一种两步生产II型聚磷酸铵的方法技术

本发明专利技术属于无机化工技术领域，具体涉及一种两步生产II型聚磷酸铵的方法，该方法包含如下步骤：（1）将原料黄磷液化；（2）液态黄磷在喷淋枪中被压缩空气雾化后喷入燃烧炉；（3）被雾化的黄磷在燃烧炉中燃烧生成五氧化二磷气体；（4）生成的五氧化二磷气体冷却后进入反应器；（5）五氧化二磷气体在反应器中与氨气和水在常压下反应得到白色中间产物，将得到的白色中间产物冷却后收集；（6）将收集到的白色中间产物放入聚合设备内通氨气加热聚合；（7）将聚合反应的产品研磨后得到II型聚磷酸铵。本发明专利技术生产的聚磷酸铵粒细、色白、分散性好、耐热性好、结晶II型纯度高、聚合度高，质量好，整个生产过程安全性高，产量大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机化工
，具体涉及一种两步生产II型聚磷酸铵的方法。
技术介绍
聚磷酸铵(APP)是一种高效、低毒、价廉的无机阻燃剂，由于含磷、氮量高，抗吸湿性强，热稳定性好，比重小，分散性能优良，产品接近中性，可单独或与其他阻燃剂复配使用。广泛用于涂料、塑料、纸张、木材等的防火阻燃，也可作为干粉灭火器用于森林、煤田等的大面积灭火。在用于膨胀型防火涂料中作为酸源，阻燃效果显著。聚磷酸铵是一种重要的高效无机阻燃剂，是一种无支链聚合物，其分子通式为（NH4)n+2PnO3n+1，结构式为我国从上世纪80年代开始研制生产，一直处于规模小，水平低的状况。国内生产聚磷酸按的厂家也不多，且其生产的产品质量不一，生产的APP的聚合度一般比较低(n<100)，产量也比较小。2009年全球阻燃剂的消耗量为152.6万吨，其中，磷系阻燃剂的消耗量为28.0万吨。到了2014年全球阻燃剂的消耗量增长了5%，为194.5万吨，而磷系阻燃剂的消耗量增长了7.9%，达到40.9万吨。聚磷酸铵作为一种重要的无机磷系阻燃剂，也是构成膨胀阻燃体系的重要组成部分。在阻燃逐步从气相阻燃趋向于凝聚相阻燃的情况下，聚磷酸铵将会成为重要增长点。据有关聚磷酸按的科研报道，目前生产的APP聚合度较低。而高聚合度APP的工业化生产是采用五氧化二磷体系生产，五氧化二磷为高危化工类产品，对人体有严重危害。因此发展安全生产高聚合度APP迫在眉睫。专利
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种两步生产II型聚磷酸铵的方法，本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种两步生产II型聚磷酸铵的方法，包括合成反应和聚合反应，具体步骤如下：（1）将原料黄磷液化；（2）将液化后的黄磷送入喷淋枪，液态黄磷在喷淋枪中被压缩空气雾化后喷入燃烧炉；（3）被雾化的黄磷在燃烧炉中燃烧生成五氧化二磷气体，燃烧炉中的燃烧温度为：1000-2200℃；（4）步骤（3）中生成的五氧化二磷气体经冷却器冷却至500-550℃后进入反应器；（5）冷却后的五氧化二磷气体在反应器中与氨气和水在常压下反应得到白色中间产物，反应温度为100-600℃，五氧化二磷：氨气：水=（0.1-10）：（1-5）：1，将得到的白色中间产物冷却后收集；（6）将收集到的白色中间产物放入聚合设备内通氨气加热聚合，温度为100-350℃，压力为0.05-1.5MPa，聚合时间为：0.5-20小时；（7）将聚合反应的产品研磨后得到II型聚磷酸铵；以上步骤（1）-（5）为合成反应，步骤（6）-（7）为聚合反应。步骤（2）中的压缩空气为一次经空气压缩机、气水分离器和计量仪表后的空气。步骤（4）中所述的反应器为文氏反应器。所述的白色中间产物为偏磷酸铵。所述的黄磷为工业品，含P≥99.9%，氨气为液氨蒸发得到，液氨为工业品，氨含量≥99.9%，水为去离子水。所述的聚合反应所使用的设备为特制带压聚合炉。所述的聚合反应中所采用的加热方式为电加热、导热油加热、过热蒸汽加热的其中一种。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术具有以下优点:1)现有常规方法生产的聚磷酸铵采用五氧化二磷体系，对人体有严重的伤害，本专利技术采用黄磷制取无毒无害中间产物，再聚合得聚磷酸铵，不会对人体有伤害；2)本专利技术生产的聚磷酸铵含磷量大、含氮量高，P2O5含量最高可达P2O574%；N含量最高可达14%，作为阻燃剂，有脱水炭化作用，受热分解出不燃物氮隔离空气和聚磷酸根对基材表面的覆盖，阻燃效果好;3)本专利技术生产的聚磷酸铵聚合度高且分子量分布窄，水溶性0.5%以下，在一般有机溶剂中完全不溶，吸湿性小，用于防火涂料、干粉灭火剂、塑料阻燃性能优良;4)本专利技术生产的聚磷酸铵粒细、色白、分散性好、耐热性好、结晶II型纯度高的特点；5）本专利技术生产的聚磷酸铵聚合度高，质量好，整个生产过程安全性高，产量大。附图说明图1为本专利技术实施例1中所制得的聚磷酸铵用X衍射分析后所得的衍射图谱。具体实施方式实施例1将3kg黄磷液化后经过磷喷枪喷入燃烧炉，空气由空气压缩机经气水分离器和计量仪表后同时进入磷喷枪,在风压下,将出喷嘴的液磷雾化，在1500℃下燃烧生成气态P2O5。气态P2O5通过冷却水冷却至525℃后与氨气、水蒸气进入反应器反应，氨气和水蒸气用量分别为1.6kg和0.8kg，反应温度为400℃，反应30min后得到白色中间产物偏磷酸铵，冷却后收集，放入聚合设备中，通氨加热聚合。聚合温度为220℃，表压为0.7MPa，转速为30r/min，反应2h，降温冷却反应产物至100℃后停止通氨，研磨后得到II型聚磷酸铵产品。本实施例中所使用的黄磷为工业品，含P≥99.9%，氨气为液氨蒸发得到，液氨为工业品，氨含量≥99.9%，水为去离子水。聚合反应所使用的设备为特制带压聚合炉。聚合反应中所采用的加热方式为电加热。将本实施例所制备的聚磷酸铵用X衍射分析，分析结果见附图1，核磁共振检测平均聚合度为1107。因为衍射角在16°附近,I-型聚磷酸铵为3个衍射峰,II-型聚磷酸铵为双衍射峰；衍射角在20～23°之间,II-型聚磷酸铵有两个衍射峰,而I-型聚磷酸铵没有衍射峰，由图1可知在16°附近和20°附近均出现两个明显的峰，故该产品为II型产品。实施例2将0.08kg黄磷液化后经过磷喷枪喷入燃烧炉，空气由空气压缩机经气水分离器和计量仪表后同时进入磷喷枪,在风压下,将出喷嘴的液磷雾化，在1000℃下燃烧生成气态P2O5。通过冷却水冷却至500℃后与氨气、水蒸气进入反应器反应，氨气和水蒸气用量分别为0.8kg和0.8kg，反应温度为100℃，反应20min后得到白色中间产物偏磷酸铵，冷却后收集，放入聚合设备中，通氨加热聚合。聚合温度为100℃，表压为0.05MPa，转速为30r/min，反应30min，降温冷却反应产物至100℃后停止通氨，研磨后得到II型聚磷酸铵产品。本实施中的黄磷为工业品，含P≥99.9%，氨气为液氨蒸发得到，液氨为工业品，氨含量≥99.9%，水为去离子水。聚合反应所使用的设备为特制带压聚合炉。聚合反应中所采用的加热方式为导热油加热。本实施例所制备的聚磷酸铵用X衍射分析为II型产品，核磁共振检测平均聚合度为783。实施例3将30kg黄磷液化后经过磷喷枪喷入燃烧炉，空气由空气压缩机经气水分离器和计量仪表后同时进入磷喷枪,在风压下,将出喷嘴的液磷雾化，在2200℃下燃烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两步生产II型聚磷酸铵的方法，其特征在于，包括合成反应和聚合反应，具体步骤如下：（1）将原料黄磷液化；（2）将液化后的黄磷送入喷淋枪，液态黄磷在喷淋枪中被压缩空气雾化后喷入燃烧炉；（3）被雾化的黄磷在燃烧炉中燃烧生成五氧化二磷气体，燃烧炉中的燃烧温度为：1000‑2200℃；（4）步骤（3）中生成的五氧化二磷气体经冷却器冷却至500‑550℃后进入反应器；（5）冷却后的五氧化二磷气体在反应器中与氨气和水在常压下反应得到白色中间产物，反应温度为100‑600℃，五氧化二磷：氨气：水= （0.1‑10）：（1‑5）：1，将得到的白色中间产物冷却后收集；（6）将收集到的白色中间产物放入聚合设备内通氨气加热聚合，温度为100‑350℃，压力为0.05‑1.5MPa，聚合时间为：0.5‑20小时；（7）将聚合反应的产品研磨后得到II型聚磷酸铵；以上步骤（1）‑（5）为合成反应，步骤（6）‑（7）为聚合反应。

【技术特征摘要】
1.一种两步生产II型聚磷酸铵的方法，其特征在于，包括合成反应和聚合反应，具体步
骤如下：
（1）将原料黄磷液化；
（2）将液化后的黄磷送入喷淋枪，液态黄磷在喷淋枪中被压缩空气雾化后喷入燃烧炉；
（3）被雾化的黄磷在燃烧炉中燃烧生成五氧化二磷气体，燃烧炉中的燃烧温度为：
1000-2200℃；
（4）步骤（3）中生成的五氧化二磷气体经冷却器冷却至500-550℃后进入反应器；
（5）冷却后的五氧化二磷气体在反应器中与氨气和水在常压下反应得到白色中间产
物，反应温度为100-600℃，五氧化二磷：氨气：水=（0.1-10）：（1-5）：1，将得到的白色中间
产物冷却后收集；
（6）将收集到的白色中间产物放入聚合设备内通氨气加热聚合，温度为100-350℃，压
力为0.05-1.5MPa，聚合时间为：0.5-20小时；
（7）将聚合反应的产品研磨后得到II型聚磷酸铵；
以上步骤（1）-（5）为合成反应，步骤（6）-（7）为聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓龙，黄跃川，吴志峰，晏世涛，张万平，
申请(专利权)人：云南天耀化工有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53