三聚氰胺及其树脂的加热分解与甲基化反应
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三聚氰胺【摘要】三聚氰胺(Melamine)(化学式:C3H6N6),俗称密胺、蛋白精,IUPAC命名为“1,3,5-三嗪-2,4,6-三氨基”,是一种三嗪类含氮杂环有机化合物,被用作化工原料。
【关键词】三聚氰胺性质危害作用概述三聚氰胺(Melamine)(化学式:C3H6N6),俗称密胺、蛋白精,IUPA C命名为“1,3,5-三嗪-2,4,6-三氨基”,是一种三嗪类含氮杂环有机化合物,被用作化工原料。
它是白色单斜晶体,几乎无味,微溶于水(3.1g/L常温),可溶于甲醇、甲醛、乙酸、热乙二醇、甘油、吡啶等,不溶於丙酮、醚类、对身体有害,不可用於食品加工或食品添加物。
三聚氰胺是氨基氰的三聚体,由它制成的树脂加热分解时会释放出大量氮气,因此可用作阻燃剂。
它也是杀虫剂环丙氨嗪在动物和植物体内的代谢产物。
分子立体模型物质定义汉语拼音:sān jù qíng àn三聚氰胺(英文名:Melamine),是一种三嗪类含氮杂环有机化合物,重要的氮杂环有机化工原料。
简称三胺,俗称蜜胺、蛋白精,又叫2 ,4 ,6 - 三氨基-1,3,5-三嗪、1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺、2,4,6-三氨基脲、三聚氰酰胺、氰脲三酰胺。
更多英文名称:1,3,5-Triazine-2,4,6-triamine;2,4,6-Triamino-1,3,5-triazine;2,4,6-Triamino-s-triazine;Aero;Cyanuramide;Cyanuric tria mide;Cyanurotriamide;分子模型Cyanurotriamine;DG 002 (amine);Hicophor PR;Isomelamine;Mel amine;NCI-C50715;Pluragard;Pluragard C 133;s-Triazine, 2,4,6-t riamino-;Teoharn;Theoharn;Virset 656-4;分子结构化学式(分子式)C3H6N6相对分子质量126.15CAS 登录号108-78-1EINECS 登录号203-615-4物理性质三聚氰胺性状为纯白色单斜棱晶体,无味,密度1.573g/cm3 (16℃)。
三聚氰胺甲醛树脂 04三聚氰胺甲醛树脂04材料(2)裴昌龙学号:150204204氨基树脂中很重要的一类甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂,在国外60年代发展很快,美国该类树脂已占三聚氰胺树脂中很大的比例。
例如,1985年美国三聚氰胺类树脂消耗量为3.5万t,甲醇醚化树脂占70%。
而我国在上世纪80 年代中期后,三聚氰胺类树脂才进入全面的发展阶段,特别由四川化工总厂从荷兰引进三聚氰胺的生产设备以来,三聚氰胺产量才很快上升(1)。
但氨基树脂除丁醇醚化的三聚氰胺树脂早已成熟外,高醚化度的甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂仍处于研制阶段。
随着我国卷钢工业、轿车工业的发展以及对环境保护的日益重视,开发和研究高固体分甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂已经成为涂料树脂研究领域的一个重要课题〔1 〕。
美国的氰特公司氨基树脂的生产在世界上处于领先地位,其树脂品种多、质量好。
氰特公司生产的三聚氰胺类树脂牌号主要有:Cymel300301、303、323、327、335 等,其中以Cymel 303 用途最广。
本文合成的HMMM 树脂,经过红外与核磁共振检测发现与美国氰特公司Cymel303树脂类似,整个反应过程在生产时,可以在同一个反应器中进行,降低了物料在转移过程中甲醛对环境的污染;同时,使生成物的游离甲醛含量降低到0.2%以下,达到环保要求;并且解决了传统的生产方法出现的凝结问题,具有合成工艺简单,易于实现工业化生产的特点.水溶性高反应活性的树氨基脂不但具有成本较低、无污染的特点,而且同样保持有氨基树脂所具有的所有物理化学性能,因此在醇酸树脂聚脂环氧树脂以及丙烯酸树脂中被广泛应用,以提高和改善这些树脂对基质的附着力和树脂的综合性能,为高分子在涂料、粘合剂等方面的应用开辟了一条防污染、省资源和省能源的新途径。
在这方面的研究中,美国的氛特公司、德国的巴斯夫等世界著名的跨国公司已经走在世界的先进行列,形成了系列产品。
我国在这方面的研究这几年有些起色,但产品的综合性能,尤其是反应活性与上述公司产品相比,还有差距。
甲醚化三聚氰胺甲醛树脂的研究进展摘要:氨基化合物与醛类、醇类经羟化和醚化反应制得的氨基树脂作为交联剂多用于涂料行业,其性能受甲醛品质、甲醇量、PH值、反应时间、温度及则自身酸碱性等因素的影响,甲醚化三聚氰胺甲醛树脂因其高固含、低粘度、低游离醛及水溶性等特性而应用广泛。
关键词:三聚氰胺甲醛树脂,甲醚化一、前言三聚氰胺甲醛树脂作为涂料交联剂,用于涂料行业已有60多年历史,其发展与应用同工业涂料的发展休戚相关。
其因含有大量强极性的羟甲基而不溶于有机溶剂,需用醇类改性后方可用于涂料,此用醇类改性的过程即醚化。
30年代发明的丁醇改性的三聚氰胺甲醛树脂是最早使用的氨基树脂,因其漆膜具有优良的耐久性和耐磨性而被广泛应用于家电、厨具和金属家具。
60年代发明的六甲氧基甲基三聚氰胺是首次发明的单体型甲醚化三聚氰胺甲醛树脂,其因高固体份、低挥发性和水溶性的特性而开启并确立了在氨基树脂交联剂领域的发展及地位。
二、甲醚化三聚氰胺甲醛树脂特性含有氨基官能团的化合物(尿素、三聚氰胺等),与醛类(甲醛)和醇类(甲醇、丁醇等)经缩聚反应制得的具有热固性树脂即氨基树脂。
三聚氰胺甲醛树脂是氨基树脂的一种,因其具有较好的反应性和交联性而应用广泛。
经醇改性后的三聚氰胺甲醛树脂含有一定的活性基团(主要是亚氨基、羟甲基和甲氧基),相溶于有机溶剂,可作为环氧树脂、醇酸树脂及丙烯酸树脂等基体树脂的交联剂,其活性基团和基体树脂中的羟基、羧基和酰胺基等具有良好的反应性,可提高基体树脂的光泽、硬度、耐化性以及烘干速度,同时改善附着力,克服其自身的脆性。
依据所使用的醚化剂(甲醇、丁醇等)不同,三聚氰胺甲醛树脂可分为丁醚化、甲醚化及混醚化三聚氰胺甲醛树脂。
丁醚化三聚氰胺甲醛树脂与溶剂型基体树脂混溶性好,大多不具有水溶性。
随着人们环保意识的增强,甲醚化三聚氰胺甲醛树脂因其优异的高固含、低游离醛及良好的水溶性而受到人们的青睐,同时其反应活性大、高硬度、快干等特性均助力其发展快于并优于丁醚化三聚氰胺甲醛树脂。
三聚氰胺树脂百科名片三聚氰胺甲醛树脂三聚氰胺甲醛树脂(melamine-formaldehyde resin),三聚氰胺与甲醛反应所得到的聚合物。
又称密胺甲醛树脂、密胺树脂。
英文缩写MF。
加工成型时发生交联反应,制品为不溶不熔的热固性树脂。
习惯上常把它与脲醛树脂统称为氨基树脂。
物理性质固化后的三聚氰胺甲醛树脂无色透明,在沸水中稳定,甚至可以在150℃使用,且具有自熄性、抗电弧性和良好的力学性能。
三聚氰胺树脂是简称。
化学性质原料为三聚氰胺(2,4,6-三氨基-1,3,5-三嗪)和37%的甲醛水溶液,甲醛与三聚氰胺的摩尔比为2 三聚氰胺甲醛树脂~3,第一步生成不同数目的N-羟甲基取代物,然后进一步缩合成线性树脂。
反应条件不同,产物分子量不同,可从水溶性到难溶于水,甚至不溶不熔的固体,pH值对反应速率影响极大。
上述反应制得的树脂溶液不宜贮存,工业上常用喷雾干燥法制成粉状固体。
密胺树脂在室温下不固化,一般在130~150℃热固化,加少量酸催化可提高固化速度。
材料性质三聚氰胺甲醛树脂增硬耐刮填料,纳米氧化铝XZ-L290显白色蓬松粉末状态,晶型是γ-Al2O3。
粒径是20nm;比表面积≥230m2/g。
粒度分布均匀、纯度高、极好分散,其比表面高,具有耐高温的惰性,高活性,属活性氧化铝;多孔性;硬度高、尺寸稳定性好,XZ-L290可广泛应用于各种塑料、橡胶、陶瓷、耐火材料等产品的补强增韧,特别是提高陶瓷的致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性、抗蠕变性能和高分子材料产品的耐磨性能尤为显著。
XZ-L290极好分散,在溶剂水里面;溶剂乙醇、丙醇、丙二醇、异丙醇、乙二醇单丁醚、丙酮、丁酮、苯、二甲苯内,不需加分散剂,搅拌搅拌即可以充分的分散均匀。
在环氧树脂,塑料等中,极好添加使用。
技术指标纳米氧化铝XZ-L290外观白色粉末。
纳米氧化铝XZ-L290晶相γ相。
纳米氧化铝平均粒度(nm) 20±5. 纳米氧化铝含量% 大于99.9%。
三聚氰胺生产工艺以尿素为原料生产三聚氰胺分为高压法、中压法、低压法和常压法四种工艺。
(1)低压尿素分解法(见图1)肥料级尿素在贮罐中熔融后,用几个喷嘴喷入反应器中,以流态化的氧化铝为催化剂,将预热至400℃的循环氨气通入反应器保持流态化,反应压力为常压或稍高于大气压。
反应吸热,反应器内装有加热盘管,以熔融盐作为加热介质,维持反应温度380℃左右。
喷入的尿素自行蒸发,反应生成三聚氰胺、二氧化碳和氨,转化率为95%。
反应气体从反应器顶部出来,先进入气体冷却器,冷却后的温度在三聚氰胺的露点以上。
在此温度下,密勒胺和密白胺等高沸点副产物结晶析出,和催化剂粉末一起经过滤器除去。
过滤后的气体进升华器,以冷却至140℃的循环气使升华器的温度维持在170℃~200℃,98%的三聚氰胺以微粒状结晶析出,而未转化的尿素仍留在气体中,三聚氰胺晶体和气体通过旋风分离器分离,得到的产品纯度达99.9%,分离效率为99%[4]。
从旋风分离器出来的循环气体进入尿素洗涤塔,冷却至140℃,循环气中未被回收的固体和气体三聚氰胺及未转化的尿素在尿素洗涤塔内被洗涤回收。
从洗涤塔出来的气体,一部分作为升华器的介质,一部分加压预热后循环入反应器,另一部分可返回尿素装置。
(2)中压尿素分解法(见图2)肥料级尿素以熔融状加入内热式的一段反应器中,与氧化铝催化剂进行流化接触反应,反应压力0.7MPa,反应温度390℃,反应吸热,以熔盐载体循环加热。
气体氨经加压升温至与反应器相同的温度后进入反应器,作为载体和流化介质。
反应气体从反应器顶部放出并进入饱和器(操作压力与反应器同),在饱和器中立即被母液骤冷,骤冷后生成饱和氨和二氧化碳以及稀的三聚氰胺结晶料浆。
料浆经洗涤器后到组式分离器,获得浓缩的三聚氰胺结晶料浆,分离出的母液回饱和器。
浓缩浆液送入蒸出塔,将溶解在料浆中的氨汽提吹出。
吹出之氨气,以系统生成的冷凝水吸收,后与新鲜氨混合,作为吸收塔上部的吸收液。
三聚氰胺甲醛树脂发生凝固现象的机理研究作者:infom 2008-09-18 09:54:51 好评(0) 中评(0) 差评(0)前言脲醛树脂原料来源方便、价格低廉、粘接性能好,并且有一定的防水性能,因此被广泛用于胶合板、刨花板生产的主要胶粘剂,但是它的防水性能还是不能令人满意,用其粘接的产品经不起长时间的浸泡。
人们为了克服该产品在防水方面的不足,相继开发了木材防水方面的胶粘剂,如酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等。
酚醛树脂与三聚氰胺甲醛树脂相比较来说,无论从原料的来源、生产的安全性以及产品的防水性能等方面,三聚氰胺甲醛树脂单独使用价格比较昂贵,一般都是按一定比例与脲醛树脂混合使用。
三聚氰胺甲醛树脂在生产过程中经常遇到凝结问题,这是很多生产者在生产过程中感到很头疼的事情。
因此,我们针对凝结问题在试验的基础上进行了深入的研究和探讨,总结出一些经验,以供参考。
1实验部分1.1试剂与用量三聚氰胺,100g;甲醛(37%~40%),190ml;乙醇,≤120g;氢氧化钠(30%),适量;乌洛托品,适量。
1.2实验过程与结果1.2.1实验一按配比先加入甲醛水溶液于反应器中,再加入少许乌洛托品,不断搅拌,并渐渐升温让其溶解,并用氢氧化钠调pH值在8~9之间,再加入三聚氰胺,边加边搅拌。
当温度超过60℃以后,三聚氰胺加入量只达到应加入量的23左右,反应混合物即产生不溶不熔的固体。
1.2.2实验二按配比先加入甲醛水溶液于反应器中,再加入少许乌洛托品,不断搅拌,但是不加热升温,不待其全部溶解一次性将配比所需的三聚氰胺全部加入反应器中,并用氢氧化钠调pH值在8~9。
少许,缓慢加热升温,当溶液升温到70℃时,溶液逐渐变得澄清透明。
继续升温到80~85℃,保温1h,冷却到40℃以下出料。
但出料3~4h后,原来澄清透明的溶液又变得混浊并逐渐凝固。
2分析与讨论上述两批实验其原料配比是相同的,为什么会产生不同的现象,分析如下:2.1实验①与实验②都是先加入甲醛水溶液,再加入乌洛托品,同时调pH值偏碱性。
三聚氰胺及其树脂的加热分解与甲基化反应Manuela Leidl,Clemens Schwarzinger林茨开普勒大学有机化学研究所(译文:中化三建童佳佳)摘要:本文采用气相色谱-质谱法分析检测三聚氰胺及其树脂进行加热分解反应与加热水解甲基化反应。
传统的加热分解反应只有在500℃以上时才会产生特性挥发性产物,而且乌洛托品为主要产物。
也伴随着一系列甲基化三聚氰胺产物以及二次热解反应产物的出现。
在三聚氰胺树脂和高聚物中混入高产率的甲基化产物为三聚氰胺的波检提供了一个敏感的方法。
这个结果的推出为四甲基氢氧化物水溶液合成甲基三聚氰胺方法的开发提供了依据。
关键词:热解;甲基化加热水解;三聚氰胺;甲基化1.简介:三聚氰胺(2,4,6-三氨基-1,3,5三嗪)是一种众所周知的生产树脂的原材料。
当三聚氰胺与甲醛缩合时发生不同程度的取代反应生成羟甲基三聚氰胺。
与苯酚相比,甲醛只有三个分子可以参与反应,而三聚氰胺有六个分子可以参与反应。
因此,该树脂可以在较大的范围内调整,以满足各种不同的需求。
为了克服自身缩合的缺点,提高一些性能,例如水溶性,用甲醇或丁醇将羟甲基三聚氰胺一定程度的醚化。
市售的树脂成分通常从MF3.2Me1.6到MF6Me6,M代表三聚氰胺环,F代表附着在三聚氰胺氨基基团上的甲醛分子数,Me则是附着在羟甲基团上的甲基基团数(图1)[1]。
三聚氰胺树脂主要用于木板、纤维板、地板涂层、家具制造业中,在汽车油漆中作为交联剂(如聚酯)使用,并用于改进纸张的湿强度。
虽然这种树脂从20世纪50年代开始就被使用,但是一直没有可行的分析方法对这种树脂的特性进行鉴定。
已经进行的几项研究表明未固化的三聚氰胺树脂的组成为HPLC-MS[2-6],但是固化后的这种缩聚物的组成如何还未可知。
近代学者威尔卡克和舒尔滕[7]最先发现,热解聚酯纤维交联的三聚氰胺树脂,得到的产物是三聚氰胺和甲基密胺。
渡边等人[8]开发了一种叫做“裂解-断层显微检验”的技术,并与利用传统热裂解气相色谱方法获得的结果相比较。
从三聚氰胺甲醛树脂的研究中,他们确定了三种热裂解产物,分别是三聚氰胺,N,N-二甲基三聚氰胺以及N,N,N-三甲基三聚氰胺。
遗憾的是,将这种产品与热裂解气相色谱方法获得的产品进行分离是不可能完成的。
从初步的实验中我们知道,三聚氰胺甲醛树脂热解产生的所有可能的甲基三聚氰胺的同分异构体可以很好的分布在毛细管柱的两极。
而在热解甲基化反应(THM)[9]中,在热解实验开始前将四甲基氢氧化物(TMAH)添加到样本中,这种情况下甲基三聚氰胺是主要的降解产物。
从这些结果的推论中我们开发了一种方法,在热解甲基化反应过程中直接将三聚氰胺甲基化来合成甲基三聚氰胺。
甲基三聚氰胺被用于癌症的治疗(如五甲基三聚氰胺和六甲基三聚氰胺)[10,11],当作昆虫的化学不育剂(如一甲基三聚氰胺),通常也综合用于氰尿酰氯与各种不同的甲胺的反应中[13]。
2.实验2.1.化学制剂三聚氰胺:Agrolinz三聚氰胺国际公司提供,三聚氰胺甲醛树脂Cymel®385和Cymel®327:Cytec Industries Inc.提供,四甲基氢氧化物:Fluka公司提供,马来酸-乙烯乙二醇-季戊四醇多元酯树脂由D.Wagner友情提供。
2.2.热解和GC/MS通常取100µg样本在500℃条件下反应10s,并用CDS2000探针连接到气相色谱/质谱分析系统上。
使用氦4.6作为运载气体,将挥发性产品在Chrompack CP52CB毛细管柱(60m,内径0.25mm,壁厚0.25µm)上分离,并对他们的EI质谱进行鉴定解释,同时与NIST98,Wiley数据库,NBS电子图书馆以及参考化合物上的标准进行比较。
热解和GC/MS 界面温度保持在250℃,气相色谱仪温度以68℃·min-1的速度从50℃提升至260℃,使升温过程保持在35分钟。
质谱仪在EI模式(70eV)下进行操作,使源温度在200℃,并溶剂延迟7分钟。
如上所述GC/MS参数是相同的,只是将化合物通过CDS1500探针注射器从热解界面注入GC进口。
2.3.THM将50µg样品放入玻璃杯中,并用5µL浓度为25%的四甲基氢氧化铵覆盖,放入真空干燥器中蒸发1小时。
然后样品在2.2部分所描述的条件下,温度控制在500℃下进行10秒钟热解反应。
3.结果与讨论3.1.分析三聚氰胺的热解与甲基化反应三聚氰胺树脂热稳定性很好,在350-400℃温度下没有在聚合物键上发现裂纹。
在较低的热解温度下裂解,唯一的产品是水和甲醇(或丁醇),那是由于树脂的一个侧链消除或者进一步交联反应。
在500℃以上的温度下进行热解反应(图.2a)会导致三维聚合物结构产生的降解产物甲基三聚氰胺解体。
但是,三聚氰胺环也可以完全制动,导致各种含氮化合物、氨和甲醛的产生。
在二次热解反应后两种化合物可能形成六次甲基四胺,在多数情况下是在三聚氰胺树脂热解图的顶峰。
图3a显示的是一个大约含有50%三聚氰胺树脂的聚酯树脂的热解图。
可以明显的看到,顶峰都是与聚酯相关联的,三聚氰胺降解产物只出现在低浓度区。
但是自从甲基化三聚氰胺出现,电子碰撞电离产生大量的分子离子(表1),他们可以很容易的使用选择离子模式(SIM)质谱仪进行检测。
当使用甲基化热解反应描述三聚氰胺特性时,三聚氰胺环保持不变,亚甲基桥被四甲基氢氧化铵分割。
这产生甲基化三聚氰胺,在高浓度下产生2,2,4,4,6,6-六甲基三聚氰胺1,2,2,4,4,6-五甲基三聚氰胺2,2,2,4,4-四甲基三聚氰胺3,2,2,4,6-四甲基三聚氰胺4,以及微量条件下的2,2,4-三甲基三聚氰胺5,2,4,6-三甲基三聚氰胺6,2,2-二甲基三聚氰胺7,2,4-二甲基三聚氰胺8,2-甲基三聚氰胺(图2b)。
在图3b中显示含有聚酯涂层的三聚氰胺热解甲基化反应,不仅仅聚酯混合物可以很容易的被识别,高含量的甲基三聚氰胺也可以明确的显示在作为交联剂使用的三聚氰胺树脂中。
3.2.使用四甲基氢氧化铵制备甲基化三聚氰胺在100℃条件下分别按照1:1,1:3,1:10的比例将三聚氰胺与四甲基氢氧化铵水溶液混合处理,记录分析30-240min时间段中的数据结果(图4)。
然而四甲基氢氧化铵比例不影响产物的分配。
在一个较长反应时间的三聚氰胺水解反应中,由于四甲基氢氧化铵具有较强的碱性,会产生一系列甲基化的三聚氰胺产品,例如2,4,4,6,6-五甲基三聚氰胺10和2,4,4,6-四甲基三聚氰胺11(图5)。
4.结论分析热解反应,特别是甲基化热解反应可以得到分析三聚氰胺树脂及其共聚物的强有力的方法。
这两个过程产生的降解产物甲基化三聚氰胺,可以建立一个适当的气相色谱进行充分的分离。
由于只有少数高度甲基化的三聚氰胺产生,甲基化热解反应显得尤为敏感。
在常规的热解反应分析中,仅有少量挥发性化合物产生同时伴随着大量的次要裂解产物生成,例如乌洛托品以及一系列含氮化合物。
使用三聚氰胺与四甲基氢氧化铵水溶液制备甲基化三聚氰胺,是一种廉价、简单易行的方法,甲基化三聚氰胺进一步用于抗癌药物或者化学合成中重要的中间体。
另一类化合物的生产是甲基化热解三聚氰胺的产物甲基三聚氰酸二酰胺,它需要在较长的反应时间后才会形成的。
这种制备方法的一个缺点是反应不能朝着一个特殊的产物进行,仅产生一种化合物,目标化合物需要进一步纯化。
鸣谢作者要感谢为聚酯树脂的制备提供投资的DI·丹尼尔·瓦格纳参考文献[1]Cytech®Corp.,Cymel®resins for coatings and specialty applica-tions.[2]E.Longordo,L.A.Papazian,T.L.Chang,J.Liq.Chromatogr.14(1991)2043–2063.[3]D.Favretto,P.Traldi,A.Marcelli,Eur.Mass Spectrom.4(1998)371–378.[4]M.W.F.Nielen,H.J.F.M van de Ven,Rapid Commun.Mass Spectrom.10(1996)74–81.[5]A.Marcelli,D.Favretto,P.Traldi,Rapid Commun.Mass Spectrom.11(1997)1321–1328.[6]T.T.Chang,Anal.Chem.66(1994)3267–3273.[7]H.Wilcken,H.-R.Schulten,Anal.Chim.Acta336(1996)201–208.[8]C.Watanabe,Y.Kawahara,H.Ohtani,S.Tsuge,J.Anal.Appl.Pyrol.64(2002)197–205.[9]J.M.Challinor,J.Anal.Appl.Pyrol.16(1989)323–333.[10]I.A.Malik,Jpn.J.Clin.Oncol.31(2001)69–73.[11]J.A.Benvenuto,D.S.Stewart,R.A.Benjamin,T.L.Loo,Cancer Res.41(1981)566–569.[12]A.B.Borkovec,A.B.DeMilo,J.Med.Chem.10(1967)457–459.[13]M.E.Sanders,M.M.Ames,belled Compd.Rad.21(1984)893–898.。