聚磷酸铵(ammoniumpolyphosphate,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的通式为(NH4)n+2PnO3n+1,当n足够大时,也可以写成(NH4PO3)n。

聚磷酸铵在水中的溶解度随温度的升高而增加,外观呈白色粉末状,有水溶性和水难溶性两种,其中聚合度n在10~20为水溶性,称为短链AP,n>20为水难溶性的长链APP。APP具有阻燃效果好、溶解度低、不易吸湿、分解温度高、热稳定性好、环境友好、成本低廉以及对添加的产品物理性能影响小等优点。通过实验对APP的聚合条件进行优化。

称取一定量的无水五氧化二磷、磷酸铵盐、尿素,按一定比例混合均匀,研细,置于高压反应器中,密封,搅拌,使其在一定温度和压力下进行反应。反应结束后,冷却、粉粹得到聚磷酸铵产品。加入到盛有500mL蒸馏水的烧杯中,用12mol/L氢氧化钠调整pH值至13,然后加热至溶液透明,反应放出氨气,当蒸汽pH值小于9时,停止加热,冷却至室温。取上述溶液100mL,用6mol/L盐酸溶液调整pH值至5~3,然后用氢氧化钠标准溶液进行返滴定,用从pH计测定溶液的数字显示器上pH值的变化,记录每次加碱的体积量,绘制滴定曲线,并根据其一阶导数曲线得到聚磷酸盐的摩尔数。取同一试样的溶液稀释一定倍数,测其吸光度,由三标准曲线上查得相对应的PO43-含量,即可得到总磷酸摩尔数。通过改变磷酸铵盐的种类,考察不同磷酸铵盐对聚磷酸铵聚合度的影响。

随反应压力的升高,APP的平均聚合度增加;当反应压力低于20MPa时,APP的平均聚合度迅速增加,这是因为由于气相中氨分压的存在,抑制了固相中游离氨向相界面的迁移和在气相中的扩散,延长了在固相中的停留时间,增加了氨化反应的机会;当反应压力大于20MPa时,APP的平均聚合度增加趋于平缓,这是因为氨化反应在20MPa时已经比较彻底,继续增大反应压力对聚合度影响不大。因此,选择反应压力为20MPa较适宜。

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