[發明專利]一種低聚合度聚磷酸銨水溶液的制備方法

有效

• 申請號: 201210119676.3
• 申請日: 2012-04-23
• 公開（公告）號: CN103373717A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 林明;印華亮
• 申請（專利權）人: 防城港博森化工有限公司
• 主分類號: C01B25/38
• 分類號: C01B25/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無機化學工業中的磷酸鹽生產技術領域，是一種全新的低聚合度聚磷酸銨水溶液生產技術。

背景技術

聚磷酸銨又稱多聚磷酸銨或縮聚磷酸銨(簡稱APP)，根據具體使用需求的不同，可生產出聚合程度不同的產品。聚磷酸銨是一種含N和P的聚磷酸鹽，按其聚合度可分為低聚、中聚以及高聚3種，其聚合度越高水溶性越小，反之則水溶性越大。按其結構可以分為結晶形和無定形，結晶態聚磷酸銨為長鏈狀水不溶性鹽。聚磷酸銨的分子通式為(NH₄)(n+2)PnO(3n+1)，當n為2～20時，為水溶性；當n大于20時，為難溶性。低聚合度水溶性的產品可作為阻燃劑使用，也可用于高級植物營養液(液體肥)。高純度高聚合度水不溶性長鏈狀聚磷酸銨則被用于制備高級防火涂料、阻燃塑料。

聚磷酸銨(APP)已逐漸用作撲滅森林和山火災的重要化學品，以及建筑用木材、紡織品的防火浸漬劑。含氮11％、五氧化二磷37％的多磷酸銨溶液可用作撲滅森林和山地火災的基本化學品，也可作建筑用木材、紡織品的防火浸漬劑。聚磷酸銨無毒無味，不產生腐蝕氣體，吸濕性小，熱穩定性高，是一種性能優良的非鹵阻燃劑，是目前磷系阻燃劑比較活躍的研究領域。在20世紀70年代初，日本、前西德、前蘇聯等開始生產，目前應用較多。我國從20世紀80年代開始研制該類產品，主要用作阻燃劑。APP比有機阻燃劑價廉，毒性低，熱穩定性好，可單獨或與其它阻燃劑復合用于塑料的阻燃。高溫下，APP迅速分解成氨氣和聚磷酸，氨氣可以稀釋氣相中的氧氣濃度，從而起阻止燃燒的作用。聚磷酸是強脫水劑，可使聚合物脫水炭化形成炭層，隔絕聚合物與氧氣的接觸，在固相起阻止燃燒的作用。多磷酸銨類磷系化合物阻燃劑，燃燒時不揮發、不產生腐蝕性氣體，被稱為無公害阻燃劑，成為了符合國際標準發展趨勢的新產品。

另一方面，聚磷酸銨還用作復混肥和液體肥料的生產。20世紀70年代初，美國TVA開發了用商品濕法磷酸(54％P₂O₅，質量分數)生產聚磷酸銨基礎液體肥料，也就是將濕法磷酸濃縮成過磷酸，在管式反應器中與氨反應，生成高濃度聚磷酸銨，加水冷卻生成品級為10-34-0的液肥產品。基礎液肥可與氮溶液、鉀肥生產液體復混肥。我國目前尚未有專業生產聚磷酸銨肥料的企業，其性狀、組成及生產方法尚存在爭議，一般認為作為肥料用聚磷酸銨應是短鏈全水溶的，包含磷酸銨、三聚磷酸銨和四聚磷酸銨等多種聚磷酸銨，聚合度更高、鏈更長的聚磷酸銨只有少量存在；另有資料介紹，農用聚磷酸銨聚合度通常為5～18，且溶解性好，是液體肥料的主要品種。農用聚磷酸銨目前在中國僅有少量生產，還未形成商品出售。

APP目前常用的生產方法主要是高溫熱聚合法，生產高聚合度的聚磷酸銨。即磷酸(磷酸銨)的尿素熱聚法：聚合溫度約為205～300℃，反應過程維持-定的氨分壓，以防止APP分解。國內主要采用正磷酸一尿素縮合法，一直處于規模小、水平低的狀況，用正磷酸與尿素直接混合，控制一定的反應溫度和反應時間，進行縮合反應制得n≈30的短鏈狀產品。由于作為原料的正磷酸中含有大量的游離水，使得反應過程逸出廢氣量大，對反應設備材質要求高且廢氣的處理系統龐大。而反應物料粘壁又影響了該工藝的規模化連續生產。此外，如日本公開特許昭49-30356：采用正磷酸銨鹽(如磷酸二氫銨)與尿素混合加熱脫水來制取水不溶性高純度高聚合度聚磷酸銨產品的方法。由于其反應進程緩慢，生產控制困難，產率低，能耗高，從而影響了其工業化的實施推廣。還有其他生產方法，如氣態P₂O₅、NH₃和水蒸氣反應；低級磷酸銨加熱脫水等，但這些方法都因各自缺陷而較少工業化采用。

到目前為止，國內外還沒有能夠用低溫法生產出聚磷酸銨，故本發明正是開創了一種用低溫法生產出低聚合度聚磷酸銨水溶液的全新方法。

發明內容

本發明創新采用一種完全不同的工藝方法來批量生產低聚合度聚磷酸銨水溶液，是一種全新的低聚合度聚磷酸銨水溶液生產技術。該法是在多聚磷酸批量生產獲得順利實現的基礎上采用多聚磷酸和碳酸氫銨為主要原料來生產，克服了已有常規聚磷酸銨生產技術的不足，生產直接簡單，不需要高溫，控制方便，產率高，能耗低，不采用尿素，沒有氨氣，安全環保，易于實現大規模連續化生產。

本發明的主要工藝原理如下：