一種黃磷氧化燃燒直接合成氮磷阻燃劑的生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種黃磷氧化燃燒直接合成氮磷阻燃劑的生產方法。特別是一種聚合磷酸銨氮磷阻燃劑的新合成工藝。
【背景技術】
[0002]自上個世紀70年代以來，國外阻燃劑迅速發展，消費量和品種急劇上升。在塑料行業眾多的助劑中，阻燃劑的消耗量目前已躍居第二位，成為僅次于增塑劑的大品種。目前使用的阻燃劑主要有無機阻燃劑如銻系、三氧化二鋁等以及有機阻燃劑如鹵系和磷系。
[0003]鹵系阻燃劑在燃燒時發煙量大，并產生有毒氣體，現逐漸被淘汰。無機阻燃劑燃燒時雖然發煙量很低，且不產生有毒氣體，但添加量較大，常會影響制品的物性和機械性能。P-系阻燃劑發煙量小，但大多為低分子的磷酸鹽，通常為液體，揮發性大，耐熱性不高，因此磷系阻燃劑正向高分子量方向發展。N-系阻燃劑單獨使用時，則阻燃效果較差。當N-系阻燃劑與P-系阻燃劑復配或用同時含有N-P的化合物作阻燃劑時，由于N-P的協同作用，顯示出良好的阻燃性能，其發煙量小，可自熄，不產生有毒氣體，故被公認為是今后阻燃劑發展的方向。
【發明內容】
[0004]本發明的目的針對常規阻燃劑在生產應用中存在的一些問題，開發出了一種黃磷氧化燃燒直接合成氮磷阻燃劑的生產方法。
[0005]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現。
[0006]—種黃磷氧化燃燒直接合成氮磷阻燃劑的生產方法，其特征在于:黃磷熔融進入氧化燃燒反應器，與空氣燃燒生成氣態P2O5，再進入管式反應器與氣氨和水蒸氣反應得到偏磷酸銨，并在高溫下進行熱聚合，直接合成得到含P2O5 68?72%，N13?15%的聚合磷酸銨氮磷阻燃劑。所述工藝過程分為:
[0007]1.黃磷經熔磷槽加熱熔融，進入黃磷氧化燃燒反應器，與過量空氣進行氧化燃燒生成氣態P2O5，并控制氣態P2O5反應溫度在350?450°C。
[0008]2.氣態P2O5進入管式反應器與氨氣和水蒸氣進行氣-氣反應，控制反應溫度在350?420°C，獲得氣態偏磷酸銨，加入冷空氣快速冷卻150°C以下，通過沉降分離獲得固體偏磷酸銨；
[0009]3.偏磷酸銨直接進入高溫反應器進行聚合反應，經過冷卻后得到含P2O5 68?72%，N 13?15%的聚合磷酸銨氮磷阻燃劑產品。
[0010]所述步驟I中，以黃磷(P4)和空氣中的氧含量計算，空氣的過量系數控制為2.0-2.5；
[0011 ] 所述步驟2中,P2O5和NH3和水蒸氣的投料摩爾比為1:2.4:0.9;
[0012]所述步驟2中，冷空氣量為黃磷氧化燃燒所用空氣量的I倍；
[0013]所述步驟3中，偏磷酸銨高溫聚合反應溫度為250?350°C;
[0014]所述步驟3中，聚合反應器氣相氨的質量濃度為1-3%。
[0015]磷酸銨系阻燃劑其阻燃原理是在燃燒過程中形成偏磷酸或聚磷酸等高粘酸性物質附著于材料表面，隔絕氧氣，并促進成炭劑物質或發泡物質分解形成耐熱炭層，起到隔熱、隔氧、抑煙的阻燃作用。
[0016]本發明合成的聚合磷酸銨氮磷阻燃劑與現有鹵素阻燃劑技術相比有以下優點:本發明所述的合成聚合磷酸銨氮磷阻燃劑新工藝具有獨創性，目前未見任何文獻資料報道；本發明所述的合成聚合磷酸銨氮磷阻燃劑不含鹵素、阻燃效果好、應用范圍廣、符合環保要求;本發明所述的阻燃劑通過磷、氮元素的協同作用，提高了對高分子材料的阻燃效果，減少阻燃劑的用量，降低阻燃材料的成本;本發明工藝生產條件簡單、產率較高、后處理過程簡便。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的工藝流程簡圖。
【具體實施方式】
[0018]本發明工藝將在下述實施例中加以詳細說明。
[0019]實施例1
[0020]投料量為10kg/h的黃磷經充分燃燒后生成的P205、投料量為6.5kg/h的氨氣和投料量為2.7kg/h的水蒸氣在文丘里管反應器里380°C下反應，后面經冷析器冷卻，旋風除塵器和布袋除塵器收集得到偏磷酸銨進入高溫反應器在250?350°C進行聚合反應，經過冷卻后得到含P2O5 68?72%，N 13?15%的聚合磷酸銨氮磷阻燃劑產品。
[0021 ]經研究我們發現，云南省化工研究院上世紀70年代開發的偏磷酸銨磷復肥，其偏磷酸銨結構具有較好的阻燃性能，可以滿足市場客戶提出的水溶性P、N阻燃劑的質量標準，因此根據本發明提供的聚合磷酸銨氮磷阻燃劑合成新工藝，能夠擴大磷氮系阻燃劑產品的多元化，開辟新型磷氮系阻燃劑生產及應用，提高磷資源的附加值，延伸磷化工產品鏈，具有重要意義。
[0022]實施例2
[0023]投料量為12kg/h的黃磷經充分燃燒后生成的P205、投料量為7.8kg/h的氨氣和投料量為3.2kg/h的水蒸氣在文丘里管反應器里390°C下反應，后面經冷析器冷卻，旋風除塵器和布袋除塵器收集得到偏磷酸銨進入高溫反應器在250?350°C進行聚合反應，經過冷卻后得到含P2O5 68?72%，N 13?15%的聚合磷酸銨氮磷阻燃劑產品。
[0024]實施例3
[0025]投料量為15kg/h的黃磷經充分燃燒后生成的P205、投料量為9.8kg/h的氨氣和投料量為4.0kg/h的水蒸氣在文丘里管反應器里410°C下反應，后面經冷析器冷卻，旋風除塵器和布袋除塵器收集得到偏磷酸銨進入高溫反應器在250?350°C進行聚合反應，經過冷卻后得到含P2O5 68?72%，N 13?15%的聚合磷酸銨氮磷阻燃劑產品。
[0026]本發明的方法與產品已通過較佳實施例進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本
【發明內容】
、精神和范圍內對本文所述的方法和產品進行改動或適當變更與組合，來實現本發明技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發明精神、范圍和內容中。
【主權項】
1.一種黃磷氧化燃燒直接合成氮磷阻燃劑的生產方法，其特征在于:黃磷熔融進入氧化燃燒反應器，與空氣燃燒生成氣態P2O5，再進入管式反應器與氣氨和水蒸氣反應得到偏磷酸銨，并在高溫下進行熱聚合，直接合成得到含P2O5 68?72%，N13?15%的聚合磷酸銨氮磷阻燃劑;其所述工藝過程分為: (1)黃磷經熔磷槽加熱熔融，進入黃磷氧化燃燒反應器，與過量空氣進行氧化燃燒生成氣態P2O5，并控制氣態P2O5反應溫度在350?450°C。 (2)氣態P2O5進入管式反應器與氨氣和水蒸氣進行氣-氣反應，控制反應溫度在350?420°C，獲得氣態偏磷酸銨，加入冷空氣快速冷卻150°C以下，通過沉降分離獲得固體偏磷酸銨； (3)偏磷酸銨直接進入高溫反應器進行聚合反應，經過冷卻后得到含P2O568?72%，N13?15%的聚合磷酸銨氮磷阻燃劑產品。2.根據權利要求1所述的一種黃磷氧化燃燒直接合成氮磷阻燃劑的生產方法，其特征在于，所述步驟(I)以黃磷(P4)和空氣中的氧含量計算，空氣的過量系數控制為2.0-2.5。3.根據權利要求1所述的一種黃磷氧化燃燒直接合成氮磷阻燃劑的生產方法，所述步驟(2)中氣態P2O5與氨氣(NH3)和水蒸氣(H2O)的摩爾比為1:2.4:0.9,氣態偏磷酸銨快速冷卻加入的冷空氣量為黃磷氧化燃燒所用空氣量的I倍。4.根據權利要求1所述的一種黃磷氧化燃燒直接合成氮磷阻燃劑的生產方法，其特征在于，所述步驟(3)中，偏磷酸銨高溫聚合反應溫度為250?350°C，聚合反應器氣相氨的質量濃度為1-3 %。
【專利摘要】本發明公開一種黃磷氧化燃燒直接合成氮磷阻燃劑的生產方法，其特征在于：黃磷熔融進入氧化燃燒反應器，與空氣燃燒生成氣態P2O5，再進入管式反應器與氣氨和水蒸氣反應得到偏磷酸銨,并在高溫下進行熱聚合，直接合成得到含P2O5？68～72％，N13～15％的聚合磷酸銨氮磷阻燃劑。本發明的工藝生產條件簡單、產率較高、后處理過程簡便，得到的聚合磷酸銨氮磷阻燃劑產品不含鹵素、阻燃效果好、應用范圍廣、符合環保要求。
【IPC分類】C01B25/40, C08K3/32
【公開號】CN105502327
【申請號】CN201510995615
【發明人】曾波, 馬航, 陳云建
【申請人】云南省化工研究院
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月28日