聚磷酸铵

聚磷酸铵

摘要：以磷酸铵盐、尿素为原料，制备了高聚合度聚磷酸铵无机阻燃剂。测定了聚磷酸铵的溶解度[1]。以防火材料的制备测定防火性能，对现代工艺的提高有了自己的认识和理解。

关键词：聚磷酸铵、阻燃性能、防火材料[2]。

前言：聚磷酸铵（APP）是近十多年来发展起来的一种重要的无机阻燃剂，广泛用于塑料、纤维、纸张、橡胶、木材等的阻燃，并可用于配制耐火材料。APP 含磷、氮量大，热稳定性好，水溶性小，近于中性。同时，它具有分散性好，比重小，毒性低和价格低廉的特点。

1实验部分

1.1实验原理

其结构是为(NH4)n+2PnO3n+1。APP有水溶性（n为10∽20）及水难溶性（n›0）两种。作为阻燃剂的n一般大于25[3]。

合成方法主要有高温聚合法和低温溶剂法。本实验用低温溶剂法，以石蜡为介质，尿素和磷酸二氢胺为原料进行制备。本实验用低温溶剂法，以石蜡为介质，尿素和磷酸二氢胺为原料进行制备。在尿素和磷酸二氢胺反应体系中，存在下列反应：

CO(NH2)2 +2NH4H2PO4-----(NH4)2P2O7+CO2

(NH4)2P2O7+CO(NH2)2-----2/n(NH)4n+2PnO3n+1+4NH3+CO2

当n很大时，产物可写成（NH4PO3）。

1.2药品与仪器

药品：液体石蜡（碳数在16 以上），尿素，磷酸二氢铵，苯等。

仪器：烧杯（500ml，200ml），抽滤装置，电炉，温度计。

1.3合成

在500ml干燥的烧杯中，加入150ml液体石蜡，加热至200℃,在该温度下，不断搅拌，将30g尿素与28克磷酸二氢胺混合，分批加入至温度为200℃的液体石蜡中，注意温度不能过高，30分钟内加完。与190∽200℃的条件下继续反应25∽30分钟，观察反应产物（由粘稠泡沫液体变为白色固体）。然后冷却至室温，尽可能倾出液体石蜡，将生成物研细后，每次用30∽40ml苯浸洗2-3次，除去产物中夹留得石蜡，抽滤，回收苯。然后用蒸馏水洗涤产物。在120℃烘箱中，烘30分钟，即得产物，成重，计算产率。

1.4产品质量检验

(1) 溶解度测定：准确称取上述产物2克加入50ml蒸馏水煮沸5分钟后，过滤产物，烘干，称余物，计算100ml蒸馏水中的溶解度。

(2) 阻燃性能测试：称取4gAPP加100ml蒸馏水，搅拌均匀后，将一片滤纸浸在此液体中。10分钟后称出烘干，与一未处理的滤纸，使燃烧对比实验，观察其现象。

(3) 测定产品的熔点

1.5防火涂料的制备及防火性能

涂料的配比见下表1

表1：涂料配方

品名用量品名用量

聚乙烯醇缩甲醛胶25.0 聚磷酸铵22

三聚氰胺11.5 季戊四醇 6.0

六偏磷酸钠（10%） 5.0 甲基硅油消泡剂0.5

羧甲基纤维素钠 3.0 去离子水22.0 制备步骤为：将六偏磷酸钠，羧甲基纤维素钠分别配制成10%和2%的水溶液；将要求量的去离子水加入烧杯中；低速（约800r/min）搅拌下，将配方量的阻燃剂、颜料、填料、分散剂依次加入，再加入适量的消泡剂，然后高速搅拌（大

约4000r/min），搅拌大约1h后，研磨前一定要将三辊机调到所需的细度（小于100μm）；将基料和其它助剂加入磨好的涂料浆中，加入时搅拌速度要小，大约800r/min，以免破坏聚合物，搅拌时间为1h；用去离子水调节涂料的固含量即得产品。

将涂料涂刷到三夹板上，晾干，上氧指数仪进行测定氧指数值。

2结果与讨论

2.1实验数据记录如下

2.1.1实验现象：在合成过程中，不断产生白色泡沫，液体粘稠，渐渐有固体析出；在溶解度测定中，有少许固体不溶解；在阻燃性能测试中，未处理的滤纸很快燃烧，而处理过的滤纸较难燃烧；在防火涂料的制备及防火性能中，三夹板较难燃烧，防火性能较好。

2.1.2实验结果

(1)在合成中，所得数据如下表2

表2：合成过程中的数据

表面皿重量含产物的表面皿重量产物的重量125.60g 154.32g 28.72g

(2)在产品质量检验中，所得数据如下表3

表3：溶解度的测定

滤纸重量抽滤后烘干后的滤纸重量溶解的质量

0.51g 0.56g 1.95g

(3)氧指数值测定的结果如下表4

表4：氧指数值的测定

氮气流量氧气流量

2.4L/min 7.75L/min

2.2实验数据计算

2.2.1产率的计算

产物质量=28.72g

2.2.2溶解度的测定

50ml蒸馏水中溶解的产物为1.95g

故100ml蒸馏水中的溶解度为3.9g

2.2.3氧指数值的测定

氧指数OI的计算公式如下：

OI=[O2]*100/([O2]+[N2])

其中：[O2]——氧气流量（升/分）

[N2]——氮气流量（升/分）

故据此可得氧指数OI=7.75*100/（7.75+2.4）=76.4

2.3实验数据分析

氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材料容易燃烧，一般认为氧指数<22属可燃材料，氧指数在22~27之间属可燃材料，氧指数>27属难燃材料。从所测氧指数值来看，处理木板氧指数值在>27，属难燃材料，可见所制备的防火涂料有一定的防火作用。

在此次实验中，测得的氧指数为76.4，远远大于27，故其属于及其难燃烧的材料，也可以从侧面看出本次实验较为成功。

3实验小结

3.1实验过程中需要注意的事项

(1)小心加热液体石蜡，以免在加热过程中溅出，发出灼烧。

(2)洗涤产物的有机溶剂回收，待蒸馏后可重新使用。

3.2实验过程中误差分析

(1)在合成中，未能一直持续不断的搅拌，致使有部分原料黏在底部以及玻璃棒上，导致产物的损失；

(2)抽滤过程中损失部分产物，致使产物的损失；

(3)在测定溶解度过程中，滤纸的质量及之后烘干的质量不够精确，这样的方法有偏差；

(4)在测定氧指数时，涂料涂抹的不够均匀；

(5)在制备防火涂料前，未将干燥的产物碾磨成小颗粒物，有大颗粒的存在使涂料较为粗糙，不够细腻，影响防火性能。

3.3实验过程中可以改进的地方

(1)在聚磷酸铵的制备过程中，因溶液颜色变深、颗粒变粗更易粘壁，要随时控制温度，不断搅拌，实验台必须同时至少有两人监控；

(2)在加尿素和磷酸二氢铵混合物时不能一次性加入太多量，否则反应生成的产物会包裹在为反应的反应物外面阻止反应的进一步进行，从而聚结、粘黏在器壁及玻璃棒上；

(3)在干燥完产物后，将产物碾磨成细腻的小颗粒；

(4)防火涂料应该均匀且薄的附在三夹板上；

(5)在合成过程中，如果能够使自动搅拌代替人工搅拌，则产物的结出更好更细腻。

参考文献：