阻燃剂MCA的高压法合成工艺研究

刘　洋

（上海金发科技发展有限公司，上海 201714）

阻燃剂MCA的高压法合成工艺研究

刘洋

（上海金发科技发展有限公司，上海 201714）

以三聚氰胺和氰尿酸为原料，以水为溶剂，考察了高压法合成阻燃剂MCA的工艺。在反应压力为120 KPa、三聚氰胺与氰尿酸的摩尔比约为1∶1.02下，采用改变单一因素的方法探讨了在不同温度、压力、反应时间及不同pH值等情况下对反应结果的影响，得出较优的工艺条件为反应时间为1.5 h、反应的最佳温度为105℃、pH值保持在7左右最佳，在此条件下，产品纯度可达98%以上 ，产品质量稳定。

三聚氰胺，氰尿酸，MCA，阻燃剂，高压

三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）作为一种无毒、无污染的高效、环保型的新式增添型阻燃剂，且MCA分解得到的产物对环境和人的身体健康无伤害，是当今阻燃剂向高效、低毒、无污染等对环境友好的方向发展[1]。三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）于上世纪末发明的新型阻燃剂，被广泛用于尼龙等酰胺类材料阻燃[2]。

MCA作为一种新型的没有添加卤素的阻燃剂，它有着非常高的含氮量，而且很容易吸水，而且在高温的情况下能够脱去水分子而生成炭，燃烧时又能够释放出不可燃性气体氮气，从而使氧气及产生的可燃性气体的浓度大幅度地降低，且在生成气体时带走一部分热量可以有效地缓解热量的集聚使温度得以降低，因而有着阻燃的性能。目前MCA的研究主要集中于北美的美国、欧洲各国以及日本，其中以瑞士汽巴公司以及荷兰DSM公司的产品最具有代表性[3]。

本文以三聚氰胺和氰尿酸为原料，以水为溶剂，考察了高压法合成阻燃剂MCA的工艺，主要研究温度、反应时间对反应的具体影响，从而得出阻燃剂MCA在高压下的最佳合成条件。

1　实验

1.1试剂与仪器

三聚氰胺、氰尿酸（化学纯，上海凌峰化学试剂有限公司）；氨水（化学纯，上海振兴化工一厂）；吡啶（分析纯，西陇化工股份有限公司）。

1 L高压反应釜，威海市行雨化工试验器械有限公司；MP200A型电子天平，梅特勒―托利多仪器（上海）有限公司；HH-4型数显恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；JB50-D型电动搅拌机，上海标本模型厂制造；SHZ-DIII型循环水式多用真空泵，郑州英峪予华仪器有限公司；WH-2型蜗旋混合仪，上海泸西分析仪器厂；101AB-1型电热恒温鼓风干燥箱，海门市恒昌仪器厂；pH计，上海三爱思试剂有限公司。

1.2三聚氰胺氰尿酸盐的制备

以三聚氰胺和氰尿酸为基本原料，按照一定的比例先将两种原料置于烧杯中，然后将其倒入高压釜中，加入适量的水，反应一定时间，冷却至恒温，取出产品。然后进行抽滤、洗涤、再抽滤，反复3～4次，放置100℃烘箱，待水分烘干后取出。因为该反应在密闭、高压的条件下反应速度快，不用添加催化剂。

1.3三聚氰胺氰尿酸盐纯度检测

三聚氰胺和氰尿酸这两种原料均溶于热水与试剂吡啶中，三聚氰胺氰尿酸几乎不溶在这两种试剂中，可利用这一特性除去MCA产品中的三聚氰胺和氰尿酸以及其他杂质，从而得到纯度比较高的MCA产品，然后将所得的滤液进行蒸发处理，然后对抽滤瓶进行称量得出杂质的质量，进而间接地测出MCA的纯度。

2　结果与讨论

2.1反应原理

此合成反应主要是通过三聚氰胺与氰尿酸中氢的转移以及化学键之间重新键合来实现的，此合成反应只有一种合成产物，无其他副产物，且所得产物基本上目标产物，产率高。

2.2 反应条件对产物影响

2.2.1温度和压力对MCA纯度的影响

保证其他条件不变的情况下改变温度对产品纯度的影响。由于是密闭的装置内反应压力就是该温度下的饱和蒸汽压，所以可以将压力和温度归结为同一因素，改变温度进行多次实验实验数据如表1所示。

表1　不同温度对MCA颜色和纯度的影响

由表1可看出，105℃下反应得到的产品的纯度较高，色泽比较好。而110℃、120℃、130℃三个温度下的产品色泽不好且纯度也不高，而且温度越高所得的产品纯度和色泽都相对较差。因为温度越高副反应较多而不能使原料三聚氰胺和氰尿酸完全反应，氰尿酸在高温下发生挥发分解而影响产品的纯度，温度较高水蒸气产生的压力较大，导致水蒸气与产品发生一些变化而使得成品的色泽呈灰色。因此由选出最佳的温度为105℃。

2.2.2反应时间对MCA颜色和纯度的影响

在保持其他条件不变的情况下，选择在最佳温度105℃改变反应时间对产品纯度的影响，得到表2。

表2　不同反应时间对MCA颜色和纯度的影响

由表2可知，反应进行0.5 h反应不完全，在反应进行0.5 h后，三聚氰胺和氰尿酸都有剩余且剩余量较多，而反应1 h反应还未完全结束，但根据产品的纯度来看原料剩余量已不是很多，根据反应进行1.5 h和2.0 h的产品纯度来看，反应1.5 h和2.0 h的纯度基本上没有什么变化，由此可以确定反应进行1.5 h可以认为已反应完全，如果延长反应的时间不仅不会增加产品的纯度而且还会造成资源浪费，甚至有可能对产品的色泽及其他性能造成影响。

2.2.3pH对MCA颜色和纯度的影响

在保持其他条件不变的情况下，选择在最佳温度105℃，反应时间分别是0.5、1和1.5 h，向反应液中滴加氨水调节反应液的pH值，得到表3和表4。

表3　调节pH值后MCA颜色和纯度

表4　未调节pH值MCA颜色和纯度

由表3与表4可知，pH值在9～10时产品的纯度最高为96.8%左右，而pH值在7左右（即反应环境为中性）时产品的纯度可达98%左右，pH值为9～10 时反应所得产品的纯度远远不如pH值约为7时所得产品的纯度。主要原因是调节pH值而加入的氨水和氰尿酸发生了反应消耗掉了氰尿酸，从而使氰尿酸反应消耗完了，而三聚氰胺还剩余，使得pH值为9～10时反应生成的目标产品较少，而所得的反应产物中还有许多三聚氰胺和其他的铵盐降低了产品的纯度。pH值为9～10时产品的色泽也远不如PH值为7时的产品色泽。pH值为9～10（即碱性条件）所的产品的色泽显灰白色而pH值为7时（即中性条件）色泽较白。碱性条件下产品色泽呈灰白色的主要原因有两点，第一产品中含有许多副产物铵盐，第二所得的成品中还剩有许多三聚氰胺。因此最适合的pH值为7。

3　结论

通过实验进行了以三聚氰胺和氰尿酸为原料，以水为溶剂，高压法合成MCA的工艺研究。采用改变单一因素的控制变量法进行分析了不同温度、压力、反应时间及不同pH值对产品纯度、色泽的影响，从而得出的较优的工艺条件，反应的时间为 1.5 h，温度为 105℃，压力为120 KPa，pH值为7，三聚氰胺与氰尿酸的摩尔比为1∶1.02。在此“最优”工艺条件下，产品纯度可达98%以上 ，产品质量稳定。

此生产工艺不仅大大缩短了传统生产工艺的时间，而且大大地提升了生产效率降低了生产成本。高压法合成MCA的方法有着很大的市场前景，因为此方法合成MCA高效便捷。

[1] 彭汉志, 邓向阳. 氮系阻燃剂MCA阻燃尼龙6的机理研究[J]. 高分子材料与工程, 1998，7(14): 107-109.

[2] 董妍妍, 范少文, 许小荣, 等. 阻燃剂三聚氰胺氰尿酸盐的生产与应用研究发展[J]. 化工进展, 2011, 30(4): 298-301.

[3] 杨锦飞, 杨建伟, 刘维俭. 阻燃剂 MCA 的合成与应用[J]. 南京师范大学学报（工程技术版）, 2005, 3(3): 60-62.

[4] 何燕岭, 张秀芹. 高效率高品质无卤阻燃剂MCA的制备及应用[J]. 合成材料老化与应用, 2013, 42(5): 27-30.

[5] 任淑英. 阻燃剂及其发展方向[J]. 聚合物与助剂, 2008, 6(12): 25-29.

Study on Synthesis Process of High Pressure Method for Flame Retardant MCA

LIU Yang
（Shanghai KINGFA Sci. & Tech. Co., LTD., Shanghai 201714, China）

The flame retardant MCA was synthesized using melamine and cyanuric acid under the high-pressure reaction pressure of 120 KPa and the molar ratio of melamine and cyanuric acid being 1∶1.02. Single factor analysis explores the different temperature, pressure, reaction time, and the effects of different pH values on the reaction results.giving the “optimal” conditions were following: The time of reaction was 1.5 h, the reaction temperature was 105℃, pH value was 7. In these conditions the purity of product was up to about 98% and product quality and colors weregood.

melamine; cyanuric acid; MCA; flame retardant; high pressure

TQ420.6

A

1009-220X(2016)02-0060-04 DOI: 10.16560/j.cnki.gzhx.20160205

2015-12-21

刘 洋（1989～），男，江苏宿迁人，测试工程师；主要从事材料的热学性能的研究。739752718@qq.com