专利名称：一种聚磷酸铵的连续生产方法
技术领域：
本发明涉及一种聚磷酸铵的连续生产方法，属于无机阻燃材料的制备领域。
背景技术：
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，可单独或与其它阻燃剂复合使用。可广泛用于涂料、塑料、橡胶、纤维、纸张、木材和粘结剂等的防火阻燃，也可作为干粉灭火器用于森林、煤田等的大面积灭火。它的一个重要用途是用于膨胀型防火涂料中作为膨胀催化剂，使涂膜炭化膨胀形成蜂窝状隔热层，阻燃效果显著。
聚磷酸铵是近30年来国外迅速发展起来的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 n＝5-2000我国自上世纪80年代开始研制生产，一直处于规模小，水平低的状况。国内生产聚磷酸铵的厂家也不多，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。1999年我国国内阻燃剂的产量约为5.98万吨，其中，磷系阻燃剂的产量为2400吨。2001年APP的总产量约为3500吨/年。相比国外美国1998年的消耗量已经达到了5.7658万吨/年，日本1995年消耗量已经达到了1.917万吨/年。我们的产量远不能满足需求；随着我国国民经济的高速发展以及卤素阻燃剂的禁用，磷系阻燃剂的需求必定会大大的增加，作为磷系阻燃剂中的一个重要产品，聚磷酸铵的需求也将增加。
据有关聚磷酸铵的科研报道，目前生产的APP聚合度较低。未见有高聚合度APP的工业化生产。高聚合度的APP其阻燃性能明显增强，吸湿性减弱，热稳定性增强，因此发展高聚合度APP迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种聚磷酸铵的连续生产方法。生产的聚磷酸铵含氮量高，聚合度高，质量好，整个生产过程可以连续化，以流水线方式作业，产量大。
本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
聚磷酸铵的连续生产方法将液态氨气储罐引来的液氨在汽化罐中进行汽化，氨气通过加热器加热到0-350℃，在压力0.05-1.5MPa下将热氨气通入长径比为20-100的螺杆挤出机，从螺杆挤出机的侧加料口加入干燥后的五氧化二磷和磷酸氢二铵，五氧化二磷和磷酸氢二铵的摩尔比为0.1-10，于温度25-400℃，转速5-600r/min，反应0.5-60min，聚磷酸铵通过螺杆挤出机机头后，进入气/固分离器，获得的聚磷酸铵直接进入粉碎机进行粉碎和包装，氨气则通过冷凝器、加热器后进行反复利用。
聚磷酸铵聚合度为15-2000的I型、II型聚磷酸铵或I型和II型聚磷酸铵的混合物。
螺杆挤出机为单螺杆挤出机、往复式单螺杆挤出机、同向和异向旋转双螺杆挤出机和四螺杆挤出机中的任一种。
氨气加热器的加热形式为电加热、蒸汽加热、煤加热和天然气加热中的任一种。
本发明具有以下优点1)常规的聚合磷酸铵生产方法为间歇法，本发明是采用的是螺杆挤出机连续法生产方法，反应时间短，产量大，运行成本低，维护方便；2)生产过程中氨气无泄露，可以回收利用，环保友好；
3)本发明生产的聚磷酸铵含磷量大、含氮量高，最高分别可达71％和15％，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；4)本发明生产的聚磷酸铵可以达到高聚合度，水溶性低、在水中基本不溶，在一般有机溶剂中完全不溶，吸湿性小，用于防火涂料或干粉灭火剂性能优良；5)本发明生产的聚磷酸铵粒细、色白、分散性好，其混入涂料、树脂中，不失其表面平滑性，特别适合当前超薄型钢结构防火涂料的生产需要。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1将长径比为20的双螺杆挤出机的工作温度控制在200℃，转速控制为200r/min。在换热器中将氨气加热到0℃，并以0.05MPa的压力通入到双螺杆挤出机中。与此同时，从双螺杆挤出机的侧加料口计量的加入彻底干燥后的五氧化二磷和磷酸氢二铵，五氧化二磷与磷酸氢二铵的摩尔比控制在0.1，加料速度控制在5kg/min。反应时间为0.5min。整个生产过程中由于氨气循环使用，无任何泄露。聚合磷酸铵经过气流粉碎机粉碎，包装机后得到成品。生产得到了II型聚合磷酸铵，细度254μm，聚合度n＝2000，热分解温度280℃。
实施例2将长径比为40的双螺杆挤出机的工作温度控制在200℃，转速控制为5r/min。在换热器中将氨气加热到200℃，并以1.5MPa的压力通入到双螺杆挤出机中。与此同时，从双螺杆挤出机的侧加料口计量的加入彻底干燥后的五氧化二磷和磷酸氢二铵，五氧化二磷与磷酸氢二铵的摩尔比控制在1.0，加料速度控制在5kg/min。所有物料在螺杆中的停留时间为10min。整个生产过程中由于氨气循环使用，无任何泄露。聚合磷酸铵经过气流粉碎机粉碎，包装机后得到成品。生产得到了II型聚合磷酸铵，细度127μm，聚合度n＝1000，热分解温度305℃。
实施例3将长径比为100的四螺杆挤出机的工作温度控制在300℃，转速控制为100r/min。在换热器中将氨气加热到350℃，并以0.4MPa的压力通入到四螺杆挤出机中。与此同时，从四螺杆挤出机的侧加料口计量的加入彻底干燥后的五氧化二磷和磷酸氢二铵，五氧化二磷与磷酸氢二铵的摩尔比控制在5.0，加料速度控制在10kg/min。所有物料在螺杆中的停留时间为25min。整个生产过程中由于氨气循环使用，无任何泄露。聚合磷酸铵经过气流粉碎机粉碎，包装机后得到成品。生产得到了II型聚合磷酸铵，细度85μm，聚合度n＝1500热分解温度295℃。
实施例4将长径比为30的单螺杆挤出机的工作温度控制在260℃，转速控制为20r/min。在换热器中将氨气加热到170℃，并以0.2MPa的压力通入到单螺杆挤出机中。与此同时，从单螺杆挤出机的侧加料口计量的加入彻底干燥后的五氧化二磷和磷酸氢二铵，五氧化二磷与磷酸氢二铵的摩尔比控制在0.7，加料速度控制在4kg/min。所有物料在螺杆中的停留时间为28min。整个生产过程中由于氨气循环使用，无任何泄露。聚合磷酸铵经过气流粉碎机粉碎，包装机后得到成品。生产得到了I型聚合磷酸铵，细度212μm，聚合度n＝15，热分解温度175℃。
实施例5将长径比为80的往复式单螺杆挤出机的工作温度控制在310℃，转速控制为600r/min。在换热器中将氨气加热到210℃，并以0.4MPa的压力通入到往复式单螺杆挤出机中。与此同时，从往复式单螺杆挤出机的侧加料口计量的加入彻底干燥后的五氧化二磷和磷酸氢二铵，五氧化二磷与磷酸氢二铵的摩尔比控制在10，加料速度控制在10kg/min。所有物料在螺杆中的停留时间为60min。整个生产过程中由于氨气循环使用，无任何泄露。聚合磷酸铵经过气流粉碎机粉碎，包装机后得到成品。生产得到了II型聚合磷酸铵，细度127μm，聚合度n＝110，热分解温度285℃。
权利要求
1.一种聚磷酸铵的连续生产方法，其特征在于将液态氨气储罐引来的液氨在汽化罐中进行汽化，氨气通过加热器加热到0-350℃，在压力0.05-1.5MPa下将热氨气通入长径比为20-100的螺杆挤出机，从螺杆挤出机的侧加料口加入干燥后的五氧化二磷和磷酸氢二铵，五氧化二磷和磷酸氢二铵的摩尔比为0.1-10，于温度25-400℃，转速5-600r/min，反应0.5-60min，聚磷酸铵通过螺杆挤出机机头后，进入气/固分离器，获得的聚磷酸铵直接进入粉碎机进行粉碎和包装，氨气则通过冷凝器、加热器后进行反复利用。
2.按照权利要求1所述聚磷酸铵的连续生产方法，其特征在于聚磷酸铵聚合度为15-2000的I型、II型聚磷酸铵或I型和II型聚磷酸铵的混合物。
3.按照权利要求1所述聚磷酸铵的连续生产方法，其特征在于螺杆挤出机为单螺杆挤出机、往复式单螺杆挤出机、同向和异向旋转双螺杆挤出机和四螺杆挤出机中的任一种。
4.按照权利要求1所述聚磷酸铵的连续生产方法，其特征在于氨气加热器的加热形式为电加热、蒸汽加热、煤加热和天然气加热中的任一种。
全文摘要
本发明公开了一种聚磷酸铵的连续生产方法，其特点是将液态氨气储罐引来的液氨在汽化罐中进行汽化，氨气通过加热器加热到0－350℃，在压力0.05－1.5MPa下将热氨气通入长径比为20－100的螺杆挤出机，从螺杆挤出机的侧加料口加入干燥后的五氧化二磷和磷酸氢二铵，五氧化二磷和磷酸氢二铵的摩尔比为0.1－10，于温度25－400℃，转速5－600r/min，反应0.5－60min，聚磷酸铵通过螺杆挤出机机头后，进入气/固分离器，获得的聚磷酸铵直接进入粉碎机进行粉碎和包装，氨气则通过冷凝器、加热器后进行反复利用。
文档编号C09K21/00GK1994873SQ20061002268
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者张爱民, 李云勇, 周涛, 胡全华 申请人:四川大学