三聚氰胺樹脂合成技術(shù)研究

劉澤(鄭州大學(xué) 化工與能源學(xué)院 鄭州 450002)

一、前言

三聚氰胺樹脂在上世紀(jì)三十年代末就已經(jīng)在造紙工業(yè)廣泛的應(yīng)用起來，主要應(yīng)用于鈔票紙、海圖紙等紙張的生產(chǎn)上，從而提高紙張的耐折性和挺度。近些年，隨著我國人民生活水平的提高，三聚氰胺樹脂在裝飾方面也得到了普遍認(rèn)可和廣泛應(yīng)用。三聚氰胺樹脂具有很多的優(yōu)勢(shì)，例如膠接強(qiáng)度高、耐沸水能力高、熱穩(wěn)定性高等等。作為一種使用廣泛的化工材料，有關(guān)三聚氰胺樹脂合成技術(shù)的研究越來越多，逐漸成為學(xué)者研究的熱點(diǎn)。本文就三聚氰胺樹脂的合成技術(shù)進(jìn)行了簡要概述，旨在為三聚氰胺樹脂的生產(chǎn)提供一定的指導(dǎo)作用。

二、三聚氰胺樹脂的合成機(jī)理

三聚氰胺樹脂是一種三維體型的縮聚物。一般可以將三聚氰胺樹脂的合成過程分為兩個(gè)階段：羥甲基化階段和縮聚階段。羥甲基階段是樹脂合成的初期，三聚氰胺與甲醛先反應(yīng)形成羥甲基三聚氰胺。這個(gè)過程屬于加成反應(yīng)，反應(yīng)環(huán)境是弱堿性介質(zhì)，反應(yīng)方程式如下：

第二階段是縮聚階段，也叫樹脂化階段。該過程能夠生產(chǎn)多種多聚物，并且多聚物的比例隨p H值的不同而變化。在酸性條件下，羥甲基三聚氰胺分子間或分子內(nèi)失水或者脫出甲醛，形成次甲基鍵或醚鍵連接的過程。

三、影響三聚氰胺樹脂合成反應(yīng)的因素

1.摩爾比

三聚氰胺樹脂與甲醛的摩爾比對(duì)三聚氰胺羥甲基化的程度有直接的關(guān)系。三聚氰胺與甲醛的摩爾比越低，三聚氰胺的羥甲基化的程度就越高，反應(yīng)速度也越快，羥甲基三聚氰胺也就更容易形成，反應(yīng)產(chǎn)物為六羥甲基三聚氰胺。三聚氰胺與甲醛的摩爾比較大時(shí)易形成三羥甲基三聚氰胺，反應(yīng)速度較慢。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)三聚氰胺與甲醛的摩爾比在1:2~1:3時(shí)最適合三聚氰胺樹脂的合成。

2.反應(yīng)介質(zhì)的酸堿度

反應(yīng)介質(zhì)的酸堿度對(duì)三聚氰胺樹脂的合成有很大的影響。在反應(yīng)的初始階段，反應(yīng)介質(zhì)酸堿度在呈中性或弱堿性時(shí)最適合反應(yīng)的進(jìn)行。隨著反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，甲醛逐漸被氧化，從而形成甲酸，反應(yīng)介質(zhì)的pH值降低，有利于三聚氰胺樹脂的形成。不同p H的反應(yīng)介質(zhì)合成的樹脂穩(wěn)定性有很大的區(qū)別，實(shí)驗(yàn)研究表明，樹脂合成反應(yīng)的最適宜p H值在8.5-10，該條件下形成的樹脂在貯存過程中粘度上升比較慢，貯存的穩(wěn)定性能高。

3.溫度

溫度不同，三聚氰胺在甲醛中的溶解度就不同，因此反應(yīng)溫度是影響三聚氰胺樹脂合成的一個(gè)重要因素。溫度能夠影響反應(yīng)速度。當(dāng)溫度較低時(shí)，三聚氰胺在甲醛中的溶解度較低，因此反應(yīng)速度也較慢，當(dāng)溫度在60℃以上時(shí)，三聚氰胺能夠在甲醛中完全溶解，從而加快反應(yīng)進(jìn)程。實(shí)驗(yàn)表明，三聚氰胺樹脂合成的最佳溫度為75℃-85℃。另外，三聚氰胺樹脂在高溫條件下不需要固化劑的參與也可以很好的固化，如果溫度超過100℃，則需要添加強(qiáng)酸性的鹽作為固化劑的情況下才能進(jìn)行固化反應(yīng)。

四、三聚氰胺樹脂合成過程中常出現(xiàn)的問題及解決方案

1.糊化現(xiàn)象

在合成過程中出現(xiàn)的持續(xù)的白色渾濁現(xiàn)象即為糊化現(xiàn)象。造成糊化現(xiàn)象產(chǎn)生的原因主要有以下幾點(diǎn)。首先是加料速度過快，導(dǎo)致三聚氰胺來不及與甲醛反應(yīng)就受熱固化，從而出現(xiàn)渾濁；其次是加料速度過慢，導(dǎo)致混合反應(yīng)過快，從而造成羥基化程度高，生成物水溶性差，析出介質(zhì)造成渾濁；最后，當(dāng)反應(yīng)介質(zhì)的pH降低時(shí)，生產(chǎn)的羥甲基之間或者羥甲基與活潑的氨基之間發(fā)生暴聚而析出沉淀，或者反應(yīng)太快，羥甲基三聚氰胺濃度迅速升高，發(fā)生交聯(lián)而從溶液中析出。因此要避免糊化現(xiàn)象的發(fā)生，首先要保持適宜的加料速度和攪拌速度，其次要控制羥甲基三聚氰胺的酸堿度，一般pH在8-9為宜，因?yàn)樵诖谁h(huán)境下的羥甲基三聚氰胺比較穩(wěn)定。

2.樹脂穩(wěn)定性差

樹脂在一定條件下存儲(chǔ)周期的長短被稱作樹脂的穩(wěn)定性。樹脂的穩(wěn)定性越好，說明樹脂的質(zhì)量越好。樹脂的穩(wěn)定性差主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先是樹脂的顏色變化。樹脂的顏色有清亮逐漸變白，甚至凝結(jié)成白色固體就說明樹脂變質(zhì)了，這主要是因?yàn)榱u甲基含量高而造成的分子交聯(lián)。第二點(diǎn)就是樹脂的粘度增大，甚至是處于凝膠狀態(tài)，這主要是由于分子量太大，溫度太低造成的。如果想獲得質(zhì)量好，穩(wěn)定性佳的樹脂產(chǎn)品，就應(yīng)該提高甲醛的含量，從而讓樹脂形成線性或支鏈型分子，以提高樹脂的水溶性和穩(wěn)定性。其次要在樹脂合成前對(duì)原料中的金屬離子和甲醇含量進(jìn)行分析，同時(shí)在合成過程中加強(qiáng)p H監(jiān)測。另外，控制反應(yīng)時(shí)間在2.5-3h最佳。

3.游離甲醛含量高

甲醛對(duì)人體的危害是不言而喻的，當(dāng)樹脂中存在大量的游離甲醛時(shí)，對(duì)后續(xù)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量都有一定的影響。一般三聚氰胺與甲醛的配比是造成游離甲醛含量高的最主要原因。因此要控制好樹脂合成的反應(yīng)條件，保持一定的反應(yīng)時(shí)間。另外，在反應(yīng)結(jié)束后加入一定量的甲醛捕捉劑也是降低樹脂中游離甲醛含量的有效措施。目前常用的捕捉劑有尿素和雙氰·胺。

五、結(jié)束語

三聚氰胺樹脂的合成反應(yīng)是一個(gè)非常復(fù)雜的化學(xué)過程，受到很多因素的影響。因此，為了提高三聚氰胺樹脂的特性，目前有關(guān)于三聚氰胺樹脂改性的研究越來越多。例如利用乙二醇進(jìn)行增韌改性，通過醚化反應(yīng)提高穩(wěn)定性等等。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的三聚氰胺樹脂產(chǎn)品將走入我們的生活，從而為我們的生產(chǎn)和生活帶來更大的便利。

[1]李旭影,劉鴻雁.三聚氰胺樹脂合成技術(shù)[J].黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008,21(6)：37-38.

[2]茍航.三聚氰胺樹脂合成的常見問題與對(duì)策[J].川化，2011,3:36-38.