。分析方法执行中国化工行业标准HG/T2770—1996。2结果2.1使用马法尔加热测试结果2.1.1温度对p2po5含量的影响固定反应时间为1h,改变反应温度,测定产品中的P2O5含量、氮含量及聚合度。实验结果如图1所示。当反应温度低于225℃时,P2O5含量较低;当温度大于225℃后,P2O5含量升高;当温度达到250℃时,P2O5的含量达到最大值,之后便逐渐下降。而产品中氮含量随温度的升高先降低后升高,但是总体的变化较小。当反应温度低于250℃时,聚合度随温度的升高而升高;反应温度高于250℃后,聚合度反而降低,这是由于温度过高APP发生了分解。因此,采用马弗炉加热时最佳的反应温度为250℃。2.1.2反应时间的影响固定反应温度为250℃,改变聚合时间,测定产品中的P2O5含量、氮含量及聚合度,结果如图2所示。由图2知,产品P2O5的含量最初随反应时间的增加缓慢升高,在1.5h时达到最高,然后缓慢降低。氮含量则随反应时间的增加而缓慢降低。当反应时间低于1.5h时,聚合度随反应时间的增加而升高,当反应时间超过1.5h后,聚合度的变化不太明显,但随着时间的增加,产品的颜色会越来越黄。因此,采用马弗炉加热时最佳的反应时间为1.5h,得到的产品五氧化二磷质量分数为69.51%,氮质量分数为13.51%,聚合度为25。2.2利用微波聚合的实验结果2.2.1温度对p2po5含量的影响固定聚合时间为30min,改变聚合温度,测定产品中的P2O5含量、氮含量及聚合度,结果如图3所示。由图3可知,当反应温度低于150℃时,P2O5含量较低,且随温度升高,P2O5含量升高。温度大于150℃之后,随温度的升高,P2O5的含量变化不大。而产品中氮含量随温度的升高逐渐降低。当反应温度低于200℃时,聚合度随温度的升高而升高,反应温度高于200℃后,聚合度反而降低。与采用马弗炉加热的实验结果规律相似。因此,得到微波反应时最佳的反应温度为200℃。2.2.2反应时间的影响固定聚合温度为200℃,改变聚合时间,测定产品中的P2O5含量、氮含量及聚合度,结果如图4所示。由图4可知,产品P2O5的含量最初随反应时间的增加缓慢升高,在30min时达到最高,然后缓慢降低。氮含量则随反应时间的增加而缓慢降低。当反应时间低于40min时,聚合度随反应时间的增加而升高,当反应时间超过40min后,聚合度有所降低,因此,微波反应时最佳的聚合温度为200℃,聚合时间为40min,所得产品五氧化二磷质量分数为69.05%,氮质量分数为14.13%,聚合度为38。由以上实验可以看出,使用微波聚合聚磷酸铵的反应条件更加温和,同时得到的产品聚合度更高。3微波条件下聚磷酸铵的合成1)采用马弗炉加热聚合聚磷酸铵的最优条件:反应温度为250℃,反应时间为1.5h,得到产品中五氧化二磷质量分数为69.51%,氮质量分数为13.51%,聚合度为25。2)采用微波反应器聚合聚磷酸铵的最优条件:反应温度为200℃,反应时间为40min,得到产品中五氧化二磷质量分数为69.05%,氮质量分数为14.13%,聚合度为38。3)比较马弗炉加热和微波反应的最优条件可以看出,微波可以强化聚磷酸铵的聚合,可以在更温和的条件下得