三聚磷酸钠
三聚磷酸钠
一、物理性状
三聚磷酸钠，Sodium Tripolyphophate(STPP)，俗称焦偏磷酸钠、三磷酸五钠，简称磷酸五钠或五钠。白色粉状或粒状，流动性较好，纯度较低时略带黄色或灰色；分子式为Na5P3O10，分子量为367.86。熔点为622℃。易溶于水，水溶液呈碱性，25℃时1%水溶液的pH值为9.7～9.8，在水中逐渐水解成亚磷酸盐。
三聚磷酸钠有无水物(Na5P3O10)和六水合物(Na5P3O10·6H2O)两种，其中无水物又有两种不同构型，因生成温度不同而分为I型（高温型）和II型（低温型），两种晶型的化学性质相同，其区别在于热稳定性不同、溶解度不同、溶解时水合热量不同、吸湿性不同。Ⅰ型较Ⅱ型稳定、吸湿性要大些，其密度为2.62g/cm3；II型的密度为2.57g/cm3，当温度加热到417℃以上时，II型很容易转变为I型，但是I型转变为II型是很困难和极其缓慢的，因此，在室温下，三聚磷酸钠的两种无水物形式是稳定和共存的。
I型和II型产品水合后均生成六水合物Na5P3O10·6H2O，在相同条件下，I型水合作用较快，产生的热量高，溶于水时易产生结块现象，II型在水中则以很慢的速度生成六水物。
三聚磷酸钠与其他无机盐不同，溶于水中时分瞬时溶解度和最终溶解度之分。如室温下100份水可溶解35份三聚磷酸钠，数日后，溶解度下降，达到平衡时有白色沉淀产生，此时的溶解度为最终溶解度，生成的沉淀为六水物晶体。六水物在80℃以下稳定，85～120℃时脱水并分解成磷酸二氢钠和焦磷酸钠，120℃以上又重新生成三聚磷酸钠。
工业三聚磷酸钠产品往往是I型和II型的混合物（还含有少量的正磷酸钠盐、焦磷酸钠和偏磷酸钠等），两者的比例取决于生产工程中的工艺条件、温度控制、以及催化剂投入量。
三聚磷酸钠按密度分（也称为堆比重），可分为低密度、中密度、高密度三种，0.3-0.7/cm3之间的为低密度，0.7-1.1/cm3的为中密度，高于1.1为高密度产品。中、低密度为最常用产品，因此三聚磷酸钠产品为一般为0.35～0.90g/cm3。
二、生产方法
在三聚磷酸钠的生产中，如果由正磷酸钠盐先制得无水磷酸钠盐，再缩聚成三聚磷酸钠的工艺被称为两步法；如果直接从正磷酸钠盐溶液直接制得成品三聚磷酸钠，则称为一步法。
一步法是由热法磷酸或湿法磷酸与碱（纯碱Na2CO3或烧碱NaHO）中和生成的磷酸氢二钠和磷酸二氢钠中和液，然后直接缩聚制成三聚磷酸钠。一步法的形式较多，沸腾床一步法、回转窑一步法、返料回转窑一步法和空塔一步法等。
两步法是由热法磷酸或湿法磷酸与碱（纯碱Na2CO3或烧碱NaHO）中和，生成磷酸氢二钠和磷酸二氢钠的中和液，再将中和液在喷雾干燥中脱水干燥成一定粒度的正磷酸盐，再煅烧缩聚制成三聚磷酸钠。
影响三聚磷酸钠质量的因素有：
磷酸杂质。磷酸中所含的杂质不仅使成品三聚磷酸钠含量下降，而且对脱水缩聚过程起反催化作用。但现在湿法净化磷酸和热法磷酸质量相差不大，磷酸品质对三聚磷酸钠质量的影响比较小了。
中和度。即磷酸与纯碱反应生成的磷酸氢二钠和磷酸二氢钠的中和液的钠磷比。用热法磷酸生产三聚磷酸钠，中和度控制在2.98-3.05时产品中三聚磷酸钠含量最高；但用湿法磷酸时中和度则为2.80-2.90才能使产品中三聚磷酸钠含量最高。
温度。在生成三聚磷酸钠的反应中温度越高，完成缩聚反应所需的时间越短，而且反应温度越高，产品中I型含量就搞，反之，则II型含量就高。由于I型水合吸湿快，易结块，因此产品中I型含量不宜过高。
催化剂。在正磷酸钠盐缩聚成三聚磷酸钠的反应中能用作催化剂的化合物主要有硝酸盐类，通常采用硝酸铵（NH4NO3），可以加快三聚磷酸钠的生成，还可提高产品中三聚磷酸钠的含量，减少难溶性偏磷酸盐的生成。使用硝酸、硝酸铵、硝酸钠、硝酸铅都可以使I型转化为II型。
三、三聚磷酸钠的应用
三聚磷酸钠广泛应用于食品行业，以及工业中，如陶瓷、耐火材料、印染、水处理等。
1. 食品行业中的食品添加剂
1.1 保水剂。
通常我们在冷冻水产品、腌腊肉制品、烤肠、午餐肉罐头等产品中能看见三聚磷酸钠是身影，并且一般都是与六偏磷酸钠、焦磷酸钠等一起出现。水产品因其在加工、运输、储藏、解冻等过程中会使其新鲜度、品质大打折扣，因此一般在水产品中添加三聚磷酸钠等磷酸盐产品作为保水剂，保持水产品及肉类制品中的水分，防止保藏过程中出水、变柴，维持肉的弹性和柔嫩多汁的口感，以及防止水产品及肉类产品氧化变色，维持产品鲜艳色泽。
1.2 品质改良剂。
在面制品中也经常会添加三聚磷酸钠等磷酸盐产品，以改善面条弹性、增加面制品体积以及降低面皮开裂。但单一磷酸盐适用性相对局限，因此一般是以复合磷酸盐的形式使用。在面条加工中，能够降低面条烹煮时的淀粉溶出；在速冻水饺、速冻馒头加工中有助于提高水饺面皮以及面团保水性，从而起到抗冻裂作用；在冷冻面团中，主要起到调节pH、络合金属离子以及水合的作用，以此改善冷冻面团的品质，避免面团冻裂或萎缩。
（图表来源：《复合磷酸盐在面制品中的应用现状及发展趋势》）
1.3 稳定剂。
在一些调制乳产品中也能见到三聚磷酸钠身影。调制乳中含有大量钙质，这些钙离子化合物会在溶解和析出之间进行动态平衡，因此添加三聚磷酸钠的作用在于螯合此类钙离子，防止钙离子沉淀，让钙离子保持在溶解状态。
1.4 护色剂。
在一些茶饮料中添加。茶水中不可避免地有一部分金属离子，尤其是重金属离子对茶汤色泽有不利影响，也会破坏VC的稳定性，因此添加三聚磷酸钠是因其出色的金属离子螯合性，从而可以消除这些金属离子的不利影响，协助抗氧化，达到护色的效果。通常被添加在茶饮料中的护色剂还有偏磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸二氢二钠等。
2. 工业领域中
三聚磷酸钠在工业领域中的应用也非常广泛。
2.1 碱性耐火材料助剂。
工业级三聚磷酸钠中三聚磷酸钠含量为85%-96%，焦磷酸钠为4%-15%，并含有少量正磷酸钠和偏磷酸钠。三聚磷酸钠加水溶解后形成磷酸一氢钠和磷酸二氢钠，此两种化合物会与碱性耐火材料中的MgO反应生成镁磷酸盐，从而产生结合作用，因此其用作碱性耐火材料的结合剂时，能使耐火材料硬化速度快，强度高。
2.2 石膏、水泥、混凝土缓凝剂。
三聚磷酸钠具有极强的螯合能力，与Ca2+，Mg2+，Cu2+，Fe2+等金属离子有络合作用。三聚磷酸钠与普通硅酸盐水泥溶出的钙离子形成络合物从而延迟水泥水化，因此非常优良的石膏和水泥缓凝剂，被广泛用于水泥混凝土工程，以延长凝结时间，降低混凝土坍落。
2.3 洗涤助洗剂。
三聚磷酸钠是洗涤剂中最重要的助剂。因其具有较高的碱性，通过皂化作用能是脂肪类污垢溶解、胶化，因此能够促进污垢粒子分散，有利于去污。但是含磷洗涤剂用后排放的废液中残留相当数量的磷，会造成水体富营养化，因此逐渐被全球许多国家限制应用于洗衣粉等领域中。
2.4 陶瓷工业减水剂。
三聚磷酸男其分子结构中包含多个磷酸根离子，使其具有优异的分散性和结合能力，有助于改善陶瓷泥浆性能，使泥浆在水分较低的情况下粘度适当，流动性好，降低泥浆的粘度，使泥浆更加均匀稳定。
2.5 水处理。
自来水中一般都含有较高的Ca2+，Mg2+离子（也就是硬水），由于三聚磷酸具有极强的螯合能力，可使水中的Ca2+，Mg2+离子发生螯合，生成可溶性络合物，从而能起到软化硬水的作用；这在水处理、洗涤和清洁过程中非常重要，因为硬水会降低洗涤剂的清洁效率，还可能导致管道、设备堵塞。
2.6 矿物浮选。
在浮选领域，由于三聚磷酸钠对Ca2+的络合能力强，通常用于抑制方解石、白云石等含钙脉石矿物；与典型的抑制剂六偏磷酸钠相比，三聚磷酸钠不仅难以分解，而且可能对Mg2+具有更强的络合能力，从而对蛇纹石具有更高的抑制效率。
2.7 印染行业。
三聚磷酸钠能络合硬水中的钙离子、镁离子，使水软化；另外能分散污垢，提高去污效能，主要在印染中的用途为软水、或漂白时分散污渍以及去污。
2.8 美白牙膏。
三聚磷酸钠因其强效的螯合能力，因此被用于一些含三聚磷酸钠的以二氧化硅为基质的美白牙膏中，有去除牙渍功效。
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