聚合磷酸铝的性质及生产制备工艺

聚合磷酸铝又可称为缩合磷酸铝，其作为一种具有特殊性质的功能型无机高聚物渐渐被人们所关注。与次磷酸铝，二乙基次膦酸铝等产品的性质，作用机理，用途完全不同。聚合磷酸铝在国外20世纪年代初就有生产和应用。聚合磷酸铝主要在无机胶黏剂、涂料、无机建材、陶瓷和无机模塑材料等领域中用作固化剂和黏结剂。聚合磷酸铝为白色粉末晶体，相对密度为2.3~3.5，无毒，无臭，不溶于水，加热后可溶于盐酸、硝酸，高温下不熔融而成为胶状体，具有很好的耐热性，属于弱酸性固体酸，酸度高而酸强度弱，因而与碱性硅酸盐反应缓和，这也是其具有出色固化性能的原因。

性质及生产制备工艺：聚合磷酸铝的固化性能取决于其缩合度，缩合度又与配料比和煅烧温度有关，煅烧温度越高，缩合度就越高，相应的固化速度则越慢。因此，有关聚合磷酸铝的制备，国内外文献报道的主要工艺为采用不同原料及投料比、不同煅烧温度和煅烧时间制备聚合磷酸铝。主要有以下六种方法。

1，在微波条件下，使磷酸与氢氧化铝的混合物反应和合成。将氢氧化铝和磷酸按摩尔比加水混合拌匀，将拌匀的混合物放人微波炉中，选择解冻加热模式，对混合物进行辐射，再选择750W对混合物进行加热，经水化、烘干、研磨得到白色三聚磷酸铝粉末产品。将三聚磷酸铝粉末产品再放人微波炉中以900W功率辐射，得到偏磷酸铝粉末产品。该方法能将原工艺的反应和聚合合二为一，缩短了合成时间，节约了能源、设备和提高了生产效率。由于微波穿透作用，合成不受物料量的限制，提高了三聚磷酸铝和偏磷酸铝的合成率。

2，以铝矾土或氧化铝凝胶和磷酸为原料，按n(P2O5）·n(Al2O3）=1.1~3反应得到酸式磷酸铝，经*段低于400℃煅烧至恒重，然后在第二段500~600℃进一步缩合反应至恒重，冷却粉碎后得到*终产物。这种工艺虽简单，但因需要蒸发大量水分，能耗较高，且产物不易粉碎。

3，采用固-固反应工艺以减少设备腐蚀，先用球磨机将氢氧化铝和磷酸铵盐【控制n(P2O5）：n（Al2O3）=2~3]混合均匀，过筛后将其放人瓷坩埚，并在加热炉内采用程序升温的加热方式进行反应，反应温度和反应时间是关键，这将决定聚合磷酸铝在水玻璃中的固化速度和固化性能。如：物料只在200℃、16h，250C、3.5h下进行充分反应，以免原料在高温下分解，然后在300℃、3h，390℃、1.5h，550℃、3h下进行缩合反应，反应所得产物经粉碎、过筛就可得到产品。该工艺所用原料均为固体，只含少量水分，因此能耗相对较低；产物易粉碎，无需购买昂贵的粉碎设备。

4，以磷酸与氢氧化铝为原料一步法的生产工艺：将直接法（即反应）制得的正磷酸铝溶液与热空气分别以喷雾方式通人流化床反应塔，正磷酸铝在300~600C的高温下进行脱水缩合反应，产品可直接从塔底出料，无需粉碎即可使用。该工艺*好处是可实现连续化生产，缩合温度易于调控。如在300~400℃下可得到用于快速固化的固化剂；在400~600℃下则得到用于慢固化的固化剂。

5，采用复分解反应工艺：以水溶性碱金属聚磷酸盐（如焦磷酸钠、三偏磷酸钠、六偏磷酸钠等）和水溶性铝盐（如硫酸铝、硝酸铝、明矾等）为原料，按n（P2O5）：n（Al2O3）=1.1~3在水溶液中进行复分解反应得到磷酸铝沉淀，过滤，洗涤，烘干，然后只需在400~500℃下煅烧1~3h，粉碎后就可得到聚合磷酸铝产品。该工艺比两步煅烧工艺节能且所得产品颗粒细。

6，以氢氧化铝和聚磷酸为原料，n(P)/n(Al)=2.5~3.5，混合物料用捏合机在150~200℃下辗细、捏合约1h，氢氧化铝和聚磷酸反应生成砂状粉末，然后在400~600℃下煅烧1h，得到聚磷酸铝产品。该工艺优点在于工艺简单，流程短，产量大，所得产品杂质含量很低。

聚合磷酸铝的固化机理至今仍不十分清楚，一般认为固化反应是按下列历程进行：首先是聚合磷酸铝在碱性溶液中缓慢水解，并释放出H+，H+促进了硅酸钠胶体化，生成二氧化硅胶体；随着水分蒸发，二氧化硅胶体缩合成-Si-O-Si-网状涂膜，同时硅酸盐中的碱金属离子与释放出质子后的聚合磷酸铝生成一种不溶于水的复盐而被固定，因此所形成的涂膜不仅具有较好的耐水性，而且坚硬。