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包覆红磷的生产及其应用红磷又名赤磷，是塑料、橡胶、树脂和合成纤维等高聚物的高效阻燃剂。红磷本身易燃(着火点210℃)，但因其受热易被氧化生成氧化磷，在高聚物燃烧时有水生成的环境中，又迅速转化为偏磷酸、磷酸和各种聚磷酸。生成的这种混磷酸，不仅覆盖在被燃物的表面，形成隔膜，起着屏蔽环境(空气)的作用，而且由于混磷酸在较高温度下，对高聚物有很强的脱水炭化作用，易在被燃物表面形成稳定的玻璃炭化层，更进一步增强了保护被燃物的阻燃效果。但是，红磷难以直接作为阻燃剂使用，因其易燃、易爆、化学性质活泼，易吸湿氧化成酸，并放出剧毒气体磷化氢(PH3)；在高聚物中不易分散等。因此，必须加以改性包覆方可实际应用。目前，在发达国家，红磷表面包覆改性处理研究取得较大进展，包覆红磷已商品化。在我国，因其应用研究不够，所以还未得到广泛应用，目前只是依赖进口来满足国内的少量需要。我们对包覆红磷的研究，从实验室到具有一定规模的中试生产，共做了近20次的试验。井在橡胶制品厂和塑料制品厂多次进行应用实验。使用我们研制的无机和有机双层包覆红磷(即IO红磷)生产的矿井用阻燃抗静电橡胶和橡塑导风筒布，都表现出良好的阻燃性能，达到产品的技术标准，减少了卤系阻燃剂和三氧化二锑的用量，减弱了阻燃制品燃烧时所产生的气体对人的窒息作用。IO红磷的性能测试见表1。表1IO红磷与同类产品性能比较阻燃剂性能参数含磷量（%）吸水率（%）PH3发生量（μg/g·24h）着火点（℃）未改性红磷984.7＞380240CPA15852.9400300IO红磷86＜1.61.5-3.4340-350从表1可见，与国外同类产品相比，IO红磷性能较好。贮存18个月再次测试，其性能几乎无变化，表现出良好的稳定性。1、无机包覆红磷1.1工艺路线的选择包覆红磷有两种方法：一是制取可以作为红磷包覆材科的难溶性无机化合物饱和溶液，用红磷颗粒作为晶种，控制温度，使作为红磷包覆材料的无机化合物以红磷颗粒为核心，呈般晶析出，然后再过滤、洗涤、干燥得到产品。例如，合成水合硼酸锌的饱和溶液，用粉状红磷作为晶种，控制温度，使水合硼酸锌呈微晶析出，即得硼酸锌包覆红磷。另一方法是制取某种难溶性且具有强吸附作用的无机化合物的胶体溶液，将粉状红磷投入其中，使胶状无机化合物吸附红磷颗粒，井在其表面沉积、凝聚，从而达到将红磷颗粒包覆的目的。1.2无机包覆材料的选择选择包覆材料最常见的有镁、铝和许多副族金属元素的氢氧化物或氧化物。如锌、锕、银、钛、钴、汞等金属的氢氧化物或氧化物。考虑诸多因素，我们首选氢氧化铝和氢氧化镁它们还可增强红磷的抗氧化作用。至于氢氧化锌，虽然也有增强红磷的抗氧化作用，但从电极电位看，对红磷有一定的氧化作用。实际上在包覆红磷的生产过程中，氢氧化锌的加入量很小，主要用作膦的捕捉剂，氢氧化镁的作用是增强包覆层的强度和致密性，提高红磷的着火点。1.3生产工艺过程原料配比如下（按质量计）：序号原料加入量1硫酸铝342硫酸锌23硫酸镁64红磷(工业级，含量98%)1205聚凝剂166水2007烧碱(10%溶液)适量将硫酸铝、硫酸镁和硫酸锌加入水中，搅拌使之完全溶解，得(I)；将红磷投入(I)中，搅拌20min，再转投入球磨机中研磨至红磷颗粒直径在5-lOμm范围为止，得(II)；在此过程中，几乎没有发生化学变化。将(II)投入0.5m3反应釜，边搅拌边徐徐加入烧碱溶液，直至反应体系的pH=5-6为止。再加入聚凝剂，搅拌均匀，得(III)；在此过程中，AI3+、Mg2+、Zn2+离子形成氢氧化物胶体沉淀。由新生态的Al(0H)3、Mg(OH)2和Zn(OH)2组成的胶状体溶液，有很强的吸附作用，在聚凝剂的作用下，吸附、凝聚、沉积在红磷颗粒表面，并渗入颗粒表面微孔，从而达到包覆目的。这里要注意的是加入的烧碱溶液切不可过量。如上所述，红磷颗粒虽然已被包覆，但这个包覆层疏松而又不牢，且胶状体太浓，不易过滤。加热(III)，缓缓搅拌，温度在75-85℃范围内保温1.5h，使包覆层充分吸附、凝聚、沉积，得(Ⅳ)；将(IV)过滤、洗涤、干燥、检验、包装，即得产品无机包覆红磷。含磷量不得低于86%。滤液用来回收芒硝后排放。整个工艺流程表示如下：2、有机包覆红磷经过用无机化合物包覆处理的红磷，与表面未经处理的红磷相比，其性能对照列于表2。表2处理的与未处理的红磷性能比较名称性能吸水率（%）PH3发生量（μg/g·24h）着火点（℃）未改性红磷4.7380240无机包覆红磷2.8-3.220-25350从表2可以看出，经过无机包覆处理的红磷，在吸水率、PH3发生量、着火点等方面性能均有较大幅度的提高，但在吸水率和PH3发生量方面仍不能达到要求。同时，由吸水率和PH3发生量偏高可以推知，红磷颗粒表面的无机包覆层有残缺，不致密而有微隙。为了提高包覆红磷对环境介质的适应性、贮存稳定性以及与高聚物的相融性，有必要对无机包覆红磷再进行一次树脂包覆—称之为有机包覆。有机包覆的材料选择主要应满足如下条件：①附着力强，固化后包覆层坚韧；②不吸湿，抗酸碱盐，无毒；③易与其他高聚物相融。经筛选，本实验选用GPS树脂。先用2.5-3.0倍二甲苯，将GPS树脂稀释，再将无机包覆红磷与有机包覆材料按重量1:1混和，搅拌成糊状均匀态，送入带有回收溶剂装置(回收二甲苯)的干燥器中，控制温度60±5℃进行干燥，即得双层包覆红磷(IO红磷)。其性能如表1所示。工艺过程可以表示如下：3、包覆红磷的应用将将含磷85%的IO红磷应用于生产橡胶、塑料、树脂和油漆涂料等阻燃制品中(高聚物以100份计)，加入量为5～12份(不包括其他助剂和填料)。如，煤矿用阻燃橡胶或橡塑导风筒布，加入量为9.6份，其有焰燃烧为0-2自熄，无焰燃烧为零秒。矿井用聚乙稀塑料棚网，加入量为8.3份及少量助剂，有焰和无焰燃烧均为零秒。将IO红磷用于生产难燃涂料，效果也较好，涂于木质上，氧指数可达30以上。红磷还可以作为合成纤维高聚物的添加型阻燃剂，然后纺丝，织成阻燃纺织品。其他方面的用途，归纳如表3。表3包覆红磷在各方面的应用序号名称应用1环氧树脂回扫变压器封装材料、电容、电阻、粘结剂、涂料等2聚氨酯管道贮槽类的保温材料，管架、密封和建筑材料3酚醛树脂成形材料，电器零部件，压层极4天然橡胶、合成橡胶耐热软线、橡胶薄板、衬垫材料5氯乙烯、聚乙烯电线、低压电器骨架材料、热熔胶6聚酰胺热熔胶7丙烯酸乳液无纺布上胶料8ABS、AS、PP低压电器骨架材料、汽车配件9其他不饱和聚酯、聚酯、聚缩醛、聚碳酸酯、聚苯醚、油漆包覆红磷其有高效的阻燃性，用量少，无毒，对高聚物的物理和机械性能无影响。故此，应有广泛的用途。因此，研制和开发磷系阻燃剂及其阻燃制品，具有一定的实际意义。