三聚磷酸钠按结构和形状分为白色粉末无水物(Na5P3O10)和直角平行六面体结晶的六水合物(Na5P3O10·6H2O)无水物有Ⅰ型和Ⅱ型之分。工业用三聚磷酸钠实际上是Ⅰ型和Ⅱ型的混合物。Ⅰ型溶解速度快,经水合生成六水合物时热效应大,在大气中易吸潮结块。Ⅱ型吸潮较慢,不易结块。因此,洗涤剂用三聚磷酸钠中Ⅰ型含量不宜太高,一般控制在10~30%。
物化性质:白色粉末状结晶,流动性较好。
密度:Ⅰ型的密度为2.62g/cm3,Ⅱ型的密度为2.57g/cm3。
熔点:622℃ 。
溶解性:易溶于水,其水溶液呈碱性。20 g/100 mL (20℃)。
缓冲作用
三聚磷酸钠水溶液呈弱碱性(1%水溶液的PH值约为9.7),它在PH为4.3~14范围水)中,形成悬浊液(类似乳化液)的作用,即分散作用。三聚磷酸钠也能使液态、固态微粒更好的溶于液体(如水)介质中,使溶液外观完全透明,好像真溶液一样,这就是增溶作用。由于三聚磷酸钠具有以上独特的性能,使之成为洗衣粉中的一种重要的理想原料。
生产工艺
三聚磷酸钠由磷酸经纯碱中和成正磷酸钠,再经缩合而成。生产磷酸的方法有湿法和热法两种。湿法是将磷矿和无机酸(通常用硫酸,也可用盐酸的)反应后,经萃取、精制后即得磷酸。热法是在电炉中将磷矿与焦炭和硅石一起焙烧,磷矿物还原成磷,然后氧化、水合,即得磷酸。
由正磷酸盐制取三聚磷酸钠的工艺则比较简单,流程短,控制操作方便。主要有两种方法。
①喷雾干燥-转炉缩聚二段法:喷雾干燥器为一圆筒,上部与带有气体喷嘴的卧式燃烧器相接。温度为400~500℃的气体经燃烧器通入喷雾干燥塔的上部,同时用高压(4.2MPa)泵将正磷酸盐的溶液喷入。含水 5%以下的干燥产品不断从干燥器下部取出。正磷酸盐混合物在旋转炉中脱水缩聚成三聚磷酸钠。此法特点是产品无需进行粉碎,喷雾干燥器干燥效率高,干燥物料很均匀,不会发生分层现象。缺点是干燥与缩聚分两段进行,直接加热脱水时粉尘损失大。
②干燥-脱水一段法:将料浆喷入旋转炉,炉内用喷嘴送入热气或燃烧石油以加热。环状挡板将炉分成火焰段和加热段。在加热段中,物料最终脱水缩聚而转化成三聚磷酸钠。冷却筒与旋转炉连成一体,由冷却筒出来的粒状产品在研磨机中磨细,从炉中带出的少量粉料在旋风分离器中回收。此法将干燥、脱水和冷却结合在一个单元设备内进行,使流程大为简化,热利用率较高,而且可以减少基建投资,改善劳动条件。
三聚磷酸钠在工业上的用途
用作洗涤品助剂,亦可用于石油、冶金、采矿、造纸、水处理等。主要用作合成洗涤剂的助剂,用于肥皂增效剂和防止条皂油脂析出和起霜。对润滑油和脂肪有强烈的乳化作用,可用于调节缓冲皂液的PH值。工业用水的软水剂。制革---剂。染色助剂。油漆、高岭土、氧化镁、碳酸钙等工业中配制悬浮时作分散剂。钻井泥浆分散剂。造纸工业用作防油污剂。食品工业中用于罐头,果汁饮料,奶制品,豆乳等的品质改良剂,水分保持剂。主要供火腿罐头嫩化,蚕豆罐头中使豆皮软化,亦可用作软化剂和增稠剂。
STPP还存在其不可避免的环境危害,由于本身含磷,容易造成水体富营养化。
由于国家的限磷政策的出台,三聚磷酸钠在洗涤剂助剂方面的应用逐渐减少,逐步被层状硅酸钠、分子筛等产品代替。
三聚磷酸钠在食品行业的应用
水分保持剂、品质改良剂、pH调节剂、金属螯合剂。我国《食品添加剂使用卫生标准》(GB2760-2011)规定:罐头、果汁(果味型)饮料、植物蛋白饮料,使用量为1.0g/kg;乳制品、禽肉制品、肉制品、冰淇淋、方便面,使用量为5.0g/kg。复合磷酸盐使用时,以磷酸盐计,罐头肉制品不得超过1.0g/kg;炼乳不得超过0.50g/kg;本品与焦磷酸钠、磷酸钠复合使用时,以磷酸盐计不得超过5g/kg;西式蒸煮,烟熏火腿按GB13101-1991《西式蒸煮,烟熏火腿卫生标准》执行,复合使用时不得超过5g/kg(西式火腿可适当多加,以磷酸盐计为8g/kg。其他使用参考:用于火腿罐头,在适当条件下有利于产品质量的提高,如成品形态完整、色泽好、肉质柔嫩、容易切片、切面有光泽。三聚磷酸钠用于火腿原料肉的腌制,每l00kg肉加3号混合盐(精盐91.65%、砂糖8%、亚硝酸钠0.35%)2.2kg、三聚磷酸钠85g,充分搅拌均匀,在0~4℃冷库中腌制48~72h,效果良好。用于蚕豆罐头生产,可使豆皮软化。许多果蔬有坚韧的外皮,随着果蔬的成熟,外皮愈加坚韧。在果蔬加工热烫或浸泡用水中,加入聚磷酸盐,可络合钙,从而降低外皮的坚韧度。