浅述聚磷酸铵的合成方法及应用进展

聚磷酸铵( ammonium polyphosphate，APP) 是一种重要的无卤磷系阻燃剂，其分子中同时含有磷、氮2种元素，在阻燃过程中磷、氮具有协同阻燃效应，因而阻燃效果优于单含磷阻燃剂或单含氮阻燃剂。APP通式为（NH4）n+2PnO3n+1，外观呈白色粉末状，其中聚合度N在10~20之间为水溶性，称为短链APP；N大于20为水难溶性的长链APP。N的高低是影响APP性能的主要因素。国外常见APP的 N可达几百甚至上千，如德国 Hoechst的 Exolit 422，N > 700。

APP作为膨胀型阻燃剂的基础材料被广泛应用于阻燃领域，随着全球阻燃剂朝无卤化方向发展，以APP为主要原料的膨胀型阻燃剂成为研究开发的热点。APP有6种晶型，通常用到的是Ⅰ-型和Ⅱ-型结构，其中I-型晶体具有不规则外表面，由于I型晶体太小，晶胞参数难以确定；Ⅱ-型具有规则的外表面，它们均属正交(斜方)晶系，晶胞参数为：a=0.4256nm，b=0.6475nm，c=1.204nm。国内所报道的合成的APP的聚合度都相对较低并以Ⅰ-型聚磷酸铵居多，然而真正需求较大的是聚合度高的Ⅱ-型聚磷酸铵。

目前聚磷酸铵的合成工艺很多，主要有磷酸和尿素缩合法，聚磷酸铵化法，正聚磷酸铵与氨气高温中和法，P2O5-NH3-H2O高温气相反应法，NH4H2PO4和CO(NH2)2缩合法，NH4H2PO4和NH3缩合法以及H3PO4和NH3缩合法等。根据聚磷酸铵不同的用途合成的方法也不一样。

将磷酸二氢铵和尿素按一定摩尔比进行混合，放入箱式聚合炉内在220℃左右高温下缩合反应1h，经过冷却，粉碎得到APP产品。该反应需要加入一定量的氨化剂和助融剂，通常选用氨气。 

提出由磷酸铵和尿素制取聚磷酸铵的最佳工艺条件：在常压或减压下，磷酸铵和尿素的物质的量比为1~1.2，反应温度为145~160℃。当磷酸铵与尿素的物质的量比大于1.2时，产物中含有大量的短链聚磷酸铵。

由于聚磷酸铵具有热稳定性高，密度小，分散性好等特点，作为阻燃剂，在纤维制品、涂料以及塑料等方面具有广泛的应用，它可以单独使用，也可以与其他阻燃材料配合作为复配、化合型阻燃剂使用，这样既降低了阻燃剂的使用量，又提高了阻燃效果，而且使材料的物理机械性能损失减少到最小。

聚磷酸铵可以配制成溶液或干粉型灭火剂，大多用于扑救森林和煤矿火灾。采用APP液体浓缩物灭火剂其冷冻点低，可根据火灾强度调整灭火剂中APP的浓度；对植被、木材和建筑物有很好的粘附能力，减少了药剂的流失；对森林地表植被具有很好的表面覆盖作用，扑灭单位面积林火药剂用量少，该灭火剂是环境友好灭火剂。

聚磷酸铵是一种重要的添加型无机无卤阻燃剂，由于其含磷量大，含氮量大，热稳定性好，产品近于中性并可以与其他阻燃剂混用，同时价格便宜，毒性较低，使用相对安全等优点，被广泛应用。对于不同聚合度的聚磷酸铵应用的领域不同，低聚合度和中聚合度的聚磷酸铵主要用于复合肥以及各种灭火剂等。而高聚合度的聚磷酸铵主要用于合成材料（塑料、橡胶、合成纤维等）的阻燃剂。 

随着科学技术的发展，人们对材料的要求越来越高，由于Ⅰ-型聚磷酸铵本身结构的限制，使得它的聚合度相对较低，代之出现了Ⅱ-型结构的聚磷酸铵。但是Ⅱ-型结构的聚磷酸铵大多以五氧化二磷和磷酸铵为原料，并要求在氨气条件下进行，使得生产成本较高。鉴于此，今后我们应该加大高聚合度的聚磷酸铵合成技术的研究和开发，同时处理生产过程中的废水废气以降低成本，扩大生产规模，提高市场竞争力。

 

 

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