工业磷铵母液制备聚磷酸铵新工艺开发

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聚磷酸铵(APP)作为高效膨胀添加型阻燃剂,是一种氮磷无机无卤化合物。目前,国内工业生产结晶Ⅱ型APP主要是磷酸铵盐为原料和P2O5为缩合剂的合成方法,而利用以工业磷铵母液为原料和非P2O5为缩合剂,能新开辟合成结晶Ⅱ型APP的途径,并充分利用工业磷铵母液资源来提高产品的附加值及企业经济效益,促进磷化工产业结构优化及产品结构升级和资源及环境的可持续健康发展。本文的主要研究内容分为如下三个部分:(1)工业磷铵母液制备工业磷酸一铵的工艺研究;(2)筛选缩合剂来制备结晶Ⅱ型APP,主要包括:以三聚氰胺为缩合剂制备结晶Ⅱ型APP的工艺研究和以硫脲为缩合剂制备结晶Ⅱ型APP的工艺研究;(3)对比几种非P2O5缩合剂制备结晶Ⅱ型APP的方法。以工业磷铵母液为原料,经稀H3PO4反调pH反应后,过滤浓缩结晶,得到磷酸一铵产品,其制备的最佳工艺条件:pH=4.1,反应温度T1=80℃,反应时间t1=60 min,浓缩相对密度ρ=1.38,结晶温度T2=20℃,结晶时间t2=60 min。在较佳工艺条件下制备的产品通过XRD表征为磷酸一铵(MAP),其产品收率(以P2O5计wt%)达到35.01%,其测定的指标达到HG/T 4133-2010工业磷酸二氢铵的Ⅰ类标准。以磷酸一铵(MAP)为原料,三聚氰胺(MEL)为缩合剂,反应经过熔化、发泡、通氨固化和熟化等过程得到APP-Ⅱ产品,其制备的最佳工艺条件:摩尔投料比MAP:MEL=12:1,反应温度T=300℃,氨气氛围:流量2 L/min的6%湿氨气,固化后熟化反应时间t=60 min。在较佳工艺条件下制备的产品通过XRD和FT-IR表征为APP-Ⅱ,其产品的P2O5和N含量(wt%)及水溶解度指标达到HG/T 2770-2008工业聚磷酸铵的Ⅱ类标准。以磷酸一铵(MAP)为原料,硫脲(TU)为缩合剂,反应经过熔化、发泡、固化和通氨晶型转变熟化等过程得到APP-Ⅱ产品,其制备的较佳工艺条件:摩尔投料比MAP:TU=1:0.9,反应温度T=300℃,氨气氛围为流量2 L/min的6%湿氨气,固化后晶型转变熟化反应时间t=180 min。在较佳工艺条件下制备的产品通过XRD和FT-IR表征为APP-Ⅱ,其产品的P2O5和N含量(wt%)及水溶解度指标达到HG/T2770-2008工业聚磷酸铵Ⅱ类标准。非P2O5为缩合剂如硫脲和三聚氰胺制备APP-Ⅱ,有类似的过程:熔化、发泡、固化和熟化。对比发现,通过不同缩合剂如硫脲和三聚氰胺制备APP-Ⅱ产品其性能有所差异,可以利用不同非P2O5缩合剂来制备APP-Ⅱ的方法来研究各种APP–Ⅱ为基础的阻燃专用料,以便APP–Ⅱ更加广泛运用于阻燃领域。
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