🌿 Ammoniumpolyphosphat (APP): Kern-Phosphorquelle für Flüssigdünger und grüne, halogenfreie Flammschutzlösung

Antonia Z
25. Apr.
6 Min. Lesezeit

Ammoniumpolyphosphat (APP), CAS-Nr. 68333-79-9, ist eine leistungsstarke, stickstoffarme und phosphorreiche polymere Phosphatverbindung, die durch Hochtemperaturkondensation von Phosphorsäure und Ammoniak hergestellt wird. Die allgemeine Summenformel lautet (NH₄PO₃)ₙ. Je nach Polymerisationsgrad findet APP breite Anwendung in der 🌾 Landwirtschaft (Dünger) und der 🧯 Industrie (Flammschutzmittel).

Physikalisch-chemische Eigenschaften

APP liegt typischerweise als weißes Pulver oder als transparente, viskose Flüssigkeit vor. 💧 Es ist leicht wasserlöslich und zeichnet sich durch eine hervorragende thermische und chemische Stabilität aus. Der Polymerisationsgrad (n) beeinflusst direkt die Löslichkeit, die Freisetzungsgeschwindigkeit sowie die Anwendungsweise. Flüssiges APP erscheint meist als klare oder leicht gelbliche Lösung mit einer Dichte von 1,4–1,5 und einem P₂O₅-Gehalt von 34–54 %, was eine stabile Nährstoffversorgung gewährleistet.

Herstellungsprozess 🏭

APP wird aus Phosphorsäure und Ammoniak über eine kontinuierliche Polymerisationsreaktion hergestellt. 🧪 Temperatur, Mischungsverhältnis und Reaktionsdauer sind entscheidend für den Polymerisationsgrad. 🌱 Moderne Verfahren legen Wert auf Umweltfreundlichkeit und die Kontrolle von Nebenprodukten, um niedrige Chlor- und Schwermetallgehalte sicherzustellen und Emissionen wie Ammoniak und Säurenebel effektiv zu behandeln.

📘 Detaillierter Produktionsprozess von APP

🧪 Hauptrohstoffe

Rohstoff	Chemische Formel	Anforderung
Phosphorsäure	H₃PO₄	≥75 %, niedriger Metallgehalt, Cl⁻ < 0,1 %
Flüssigammoniak/Ammoniumhydroxid	NH₃ / NH₄OH	≥99,5 % NH₃; NH₄OH-Konzentration 20–25 %

🧲 Geringe Gehalte an Fe, Ca und Al sind erforderlich, um Ausfällungen oder Nebenreaktionen zu vermeiden.

⚗️ Reaktionsprinzip

Zunächst entsteht Ammoniumdihydrogenphosphat (NH₄H₂PO₄)
Unter hoher Temperatur erfolgt eine Dehydratisierung und Kondensationsreaktion zur Bildung von Polyphosphatkettengliedern
Der Polymerisationsgrad (n) wird durch Temperatur, pH-Wert, Verhältnis von NH₃ zu H₃PO₄ und Reaktionsdauer gesteuert

🛠️ Zentrale Verfahrensschritte

1️⃣ Neutralisationsphase

Phosphorsäure und Ammoniak/Ammoniumhydroxid werden im Reaktor im Verhältnis 1,0–1,05 eingedüst
Die exotherme Reaktion erfolgt bei 80–120 °C und bildet ein Ammoniumphosphat-Zwischenprodukt
Das Verfahren kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen

2️⃣ Polymerisationsphase

Die Temperatur wird auf 180–300 °C erhöht, um die Dehydratisierung und Kondensation durchzuführen
Höhere Temperaturen und längere Reaktionszeiten führen zu höherem Polymerisationsgrad
Vakuum oder leichter Unterdruck unterstützen die Wasserabtrennung
Der Ziel-Polymerisationsgrad wird anwendungsabhängig eingestellt (z. B. für Flüssigdünger oder Flammschutzmittel)

3️⃣ Kühlung & Abfüllung

💧 Flüssiges APP: Nach Abkühlung direkt in IBC-Tanks oder Lagertanks abgefüllt
🌨️ Pulverförmiges APP: Nach Abkühlung durch Sprühtrocknung oder Granulierung
Qualitätskontrolle auf Viskosität, P₂O₅-Gehalt, wasserunlösliche Bestandteile und pH-Wert

📘 APP-Klassifizierung nach Polymerisationsgrad und Anwendung

🧩 Was ist der Polymerisationsgrad (DP)?

Der Polymerisationsgrad beschreibt die Anzahl an verknüpften Phosphat-Einheiten (PO₃) in einem Molekül. Je größer der Wert n, desto länger die Kette – und desto stärker verändern sich die Eigenschaften und Einsatzbereiche von APP.

📌 Zusammenhang zwischen Polymerisationsgrad und Eigenschaften

Typ	Polymerisationsgrad (n)	Struktur	Form	Anwendungsbereich	Hauptmerkmale
APP-I	≈ 3–20	Kurzketten	Flüssig	Flüssigdünger, klare NPK-Lösungen	Hohe Löslichkeit, schnelle P-Aufnahme
APP-M	≈ 20–100	Mittelkettig & verzweigt	Flüssig/Pulver	Tropfbewässerung, Langzeitdünger	Gute Löslichkeit bei verzögerter Freisetzung
APP-II	>100	Langkettig	Pulver	Flammschutz, Bauhilfsstoffe	Sehr wärmebeständig, langsam löslich

📊 Eigenschaftstrends mit steigendem Polymerisationsgrad:

Eigenschaft	Tendenz bei höherem n
💧 Wasserlöslichkeit	Nimmt ab
🌱 Langzeitwirkung	Nimmt zu
🔥 Thermische Stabilität	Starke Zunahme
🧪 Viskosität (Flüssigform)	Erhöht sich
⚗️ Kompatibilität	Leichter Rückgang

🔍 Typbeschreibungen und Anwendungsbeispiele

APP-I (niedriger DP)
- Anwendung: Flüssigphosphat, Blattdünger, wasserlöslicher Dünger
- Merkmale: Sehr gute Löslichkeit, überwiegend Orthophosphat + kurze Polyphosphate
- Einsatzfelder: Gewächshausbewässerung, Gemüse & Obst
APP-M (mittlerer DP)
- Anwendung: Hochwertige Flüssigdünger, Tropfdünger, granulierte Langzeitdünger
- Merkmale: Kontrollierte P-Freisetzung bei guter Löslichkeit
APP-II (hoher DP)
- Anwendung: Halogenfreie Flammschutzmittel für Kunststoffe, Beschichtungen, Baustoffe
- Merkmale: Bildet Kohleschutzschicht, intumeszierende Wirkung
- Beispiel: Kombination mit Pentaerythrit und Melamin in IFR-Systemen

🌿 APP vs. Orthophosphate (MAP/DAP)

Eigenschaft	MAP/DAP	APP
Phosphatform	Nur Orthophosphat	Polyphosphat + Anteil Orthophosphat
Freisetzungsgeschw.	Sofortfreisetzung	Kontrolliert (verzögert)
Auskristallisierung	Möglich bei ungünstigen Bedingungen	Sehr stabil, keine Kristallisation
Anwendung	Streudünger, wasserlöslicher Dünger	Tropfbewässerung, Spezialdünger

📦 Anwendungsbereiche & Funktionelle Rollen

🌿 Landwirtschaftlicher Einsatz (Hauptanwendung)

Ammoniumpolyphosphat ist eine hocheffiziente Phosphorquelle in der modernen Landwirtschaft. Es wird besonders geschätzt für seine kontrollierte Freisetzung, ausgezeichnete Kompatibilität und kristallisationsfreie Eigenschaften. Zu den häufigsten Anwendungen gehören:

1️⃣ Grundkomponente für Flüssigdünger

• 💡 Verwendung: Zentrales P-Element in Flüssigdüngern (NPK, NPK+TE)

• 💧 Dosierung: 20–40 % Anteil (bezogen auf P₂O₅)

• ⚙️ Typische Konzentration: P₂O₅ 34–52 %, N ~11 %

• 🚿 Anwendung: Tropf-, Sprüh- und Gießsysteme, geeignet für Gemüse, Obst, Ackerbau

• ✅ Vorteil: Hohe Stabilität, keine Verstopfung der Düsen, kontinuierliche P-Versorgung

2️⃣ Tropf-/Sprühbewässerungsdünger

• 💧 Verwendung: Für Gewächshäuser, sandige oder salzhaltige Böden

• 📏 Empfehlung: 3–8 kg APP-Lösung/ha je Anwendung (nach Bedarf)

• 🧪 Mischung: Kompatibel mit KNO₃, K₂SO₄, Chelat-Mikronährstoffen

• ✅ Vorteil: Keine Phosphat-Auskristallisierung, fördert Fließeigenschaften

3️⃣ Komponente in Langzeit-/Kontrollfreisetzungsdüngern

• ⚗️ Mechanismus: Langsame Hydrolyse der Polyphosphatstruktur

• 🧱 Form: APP-Pulver mittlerer oder hoher Kettenlänge in organischen Trägern

• 📊 Anteil: 10–20 % der Gesamtformel, häufig kombiniert mit Ummantelungen oder Biostimulanzien

• 🌾 Anwendung: Langfristige P-Versorgung z. B. für Weintrauben, Zitrusfrüchte, Mais, Weizen

4️⃣ Mehrnährstoff-Dünger mit Spurenelementen

• 🔬 Kombination: APP + EDTA-Zn + Bor ergibt z. B. eine „anti-stress“ Lösung

• 📏 Dosierung: 1–2 kg APP + 0,2–0,5 kg Spurennährstoffe pro ha und Anwendung

• 🌱 Wirkung: Wurzelwachstum, Nährstoffverfügbarkeit, Trockenstressresistenz

5️⃣ Base Solution for Seedling Cultivation or Hydroponic Systems

• 🌱 Purpose: Stable and balanced phosphorus source for seedlings and hydroponics

• 💧 Benefit: No crystallization, no clogging of nutrient circulation systems

• 📏 Dilution rate: 0.05–0.1% P₂O₅

🔥 B. Anwendung als Flammschutzmittel (Industrielle Nutzung)

APP ist auch ein bedeutendes halogenfreies, phosphorbasiertes Flammschutzmittel, das weit verbreitet in der Kunststoff-, Gummi-, Holz- und Beschichtungsindustrie eingesetzt wird.

1️⃣ Intumeszierende Flammschutzsysteme (IFR)

🔥 Funktion: APP zersetzt sich bei hohen Temperaturen und setzt Polyphosphorsäure frei, die eine isolierende Kohleschutzschicht bildet und so die Verbrennung hemmt.
🧪 Typische Formulierung:
- APP (Säurequelle) + Melamin (Treibmittel) + Pentaerythrit (Kohlenstoffquelle)
- Gängiges Verhältnis: 60 % APP, 20 % Melamin, 20 % Pentaerythrit
🧱 Geeignete Substrate: Polypropylen, Polyethylen, Epoxidharze, Holzwerkstoffe
📊 Einsatzmenge: typischerweise 15–25 Gewichts-% des gesamten Harzes
✅ Leistung: LOI ≥ 28 %, erfüllt UL-94 V-0 Brandschutzklasse

2️⃣ Brandschutzbeschichtungen für wasserbasierte Farben und Holzschutz

🎨 Funktion: Erhöht die Flammbeständigkeit von Holz, Karton und Dekorplatten
🧴 Anwendung: Eingemischt in Acryl-Dispersionen oder Emulsionsfarben
⚖️ Dosierung: 15–30 % (bezogen auf Trockensubstanz)
🌱 Vorteil: Halogenfrei, geringe Toxizität, konform mit REACH

3️⃣ Zusatzstoff für flammhemmende Textilien und Schaumkunststoffe

🧵 Verwendung: PU-Schaum, Klebstoffe, Textilveredelung
✴️ Methode: Sprühen, Tauchen oder Mischen
🔬 Effekt: Erhöht den Verkohlungsgrad und verzögert die Flammenausbreitung

🧪 C. Weitere industrielle Anwendungen (Aufstrebende Einsatzgebiete)

1️⃣ Kesselwasserbehandlungsmittel

🔗 Funktion: APP chelatiert Ca²⁺ und Mg²⁺ und dient als Antikalk- und Weichmacher
📏 Dosierung: 10–50 ppm
✅ Vorteil: Stabil, sicher, unter Normalbedingungen nicht abbaubar

2️⃣ Industrieller Reiniger oder Metallchelatbildner

💧 Funktion: Metallionenbindung und pH-Pufferung; ideal für alkalische Reinigungssysteme
🏭 Branchen: Glasindustrie, Elektronik, Metallkomponenten
📦 Einsatzmenge: 1–5 % der Reinigungsformulierung

3️⃣ Zusatz für Hochleistungs-Baumaterialien

🧱 Verwendung: In Dämmstoffen, Gipskartonplatten, Calciumsilikatplatten
🔒 Eigenschaft: Verbessert Flammschutz und Witterungsbeständigkeit

🔚 Zusammenfassung: Wertschöpfung durch APP

Anwendungsfeld	Kernfunktion	Zentrale Vorteile
🌾 Flüssigdünger	Kontrollierte P-Abgabe	Nicht kristallisierend, tropfbewässerungstauglich, gut mischbar
🔥Flammschutzmittel	Intumeszenz-Effekt	Thermisch stabil, umweltfreundlich, hohe Verkohlungseffizienz
🧪 Industrielle Additive	Chelatierung, Antikalk	Sicher, ökologisch, vielseitig einsetzbar

📦 Verpackung, Lagerung und Transport

🧂 Pulver APP: 25kg oder 50kg Gewebesäcke mit Kunststoffauskleidung
💧 Flüssige APP: in IBC-Behältern gelagert oder in Tankwagen transportiert
📦 Lagerungsbedingungen: trocken und belüftet halten; Feuchtigkeit, direkte Sonneneinstrahlung und extreme Temperaturen vermeiden (insbesondere bei flüssigen Typen)

🌍 Marktsituation und Entwicklungstrends

🌎 Globale Marktsituation

✅ 1. Landwirtschaftlicher Markt: Flüssigdünger als Wachstumstreiber

In den letzten Jahren wurde APP weltweit verstärkt nachgefragt, insbesondere durch die zunehmende Verbreitung von 💧 Tropfbewässerung, präziser Nährstoffzufuhr und 🌱 nachhaltigen Düngestrategien:

Nord- und Südamerika: Vor allem die USA und Brasilien nutzen APP als Hauptbestandteil von NPK-Flüssigdüngern
Europa: Deutschland, Frankreich und Polen setzen auf APP, insbesondere aufgrund der Anforderungen an niedrige Schadstoff- und Schwermetallgehalte
Asien-Pazifik: China ist weltweit führend bei der APP-Produktion und dem Export; auch Indien und Südostasien verzeichnen starkes Wachstum
Australien: Landwirtschaftlich hochentwickeltes Land mit starkem Fokus auf Flüssigdünger in 🍇 Wein- und 🍊 Obstplantagen sowie im 🌿 Gewächshausanbau
Naher Osten & Afrika: Einführung von Bewässerungstechnologien erhöht die Nachfrage nach stabilen Phosphorquellen wie APP

✅ 2. Markt für Flammschutzmittel: APP als halogenfreie Alternative

Mit der Verschärfung globaler Umweltvorgaben (z. B. REACH, ROHS, UL-94) ersetzen Hersteller zunehmend halogenierte Flammschutzmittel durch APP-basierte Systeme:

Einsatz in 🧯 Polymeren, 🪵 Holzbeschichtungen, 🏢 Bauplatten
IFR-Systeme (Intumescent Flame Retardants) auf APP-Basis sind international zunehmend Standard
Der globale Markt für Flammschutzmittel wird auf über 80 Milliarden USD geschätzt – APP zeigt ein jährliches Wachstum von 6–8 % CAGR

🇨🇳 Marktentwicklung in China

✅ 1. Konzentration & Technologische Reife

China ist der größte Produzent und Exporteur von APP weltweit
Produktionsstandorte konzentrieren sich auf Regionen wie Sichuan, Chongqing, Shandong und Hebei
Technologischer Fokus auf kontinuierliche Heißpolymerisation, Vakuumentgasung und entammonisierte Endbehandlung
Anpassung der Produkte an P₂O₅-Gehalt, Polymerisationsgrad und Schwermetallstandards

✅ 2. Exportorientierte Struktur

Hauptmärkte: USA, Südkorea, Australien, Indien, Saudi-Arabien, Brasilien
Produkte: Flüssiges APP in IBC-Behältern sowie pulverförmiges APP für Flammschutzanwendungen
Wettbewerbsfaktor: Hohe Versorgungssicherheit + günstige Logistik im Seeverkehr

⚠️ Markt-Herausforderungen

Problem	Beschreibung
📉 Rohstoffpreisschwankungen	Starke Abhängigkeit von Phosphorsäure- und Ammoniakpreisen
♻️ Umwelt- & Qualitätsanforderungen	Besonders bei hochpolymerem APP müssen Fe, Al, Cl etc. streng kontrolliert werden
🧪 Fehlende Normangleichung	Internationale Standards für Dünger-APP und Industrie-APP noch uneinheitlich
🛡️ Niedrige Marktkenntnis	Endkunden (z. B. Landwirte) kennen APP oft nicht – hoher Informationsbedarf

🔮 Zukunftstrends

✅ Landwirtschaftliche Entwicklungen

APP etabliert sich als Standardrohstoff für Flüssigdünger der nächsten Dekade
Kombination mit Mikronährstoffen, Algenextrakten oder Biostimulanzien zur Herstellung funktioneller Mehrnährstofflösungen
Anwendung in präziser digitaler Landwirtschaft (z. B. IoT-gestützte Düngegeräte)
Zunahme an Zertifizierungen wie "Grüner Agrarinput" oder EU-konforme Düngemittelkennzeichnungen

✅ Industrielle & Flammschutz-Entwicklung

Wachstum der Nachfrage nach halogenfreien Flammschutzmitteln in Bau, Möbel, Kinderprodukten
Standardisierung modularer IFR-Rezepturen mit APP + Melamin + Polyolen
🌿 Fokus auf Umweltfreundlichkeit, besonders in EU und Nordamerika
Neue Kombinationen mit Nano- oder Mikrokapseltechnologie für Spezialanwendungen

🧾 Fazit: Langfristiger Wert von APP

APP steht im Zentrum zweier zentraler Entwicklungen: der 🌱 Modernisierung der Landwirtschaft und der 🌍 Umstellung auf grüne, halogenfreie Industrieprodukte. In den kommenden 5–10 Jahren wird APP: