聚磷酸铵,又称多聚磷酸铵或缩聚磷酸铵,简称APP,属无毒产品,是链状含磷、氮的无机聚合物,近年来广泛用于塑料、橡胶、纤维、木材、纸张作无机阻燃处理剂,还可用于配制膨胀性防火涂料,用于船舶、火车、电缆及高层建筑的防火处理,也用于生产干粉灭火剂,用于煤田、油井、森林大面积灭火,以及用于生产饲料添加剂、液体洗涤剂、粘接剂、离子交换剂。此外,作为一种新型肥料,聚磷酸铵目前已开始越来越多的进入化肥使用领域,特别是大量用作配制高浓度液体复合肥料的基础磷肥。

聚磷酸铵外观为白色粉末,是一种含氮和磷的聚磷酸盐,化学式(NH4PO3)2,分子通式为(NH4)(n+2)PnO(3n+1),当n为10~20时,为水溶性,称为短链APP或水溶性聚铵,易潮解,常温下容易结块,但不影响产品性能与使用。当n大于20时,为难溶性,称为长链APP或水不溶性聚铵,不易潮解,不溶于水,但同其他助剂有良好的互溶性。聚磷酸铵按其聚合度可分为低聚、中聚以及高聚3种,其聚合度越高水溶性越小,反之则水溶性越大。按其结构可以分为结晶形和无定形,结晶态聚磷酸铵为长链状水不溶性盐,有Ñ到Õ型5种变体。

聚磷酸铵具有化学稳定性好、吸湿性小、分散性优良、比重小、毒性低等优点,根据聚合度不同,其用途不同。一般来说,聚合度较低的产品是水溶性的,用作肥料或者作为织物处理剂、食品添加剂使用。聚合度高的水不溶性的长链聚铵可作为塑料和涂料的阻燃剂使用。

近年来,我国逐渐开始重视聚磷酸铵的研究和应用,重点集中在对聚磷酸铵的/一高一低0聚合度的开发工作。对于高聚合度聚磷酸铵,主要是作为新型无毒无机阻燃剂的原料。而对于低聚合度的聚磷酸铵,主要是作为高浓度肥料,尤其是全水溶性复合肥料的产品开发。

采用的磷酸铵盐可以是磷酸二氢铵也可以是磷酸氢二铵或者是二者的混合物。与磷酸尿素缩合法相比,除初始原料不同外,后期生产工艺基本相同。磷酸二氢铵和尿素按摩尔比1B2进行混合,放入箱式聚合炉内在220e左右的高温下缩合反应1h,通常在聚合过程中加入一定量的溶剂,如液体石蜡。在合成过程中通入流动的氨气,磷酸铵盐和尿素在湿氨条件下进行聚合,反应较为完全,经过冷却,粉碎得到聚磷酸铵产品。该法较好地保持了反应过程中的氨环境,反应温度比磷酸尿素缩合法高,能够较好地控制产品质量,产品的聚合度有所提高。但热能消耗高于磷酸尿素缩合法,同时由于反应结束后,还要进行脱除液体石蜡工作,相对增加了生产步骤,提高了生产成本。

混合溶解,通常磷酸与尿素的摩尔比为1B115~210,然后进入沸腾床进行沸腾聚合,物料发泡后,调节排氨量,保持沸腾床内氨压在913~4616kPa,反应温度控制在140~200e。随着温度的上升,物料聚合固化,继续控制温度和压力,保温,最后冷却出料,得到松脆的白色产物,经粉碎至需要的粒度后得到产品。在反应中尿素既是氨源,又起到缩聚剂的作用,保持反应物在气相中有足够的氨浓度和促进聚磷酸胺的脱水缩聚。

该法是目前中小企业普遍采用的生产方法,用于生产水溶性短链聚磷酸铵,工艺简便易行,过程参数要求容易实现,投资少,操作安全,但所得产品聚合度不高,只能用作肥料和防火涂料,不能用作塑料的阻燃剂。此外,采用尿素作缩合剂,在高温下尿素会迅速分解,短时间内排出大量的气体会使得反应过程中大量发泡极易溢料,导致反应器的单体体积产量过低,还需要设置较大型的废气回收装置,既增加了设备投资,也给生产带来许多麻烦。

 磷酸铵盐尿素缩合法采用的磷酸铵盐可以是磷酸二氢铵也可以是磷酸氢二铵或者是二者的混合物。与磷酸尿素缩合法相比,除初始原料不同外,后期生产工艺基本相同。磷酸二氢铵和尿素按摩尔比1B2进行混合,放入箱式聚合炉内在220e左右的高温下缩合反应1h,通常在聚合过程中加入一定量的溶剂,如液体石蜡。在合成过程中通入流动的氨气,磷酸铵盐和尿素在湿氨条件下进行聚合,反应较为完全,经过冷却,粉碎得到聚磷酸铵产品。该法较好地保持了反应过程中的氨环境,反应温度比磷酸尿素缩合法高,能够较好地控制产品质量,产品的聚合度有所提高。但热能消耗高于磷酸尿素缩合法,同时由于反应结束后,还要进行脱除液体石蜡工作,相对增加了生产步骤,提高了生产成本。

磷酸铵五氧化二磷聚合法可采用正磷酸铵或磷酸氢二铵、磷酸二氢铵与五氧化二磷聚合,在氨气环境中加热到280~300e,反应时间为115~210h。采用单一反应器,适当改变温度和时间,可以得到平均聚合度不同的产品,且产品的晶型也发生了改变。

该法分解温度较高,聚合度也有大幅度提高,可达1000以上,由于采用五氧化二磷作缩合剂,工艺路线短,操作简便,无大量废气排出,所得产品质量较好,但五氧化二磷时有很强的吸湿性和反应活性,因此会对人体有一定的危险,在高温情况下,会消耗大量的能量,产生大量的工业废料。此外,还要求反应容器为完全密封的,且能耐高温高压,<