聚磷酸銨(ammonium polyphosphate，APP)是一種重要的無(wú)鹵磷系阻燃劑，該物質(zhì)于1857年首次通過(guò)將P2O5與NH3反應(yīng)生成，其別名稱為多聚磷酸銨或縮聚磷酸銨。按其聚合度大小，可分為低聚、中聚、高聚三種。其聚合度越高，水溶性越小，反之亦然。按其結(jié)構(gòu)可分為結(jié)晶形和無(wú)定型。結(jié)晶態(tài)聚磷酸銨為長(zhǎng)鏈狀水不溶性聚磷酸鹽。 APP通式為(NH4)n+2PnO3n+1，外觀呈白色粉末狀，其中聚合度n在10-20之間為水溶性，稱為短鏈APP；n 大于20為水難溶性的長(zhǎng)鏈APP。N的高低是影響APP性能的主要因素。由于它含磷、含氮量高，在阻燃過(guò)程中磷、氮具有協(xié)同阻燃效應(yīng)，熱穩(wěn)定性好，阻燃效能高等優(yōu)點(diǎn)，因而阻燃效果優(yōu)于單含磷阻燃劑或單含氮阻燃劑。作為近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的磷系無(wú)機(jī)阻燃劑，尤其是高聚合度的聚磷酸銨，在材料、涂料等許多領(lǐng)域里得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)外常見APP的n可達(dá)幾百甚至上千，如德國(guó)Hoeehst的Exolit 422，n >700。目前我國(guó)高聚合的APP產(chǎn)品生產(chǎn)工藝較為落后，高聚合度的APP產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口。
聚磷酸銨作為膨脹型阻燃劑的基礎(chǔ)材料被廣泛應(yīng)用于阻燃領(lǐng)域，隨著全球阻燃劑朝無(wú)鹵化方向發(fā)展，以聚磷酸銨為主要原料的膨脹型阻燃劑成為產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)，特別是需求較大的是聚合度高的Ⅱ-型聚磷酸銨。
1.聚磷酸銨作為阻燃劑的應(yīng)用范圍
阻燃劑主要用于阻燃材料合成和天然高分子材料，包括塑料、橡膠、纖維、木材、紙張、涂料等。據(jù)粗略估計(jì)，全球阻燃劑的 65%～70%用于阻燃塑料，20%用于橡膠，5%用于紡織品，3%用于涂料，2%用于紙張及木材。其中電子/電氣、運(yùn)輸、建材、家具、紡織等行業(yè)為阻燃劑的幾大用戶。
據(jù)資料報(bào)道，美國(guó)和加拿大等國(guó)家，在20世紀(jì)60～70年代，廣泛地采用聚磷酸銨來(lái)?yè)渚壬只馂?zāi)。德國(guó)Erich Rohl化學(xué)大廠對(duì)撲救森林、木材和建筑物火災(zāi)的滅火劑進(jìn)行了廣泛地研究，指出采用聚磷酸銨滅火劑對(duì)植被、木材、建筑物有很好的黏附能力，可減少滅火劑的用量，該滅火劑環(huán)境友好型滅火劑。
2.聚磷酸銨作為阻燃劑的阻燃機(jī)理
APP的阻燃機(jī)理是受熱脫水后生成聚磷酸脫水劑，促使有機(jī)物表面脫水生成碳化物，加之生成的非揮發(fā)性磷的氧化物及聚磷酸對(duì)基材表面進(jìn)行覆蓋，隔絕空氣從而達(dá)到阻燃的目的。APP在225℃左右熱分解生成磷酸，高于300℃ 進(jìn)一步脫水形成聚磷酸或聚偏磷酸。聚磷酸銨由于同時(shí)含有氮元素，受熱分解釋放出CO2、NH3 等氣體，這些氣體不易燃燒，從而阻斷了氧的供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了阻燃增效和協(xié)同效應(yīng)的目的，同時(shí)氮的增效和協(xié)同作用使該阻燃劑不僅具有良好的阻燃性能，而且還具有發(fā)煙量少、不產(chǎn)生有毒氣體及具有自熄性等特點(diǎn)。
水性聚氨酯主要用于織物,皮革,建筑材料等等,這些材料在使用時(shí)如未經(jīng)阻燃處理,會(huì)成為引發(fā)火災(zāi)的潛在隱患。因此水性聚氨酯的阻燃化是水性聚氨酯功能化的重要方向之一。水性聚氨酯以水為介質(zhì),由于水不爆、無(wú)毒不燃、、無(wú)味,不污染環(huán)境,不會(huì)危害操作人員的身體健康,能顯著降低產(chǎn)品的成本,故越來(lái)越引起人們的重視 。
根據(jù)阻燃劑在水性聚氨酯中的存在方式,可以將阻燃水性聚氨酯分為共混復(fù)配型和反應(yīng)型兩大類。反應(yīng)型阻燃水性聚氨酯,阻燃劑作為水性聚氨酯的反應(yīng)單體,參與水性聚氨酯的合成反應(yīng),最后成為水性聚氨酯結(jié)構(gòu)單元的一部分；共混復(fù)配型阻燃水性聚氨酯,阻燃劑以物理方式分散在水性聚氨酯中。
目前阻燃水性聚氨酯的研究主要集中在反應(yīng)型阻燃上,其中又以研究含磷反應(yīng)型阻燃的居多,其次為鹵系,硅阻燃水性聚氨酯的研究并不多見。主要原因可能是由于鹵素的毒性和不環(huán)保,與水性聚氨酯的環(huán)保無(wú)毒要求不符,但是由于鹵系阻燃劑巨大的市場(chǎng)占有率和優(yōu)異的阻燃效果,開發(fā)鹵系阻燃水性聚氨酯仍有很大的實(shí)際意義;硅作為單純的阻燃元素其阻燃效果并不佳,需要與其它阻燃劑或化合物如二堿式亞磷酸鉛、三堿式硫酸鉛、碳酸鈣、氫氧化鋁(或氫氧化鎂) 、硼酸鋅等協(xié)同使用, 才能達(dá)到理想的阻燃效果。當(dāng)其與有機(jī)鉛化合物混合使用時(shí), 阻燃材料燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒氣體,因而研究亦不多。目前硅改性水性聚氨酯的研究主要都集中在提高水性聚氨酯固色、柔軟、手感、耐溶劑性及抗靜電性等方面。
水性聚氨酯作為目前聚氨酯行業(yè)的研究熱點(diǎn),研究其阻燃化具有巨大的市場(chǎng)價(jià)值。從目前的發(fā)展趨勢(shì)看,環(huán)保型無(wú)毒阻燃水性聚氨酯是科研工作者的研究熱點(diǎn),鹵系阻燃水性聚氨酯仍然吸引著部分研究者的目光。從現(xiàn)有的文獻(xiàn)來(lái)看,合成研究的多,應(yīng)用評(píng)價(jià)的少,阻燃效果研究的多,阻燃機(jī)理研究的少。因此,在未來(lái)的幾年內(nèi),進(jìn)一步考察阻燃水性聚氨酯的應(yīng)用性能,研究阻燃劑在其中的作用機(jī)理,仍是阻燃水性聚氨酯重要的研究方向。
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