聚磷酸铵的改性研究进展

道　嘉霉　

成　都　）　科　技　有　限　

司　

一　０　０　—　１前言　

聚磷酸铵又称多聚磷酸铵或缩聚磷酸铵，英文名为ａｍｍＯｎｉｕｍ　ｐｏｌｙｐｈｏｓｐｈａｔｅ，简称为ＡＰＰ。聚磷酸铵属于无分支的长链聚合物，分　

子结构通式为（ＮＨ　）　ＰｎＯ　。聚磷酸铵是一种含Ｎ和Ｐ的聚磷酸盐，　

按其聚合度可分为低聚、中聚以及高聚３种，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。　

聚磷酸铵为白色结晶或无定形微细粉末。聚磷酸铵无毒无味，不产　

生腐蚀气体，吸湿性小，热稳定性高，是一种性能优良的非卤阻燃剂。　

１９６５年美国孟山都公司首先开发成功。从２０世纪７０年代初，日本、前　

西德、前苏联等开始大量生产，我国从２０世纪８０年代开始研制该类产　

品，主要用途为阻燃剂，以替代传统的含卤阻燃剂。　

聚磷酸铵的含磷量高达３０％～３２％，含氮为１４％～１６％。这类阻燃　

剂最突出的特征是燃烧时的生烟量极低，不产生卤化氢。用作阻燃剂的　

聚磷酸铵属于结晶态ＡＰＰ，是一种不溶于水的长链状聚磷酸铵盐。ＡＰＰ　含磷量大、含氮量高，磷氮体系产生协同效应，阻燃性好，应用过程中　

具有不挥发性、不产生腐蚀性气体、效果持久、安全性能好等优点。聚　磷酸铵具有较强的吸湿性，容易团聚。而要发挥聚磷酸铵的优异阻燃性　

能，良好的分散性是前提，即聚磷酸铵必须均匀而稳定的存在于应用体　

系中。聚磷酸铵主要的应用领域有：塑料、防火涂料、聚氨酯泡沫、灭　

火剂等，其中阻燃塑料的潜在用量最大。因此本文将着重介绍阻燃塑料　

用聚磷酸铵的表面改性处理。　

２阻燃塑料用聚磷酸铵的表面改性处理要求　

作阻燃塑料用途的聚磷酸铵主要强调两个应用指标：高粘分散性和　

易加工性。　２．１高粘分散性　

为了提高塑料型材的强度并降低成本，增加塑料的阻燃性能，阻燃　塑料配方中的无机填料添加量越来越大，树脂的比例越来越小，各组分　

间的相容性和润滑性就越发困难，容易导致塑料的｝昆合粉料在高温混炼　

聚磷酸铵结构

聚磷酸铵是一种无机高分子化合物，其化学式为(NH4PO3)n，其中n为聚合度。聚磷酸铵是一种白色粉末，易溶于水，具有良好的阻燃性能和热稳定性，因此被广泛应用于防火材料、电子材料、涂料等领域。

聚磷酸铵的结构是由磷酸铵分子通过缩合反应形成的。磷酸铵分子是由一个磷酸根离子和一个铵离子组成的，其化学式为NH4H2PO4。在高温下，磷酸铵分子会发生缩合反应，形成聚合度不同的聚磷酸铵分子。

聚磷酸铵的结构中，磷酸铵分子通过氧原子和磷原子之间的化学键相连，形成了一个线性的聚合物链。聚合物链上的磷酸铵分子之间通过氢键相互作用，形成了一个三维的网状结构。这种结构使得聚磷酸铵具有良好的热稳定性和阻燃性能。

聚磷酸铵的结构中，磷酸铵分子的缩合反应是一个放热反应，因此需要在高温下进行。在缩合反应过程中，磷酸铵分子会失去一部分水分子，形成聚合度更高的聚磷酸铵分子。聚磷酸铵的聚合度越高，其分子量越大，热稳定性和阻燃性能也越好。

总之，聚磷酸铵是一种具有良好热稳定性和阻燃性能的无机高分子化合物。其结构是由磷酸铵分子通过缩合反应形成的，具有线性聚合物链和三维网状结构。聚磷酸铵的聚合度越高，其分子量越大，热稳定性和阻燃性能也越好。

１４　杭州化工２００７．３７（４）　

聚磷酸铵的生产工艺及改性技术进展　

崔小明，聂颖　（北京燕山石油化工公司研究院，北京１０２５５０）　

摘要：介绍了聚磷酸铵的生产方法以及改性技术进展，并指出了其今后的发展趋势。　关键词：聚磷酸铵；阻燃剂；生产工艺；改性技术　

聚磷酸铵（Ａｍｍｏｎｉｕｍ　Ｐｏｌｙｐｈｏｓｐｈａｔｅ，简称　ＡＰＰ）是一种含磷、氮的无机聚合物，最早由美国　孟山都公司开发应用，分子通式为（ＮＨ４）　＋２　ＰｎＣｈ　＋１，外观呈白色粉末状，当ｎ足够大时也可　以写成（ＮＨ４　ＰＯ３）　。由于其具有含磷量高、含氮　量大、热稳定性好、水溶性小、接近于中性、阻燃效　能高等优点，因此作为膨胀型阻燃剂的基础材料，　被广泛应用于阻燃领域。以ＡＰＰ为主要原料的　膨胀型阻燃剂已成为研究开发的热点。我国自　２０世纪８０年代开始研制ＡＰＰ的合成与应用，目　前生产能力和产量仍不能满足国内实际需求，需　要大力发展。　１聚磷酸铵的物化性质　根据聚合度的大小，ＡＰＰ可分为短链ＡＰＰ（　ｎ＝１０～２０）和长链ＡＰＰ（ｎ＞２０）两大类。目前　已知的ＡＰＰ有５种不同的晶体结构…１：即Ｉ型、　Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型和Ｖ型。其中Ｉ型晶粒外观呈　多孔性颗粒状物质，表面具有不规则结构，是线形　结构的缩聚物；ＩＩ型具有规则的外表面，均属正交　（斜方）晶系，结构紧密，颗粒表面圆滑，为带较长　支链的缩聚物，并发生若干交联结构；ＨＩ型为中间　体；１Ｖ型和Ｖ型为高温下稳定的结构。几种晶体　结构之间在不同条件下可以互相转换。Ⅲ型、Ⅳ　型的结晶状态是不稳定的，其中Ⅱ型、Ｖ型难溶于　水，状态稳定；但对Ｖ型，目前尚未报道切实可行　的制造方法。用做阻燃剂的聚磷酸铵主要类型为　Ｉ型和Ⅱ型。由于Ｉ型晶粒结构的氧键露置于表　面，极易吸引水分而发生水解反应，容易发生吸湿　现象；而Ⅱ型ＡＰＰ中支链的存在包围了氧键，使　其吸引水分子困难，水解反应困难，具有较低的水　溶性，且不易发生吸湿现象，另外其聚合度也比Ｉ　型ＡＰＰ高。在通常的温度和湿度下性质比较稳　定，可以长期稳定贮存。高聚合度聚磷酸铵通常　是指Ⅱ型的ＡＰＰ。　２聚磷酸铵的生产方法　ＡＰＰ的生产方法很多，目前常用的生产方法　主要有磷酸与尿素缩合法，磷酸二氢铵与尿素缩　合法以及五氧化二磷与磷酸铵化合法３种。　２．１磷酸与尿素缩合法　磷酸与尿素缩合法是工业中合成聚磷酸铵最　常见、最实用的方法　］。该法在反应中，尿素既是　氮源，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铵的脱水缩聚。具　体的合成过程为：将一定质量配比的磷酸和尿素　加入到反应釜中，在釜中混合溶解，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，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，最后经粉碎得到成品。在生产　过程中，有多个因素影响产品的质量，如原料配　比、缩合温度和时间、料层高度以及氨气分压等。　为了使缩合反应完全，需要提高含氮量和聚合度。　尿素使用量少，缩合不完全，聚合度低，含氮量也　低；尿素使用量多，氨的损失增大，且不易固化；加　热所需要时间取决于温度，温度越高，完成缩聚的　时间越短，脱氨速度也越快，但氨的损失也增大。　此外，料层过高易导致温度不均匀，反应速度不　一；反应温度低，缩聚时间需要延长，否则聚合度　不高，难以固化；

第２９卷第４期　２０１２年４月　印染助剂　ＴＥＸＴＩＬＥ　ＡＵＸＩＬＩＡＲＩＥＳ　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．４　Ａｐｒ．２０１２　

表面改性Ⅱ一型聚磷酸铵整理织物　

阻燃效果及手感性能的研究　

闫坤　，蔡再生　，　

（１．东华大学生态纺织教育部重点实验室，上海２０１６２０；　李云峰　

２．浙江科峰Ｋ．ｚ－有限公司，浙江杭州３１４４２３）　

摘　要：利用正硅酸四乙酯　Ｅ０ｓ）和甲基三甲氧基硅烷（ＭＴＭＳ）水解缩合生成聚硅氧烷，用其对Ⅱ一型聚磷酸铵（ＡＰＰ一１Ｉ）进行　疏水化改性，探讨了各因素对疏水化改性的影响，以确定最佳条件，并比较改性前后聚磷酸铵涂覆整理涤纶提花布的阻燃效果和手感．　关键词：聚磷酸铵；聚硅氧烷；疏水改性；阳燃效果；手感　

中图分类号：ＴＱ３４０．６５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４—０４３９（２０１２）０４—００４２—０４　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｆｌａｍｅ　ｒｅｔａｒｄａｎｃｅ　ａｎｄ　ｈａｎｄｌｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　

１１—－ｔｙｐｅ　ａｍｍｏｎｉｕｍ　ｐｏｌｙｐｈｏｓｐｈａｔｅｓ　ｔｒｅａｔｅｄ　ｆａｂｒｉｃ　

ＹＡＮ　Ｋｕｎ　，ＣＡＩ　Ｚａｉ—ｓｈｅｎ９ｚ，ＬＩ　Ｙｕｎ－ｆｅｎｆ　

ｆ１．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｅｃｏ—Ｔｅｘｔｉｌｅ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｄｏｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１６２０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｋｅ￣ｎｇ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１４４２３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏｌｙｓｉｌｏｘａｎｅ　ｗａｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ　ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ　（ＴＥＯＳ）ａｎｄ　ｍｅｔｈｙｌ　ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ（ＭＴＭＳ），ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆⅡ一ｔｙｐｅ　ａｍ—　ｍｏｎｉｕｍ　ｐｏＩｙｐｈｏｓｐｈａｔｅｓ（ＡＰＰ一Ⅱ）．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉ—　ｇａｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　Ｔｈｅ　ｆｌａｍｅ　ｒｅｔａｒｄａｎｃｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ａｎｄ　ｈａｎｄｌｅ　ｏｆ　ｓｕｅｄｅ　ｐｏｌｙｅｓ—　ｔｅｒ　ｆａｂｒｉｃ　ｆｉｎｉｓｈｅｄ　ｂｙ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ＡＰＰ一Ⅱｗａｓ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏＩ　ｓａｍｐｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｍｍＯｎｉｕｍ　ｐＯＩｙｐｈＯｓｐｈａｔｅｓ：ｐｏｌｙｓｉｌｏｘａｎｅ；ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｆｌａｍｅ　ｒｅｔａ　ｒｄａｎｔ　ｅｆｆｅｃｔ；　ｈａｎｄｌｅ