聚磷酸銨阻燃劑生產(chǎn)工藝及其關(guān)鍵性狀特點(diǎn)

聚磷酸銨阻燃劑生產(chǎn)工藝及其關(guān)鍵性狀特點(diǎn)摘要：聚磷酸鉉在阻燃方面應(yīng)用取得的實(shí)際成效已逐漸得到人們的認(rèn)可。高收率、高純度以及高聚合度的聚磷酸鉉合成將進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用的范圍。和西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)聚磷酸鉉的工業(yè)化生產(chǎn)仍舊處于落后的水平，生產(chǎn)質(zhì)量不盡如意；從而阻礙了聚磷酸鉉的發(fā)展與應(yīng)用，降低了其經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。其中，生產(chǎn)工藝落實(shí)是出現(xiàn)這種局面的主要原因之一?；诖?，本文筆者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，就聚磷酸鉉阻燃劑當(dāng)前先進(jìn)的生產(chǎn)工藝及其關(guān)鍵性狀特點(diǎn)展開詳細(xì)分析與論述，并闡述了聚磷酸鉉阻燃劑的改性方法，望借此為實(shí)際工作提供參考的依據(jù)，從而充分發(fā)揮聚磷酸鉉的阻燃功能。關(guān)鍵詞：聚磷酸鉉阻燃劑；生產(chǎn)工藝；關(guān)鍵性狀；改性引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高分子材料在人們?nèi)粘Ｉ畹牟煌矫嬉约皣?guó)民經(jīng)濟(jì)的相關(guān)部門中得到越來越廣泛的應(yīng)用，但大多數(shù)高分子材料都屬于易燃材料;因此，存在較大的安全隱患。尤其是部分體育館、醫(yī)院、大型商場(chǎng)等公共場(chǎng)所的裝修采用大量易燃聚合物材料，這就使得阻燃劑的作用越來越突出。作為磷系無鹵阻燃劑之一，聚磷酸鉉阻燃劑憑借其高熱穩(wěn)定性、阻燃過程中使用量少、不影響原物質(zhì)的力學(xué)性能、和有機(jī)物的相容性較好以及吸熱分解后不會(huì)產(chǎn)生有害氣體等特征，逐漸取代傳統(tǒng)的氫氧化鎂與氫氧化鋁等鹵系阻燃劑。基于此，全面深入研究聚磷酸鉉阻燃劑的生產(chǎn)工藝，能夠?yàn)樘岣咂渥枞夹Ч於己玫幕A(chǔ)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1聚磷酸鉉阻燃劑的關(guān)鍵性狀與阻燃機(jī)理闡述聚磷酸鉉是一種磷氮系特效膨脹型無機(jī)阻燃劑，英文簡(jiǎn)稱為APP；這種阻燃劑的關(guān)鍵性狀為無毒抑煙、阻性性能持久、可以和其他物質(zhì)形成良好的配合、產(chǎn)品基本為中性、具有較高的熱穩(wěn)定性能、關(guān)鍵性阻燃元素含量高等等。隨著全球阻燃劑趨于無鹵化方向發(fā)展，一聚磷酸鉉為關(guān)鍵原料的膨脹型阻燃劑逐漸成為人們研究的重點(diǎn)方向。從外觀上來看，聚磷酸鉉表現(xiàn)為白色粉末狀，包括水溶性與水難溶性兩大類；其中聚合度處于10到20之間的我們稱之為水溶性聚磷酸鉉，亦被稱之為短鏈聚磷酸鉉；而聚合度超過20的我們稱之為水難溶性聚磷酸鉉，亦被稱之為長(zhǎng)鏈聚磷酸鉉。同時(shí)，聚磷酸鉉的阻燃機(jī)理也可被分為兩大類，其一為氣相機(jī)理，其二為凝相機(jī)理。其中凝相機(jī)理通常是指在阻燃過程中覆蓋在燃燒物的外表面，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成具備較強(qiáng)脫水性且相互關(guān)聯(lián)的玻璃態(tài)過磷酸，這種物質(zhì)的揮發(fā)溫度必須超過550C，能夠讓含氧有機(jī)物快速脫水并碳化，生成的碳化物主要以具備三維空間的致密性結(jié)構(gòu)為主，從而實(shí)現(xiàn)阻斷燃燒的目的。而氣相機(jī)理則通常是指聚磷酸鉉阻燃劑在高溫條件下分解成氨氣以及二氧化碳，從而把燃燒體籠罩在其內(nèi)，從而發(fā)揮出隔絕的作用，使燃燒體在無氧的條件下逐漸熄滅，完成阻斷燃燒的任務(wù)。2聚磷酸鉉阻燃劑的生產(chǎn)工藝分析聚磷酸鉉阻燃劑經(jīng)過多年的研究，其目前的生產(chǎn)工藝有很多，概括來看包括氨氣與磷酸二氫鉉縮合法、氨氣與正磷酸鉉高溫中合法、磷酸鉉與五氧化二磷化合法、三氧化二磷與氨水高溫氣相反應(yīng)法、聚磷酸氨化法、尿素與磷酸二氫鉉縮合法以及尿素與磷酸縮合法等等。而目前常見的聚磷酸鉉阻燃劑的生產(chǎn)工藝有磷酸銨與五氧化二磷化合法、尿素與磷酸二氫銨縮合法以及尿素與磷酸縮合法這三種；因此，本文注重介紹了此三類聚磷酸銨阻燃劑的生產(chǎn)工藝，具體內(nèi)容如下：2.1尿素與磷酸縮合法把一定質(zhì)量配比的尿素與磷酸混合放置到反應(yīng)釜中，使混合物充分融合并分解，接著放入到沸騰床實(shí)施沸騰聚合，待混合物發(fā)泡完全之后，對(duì)排氨量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，確保沸騰床中的氨氣壓力保持在合理的范圍之內(nèi)。隨著溫度的不斷升高，混合物會(huì)發(fā)生聚合固話，繼續(xù)控制反應(yīng)的壓力與溫度，一定時(shí)間后待混合物完全冷卻后出料。在整個(gè)反應(yīng)過程中，尿素不僅是氨的主要來源，而且也揮著縮聚劑的作用，能夠確?；旌衔镌跉庀嘀斜３殖渑娴陌睗舛?，從而保證聚磷酸銨能夠順利通過脫水縮聚制備而成。實(shí)際生產(chǎn)過程中，影響成品質(zhì)量的主要因素包括：氨氣分壓、料層高度、縮合時(shí)間與溫度以及原料配比。因此，為了確?？s合反應(yīng)充分，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高聚合度以及含氮量。其中，尿素發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，尿素量過少，則會(huì)導(dǎo)致含氮量低、聚合度不達(dá)標(biāo)、縮合不完全；而如果尿素量過多，則會(huì)導(dǎo)致氨的損失大幅增加，同時(shí)不易固話；加熱時(shí)間通常由溫度絕度。尿素與磷酸縮合法制備聚磷酸銨的生產(chǎn)工藝主要優(yōu)勢(shì)在于風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)小、成本低、工藝的相關(guān)參數(shù)能夠很好控制且操作簡(jiǎn)單。因此，這種聚磷酸銨阻燃劑的生產(chǎn)工藝在當(dāng)前大多數(shù)中小企業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。2.2尿素與磷酸二氫銨縮合法把尿素與磷酸二氫銨按照1：2的物質(zhì)的量比進(jìn)行充分混合，并將混合物放置在溫度保持在220°C的箱式聚合爐中進(jìn)行縮合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間保持在一小時(shí)作用，冷卻完全之后經(jīng)過粉碎得到聚磷酸銨阻燃劑成品。就當(dāng)前實(shí)際狀況而言，采取此種生產(chǎn)工藝制備聚磷酸銨阻燃劑的時(shí)候需要加入如液體石蠟等溶劑。因?yàn)橐后w介質(zhì)的存在導(dǎo)致兩種原料能夠分散均勻，所以能夠確保完全反應(yīng)，生成的氨氣也不會(huì)快速"逃出〃反應(yīng)區(qū)，從而保證整個(gè)反應(yīng)過程都保持良好的氨環(huán)境。但也存在明顯的缺點(diǎn)，主要是聚合溫度受限，同時(shí)在反應(yīng)結(jié)束后，還需要對(duì)液體石蠟進(jìn)行清除，間接增加了生產(chǎn)工序，提高了成本投入。2.3五氧化二磷與磷酸銨聚合法這種生產(chǎn)工藝能夠采用五氧化二磷與磷酸二氫銨、磷酸氫二銨或者正磷酸銨進(jìn)行聚合反應(yīng)，在適宜的氨環(huán)境中，保持反應(yīng)溫度在280C到300C之間，反應(yīng)時(shí)間維持在1.5小時(shí)到2小時(shí)之間。這種生產(chǎn)工藝制備而成的聚磷酸銨產(chǎn)品屬于II型聚磷酸銨產(chǎn)品，主要特征為聚合度高、分解溫度高、不易溶于水。且因?yàn)榭s合劑以五氧化二磷為主，所以操作與生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，廢氣排量少、成品質(zhì)量高。此過程需要注意的是，五氧化二磷的使用因其具備較高的反應(yīng)活性以及吸濕性，會(huì)對(duì)操作人員帶來的一定的風(fēng)險(xiǎn)，所以必須做好相應(yīng)的保護(hù)措施。除此之外，此生產(chǎn)工藝對(duì)設(shè)備要求較高，因此生產(chǎn)成本高。3聚磷酸銨的改性受生產(chǎn)條件的限制，聚磷酸銨的生產(chǎn)也受到的限制，如果設(shè)備和生產(chǎn)工藝落后，APP聚合度只能達(dá)到幾十，為了發(fā)揮聚磷酸銨的阻燃作用，需要對(duì)其顆粒進(jìn)行表面改性。改性方法如下。3.1表面活性劑改性在使用陰離子表面活性劑處理之后，水溶性的APP的吸水性能會(huì)得到大大降低，陰離子表面活性劑可以選擇碳原子數(shù)是14到18的脂肪酸、三價(jià)金屬鹽、二價(jià)金屬鹽以及混合物。鋁鹽可以作為三價(jià)金屬鹽，鈣鹽、鋅鹽和美鹽可以作為二價(jià)金屬鹽的選擇。處理APP表面時(shí)需要使用到溶液。溶液的選擇為不影響APP質(zhì)量但是可溶解其表面活性劑的溶劑，如三氯甲烷、氯甲烷和二氯甲烷，還可以選擇氯苯、甲苯和二甲苯。除上面介紹的使用陰離子表面活性劑，還可以使用非離子和陽(yáng)離子表面活性劑實(shí)現(xiàn)對(duì)APP進(jìn)行改性。如碳原子數(shù)為14到18的脂肪醇、乙烯氧化物等。3.2偶聯(lián)劑改性使用偶聯(lián)劑可以有效提高APP阻燃效果。偶聯(lián)劑作為有機(jī)化合物，具有兩親結(jié)構(gòu)，將性質(zhì)相差較大的材料進(jìn)行連接，將復(fù)合材料的性能提高。偶聯(lián)劑有鋁酸脂偶聯(lián)劑、鈦酸偶聯(lián)劑和硅烷偶聯(lián)劑。應(yīng)用作為廣泛的是硅烷偶聯(lián)劑。將其加入APP中，可以有效提高其阻燃性，還可以改善其吸水率、耐熱性和吸濕性。3.3三聚氤胺改性今年來研究的熱點(diǎn)問題之一就是使用三聚氤胺實(shí)現(xiàn)APP改性，常見的使用方法是將定量的聚磷酸銨和三聚氤胺混合，保證APP表面被三聚氤胺包裹，但這種方法會(huì)使得產(chǎn)品粉碎后，無法保證APP顆粒包覆的均勻程度，使得產(chǎn)品吸濕性存在問題。另一種方法是將尿素、磷酸銨和三聚氤胺加熱進(jìn)行混合，但這種方法也會(huì)殺跌產(chǎn)品吸濕性得不到保證。目前，最常用的方法是將APP表面包覆，再使用交聯(lián)劑將三聚氤胺和APP顆粒連接，從而改善其吸水性。交聯(lián)劑可以現(xiàn)則甲?；?、異氤酸基等。4結(jié)束語(yǔ)綜上所述，聚磷酸銨是一種無機(jī)無鹵阻燃劑，憑借其較高熱穩(wěn)定性、磷氮含量多、成品為中性且能夠和其余阻燃劑混合使用、危害小、價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)在當(dāng)前防火工作中得到廣泛應(yīng)用。因此，提高聚磷酸銨阻燃劑的生產(chǎn)工藝，并掌握其關(guān)鍵性狀特點(diǎn)，以此為基礎(chǔ)，針對(duì)性在實(shí)際應(yīng)用過程中存在的不足，實(shí)施針對(duì)性的改性措施，進(jìn)一步提高聚磷酸銨阻燃劑的阻燃效果，充分發(fā)揮其阻燃的作用，維護(hù)社會(huì)的和平。參考文獻(xiàn)：朱青林，胡永華，邵寧，汪華，侯麗，朱曉蘭.淀粉聚磷酸銨阻燃復(fù)合薄片的制備及燃燒熱解特性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2019,03,21：1-8.姜浩浩，劉新亮，鄒勇，周子健，黃新杰，唐剛.硬質(zhì)