Полифосфат аммония: описание, свойства, применение

Полифосфат аммония – это соединение, которое широко используется для производства удобрений и лакокрасочных материалов, обладающих огнезащитными свойствами. Его структура формируется при слиянии мономерных ортофосфатов в одну полимерную цепь. Исходным сырьем для получения вещества являются фосфорная кислота и аммиак.

Описание

Полифосфат аммония (или ammonium polyphosphate, согласно международному названию) представляет собой высокомолекулярную неорганическую соль, получаемую из фосфорной кислоты.

Химическая формула вещества: (NH₄PO₃)_n. Его кристаллическая структура может быть двух видов:

• I тип (число мономерных звеньев n = 100-200).

• II тип (n > 1000). Такое соединение имеет более сложную структуру, больший молекулярный вес и термическую стабильность, хуже растворяется в воде по сравнению с первым типом. Частицы имеют размеры 10-40 мкм и более. Чаще всего именно эта соль применяется в промышленности.

Структурная формула полифосфата аммония имеет вид, как на картинке ниже.

Физические и химические характеристики

Для соединения характерны следующие свойства:

• стабильность и нелетучесть;
• температура плавления – 180-185 °C;
• при разведении в воде (растворимость составляет 0,5 г/ см³) проявляет свойства полиэлектролита и увеличивает вязкость жидкости;
• при нагреве до 300 °C происходит активное разложение на полифосфорную кислоту и аммиак;
• уровень кислотности в 10 % водном растворе – 5,5-7,5 pH;
• плотность– 1,9 г/см³;
• внешний вид – белое сыпучее вещество.

Форма выпуска – в виде порошка или небольших гранул. По отношению к живым организмам соединение является экологически безвредным. Класс опасности аммония полифосфата – IV по ГОСТ 12.1.007.

Получение

Производство этого вещества в химической промышленности осуществляют несколькими способами:

• Взаимодействием газообразного фосфорного ангидрида, аммиака и паров воды. Фосфор сжигают при температуре 3000-3500 °C, пары ангидрида поступают в специальную камеру, где при нагреве до 400-500 °C в присутствии NH₃ образуются полифосфат аммония, моноамидопирофосфорная и диамидопирофосфорная кислоты.
• Нейтрализацией полифосфорной кислоты с помощью аммиака.
• Термическим обезвоживанием фосфатов аммония.
• Нейтрализацией H₃PO₄ аммиаком и дегидратацией получаемого ортофосфата аммония.

Точный химический состав полифосфата аммония зависит от параметров технологического процесса. Содержание азота может составлять 14-17 %, фосфора – 30-32 %, степень полимеризации – 40-77 %.

Полифосфат аммония: применение

Соединение применяется в следующих областях промышленности:

• использование в качестве добавки при изготовлении пластмасс, термопластичного полиуретана, пенопластов, пенных утеплителей и полимерных смол;
• производство ДСП, ДВП, фанеры;
• изготовление изоляционных оболочек электрических кабелей;
• применение в качестве антипиретика в лакокрасочных материалах (лаках, эмалях), герметиках, технических смазках, клеях и других составах;
• производство удобрений для сельского хозяйства.

Полифосфат аммония можно использовать для обогащения всех видов грунта и подкормки любых видов культурных растений. Наилучшую эффективность удобрение показывает на сероземных почвах. Благодаря высокой растворимости в воде вещество лучше усваивается растениями, чем аналогичные подкормки на основе фосфатов фосфора. Удобрения с полифосфатом аммония применяют в виде растворов, которые получают методом горячего или холодного смешения. Чаще всего данное вещество входит в состав комплексных подкормок вместе с нитратом или хлоридом калия, мочевиной. Это соединение также хорошо сочетается с микроэлементами и пестицидами.

Огнезащитные покрытия

Благодаря своим особым свойствам, при воздействии открытого огня полифосфат аммония является основным компонентом современных антипиреновых лакокрасочных составов как для негорючих (металл, бетон), так и для горючих (дерево, ткани, пластик) материалов. При воспламенении соль не выделяет в воздух токсичные пары и замедляет распространение огня, что позволяет увеличить огнестойкость конструкций.

Принцип действия этого полимерного соединения в составе огнезащитных покрытий заключается в следующем:

• Под влиянием высокой температуры краска с антипиретиком вспучивается (без расплавления).
• Из-за дегидратации и нагрева на основном материале (дерево, металл) образуется полифосфатная кислота.
• На поверхности последней появляется углеродистая пленка.
• Выделяется большой объем негорючих газов.
• Образуется вспененный слой, который изолирует основной материал и не допускает дальнейшего распространения пламени в строительной конструкции.

При этом во время горения выделяются малотоксичные газы, которые более безопасны для человека, чем при использовании традиционных лакокрасочных покрытий.