一种三聚氰酸的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三聚氰酸的制备方法。首先将尿素进行干燥脱水，备用；然后将助剂和干燥脱水后的尿素加入反应容器中，在氮气保护下进行直接反应，反应后得到氨基甲酸酯类(R‑O‑CONH

【技术实现步骤摘要】
一种三聚氰酸的制备方法一、
：本专利技术属于化学工业中有机合成
，具体涉及一种三聚氰酸的制备方法。二、
技术介绍
：三聚氰酸(化学名称为2,4,6-三羟基-1,3,5-三嗪，又名氰尿酸，异氰尿酸)是一种应用广泛的有机合成中间体，因其特殊的环状三酰胺结构，可以进行成盐反应、水解反应、烷基化反应、开环反应和N-卤化反应等。以其为原料可以合成数百种衍生物，主要有氯代衍生物、环氧树脂、涂料、油漆、粘合剂、农药除草剂、金属氰化缓蚀剂、高分子材料改性剂、化妆品添加剂、层压塑料以及高温玻璃钢等。目前，三聚氰酸的现有合成工艺路线主要有以下几种：第一种、氢氰酸氧化：6HCN+3O2→2C3N3H3O3；第二种、氰酸三聚：3HOCN→C3N3H3O3；第三种、光气与氨反应：3COCl2+3NH3→C3N3H3O3+6HCl；第四种、三氯异氰尿酸水解：C3N3O3Cl3+3H2O→C3N3H3O3+3HCl；第五种、尿素缩合法：3CO(NH2)2→C3N3H3O3+3NH3；上述前四种合成方法存在原料毒性大、工艺复杂、成本高等缺点，难于大规模工业化生产。目前其主要的生产方法为尿素缩合法(第五种方法)，具体可分为直接热解法、熔盐热解法、溶剂热解法。其中直接热解法收率低，反应温度高，直接纯度低，传热困难，不能进行管道输送，多为间歇操作，后续处理需要进行酸洗，同时造成大量废酸处理；但工艺简单、成本低，国内都已经大规模推广。熔盐热解法相对直接热解法，减少了胺类衍生物的产生，提高了其产物的纯度，但后期的盐浓缩工艺功耗高，成本高，工艺相对复杂，不宜进行工业化。溶剂热解法中，反应趋于缓和，氨气分压降低，避免氨气与三聚氰酸的接触，酰胺类杂质含量低，产品纯度高，不需酸洗精制，避免废酸产生，产率高，且可以连续化操作，但高沸点溶剂的价格昂贵，溶剂损耗过大，反应时间过长，成本过高。针对上述情况，目前有很多关于三聚氰酸合成方面的报道。专利申请CN106316971A、CN109053610A、CN105906577A均采用直接热解法，在反应炉中特定温度下反应一定时间，可得粗品三聚氰酸，再用硫酸溶液进行纯化，可得高纯度三聚氰酸的产品。此类专利依托与硫酸厂结合，可以对产生的废气进行有效利用，相互互补，反应温度低、反应时间短、是一种环境友好的生产方法。目前，液相法主要采用的有机溶剂有：环丁砜、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮等(例如：专利CN101429169)，将尿素加入到上述溶剂中，于200-250℃条件下缩合反应0.5-2h，过程中通入惰性气体，反应后加入冷却液，快速冷却可得高纯度和高收率的白色三聚氰酸产品，溶剂可循环使用，但此类溶剂价格较贵，成本较高。N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺(例如：CN101624380A、CN102285928A)等溶剂价格低廉易得，与尿素混合加热，加入磷酸二氢钠或磷酸氢二钠为催化剂、氯化铵等盐类为助剂，采用返料法，可增加反应温度150-180℃，反应后冷却析出、固液分离、洗涤干燥可得白色三聚氰酸。但是反应后产物在其溶剂中的溶解度较大，后续分离不完全，其返料法，虽然增加了其反应温度，但也间接的降低收率，且反应时间过长。除上述外溶剂还有十二烷基苯、硅油系列、环己醇、芳烃与矿物油等溶剂的文献报道。除上述传统的制备方法外。专利CN102633736A提供了一种以氨气和二氧化碳为原料，或以碳酸铵、碳酸氢铵、氨基甲酸铵为原料，在高温高压条件下，加入氯化铵或硫酸铵为催化剂可直接得到三聚氰酸，再使用硫酸水溶液进行纯化，后冷却、洗涤、干燥得白色三聚氰酸纯品。专利CN1121513A公开了一种溶剂诱导热解法制备氰尿酸，以尿素和一定量的过氧化氢和少量的水，用铂化合物、铜化合物或两者混合作为催化剂，以微波或电加热反应后可得到收率在80％左右的三聚氰酸。该专利在溶剂法基础上，考虑其溶剂的本身性质，因中间热解过程中生成的氰酸沸点低，减少损失，增加收率。三、
技术实现思路
：本专利技术要解决的技术问题是：根据三聚氰酸制备方法的现有状况，本专利技术提供一种成本较低、生产安全、快速、高纯度、高收率的三聚氰酸制备方法。为了解决上述问题，本专利技术采取的技术方案是：本专利技术提供一种三聚氰酸的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：a、首先将尿素进行干燥脱水，备用；b、然后将助剂和步骤a处理后的尿素加入反应容器中，在氮气保护下进行直接反应，反应温度为160～250℃，反应时间为10～120min，反应后得到氨基甲酸酯类(R-O-CONH2)衍生物；c、将步骤b得到的氨基甲酸酯类衍生物或氨基甲酸酯类衍生物和尿素的混合物，在氮气保护下进行热裂解反应，反应温度为185～245℃，反应时间为5～40min，所得反应产物处理后得三聚氰酸产品，分离后母液循环套用。根据上述的三聚氰酸的制备方法，步骤a中尿素干燥脱水时控制干燥温度为90～110℃，干燥时间为20～30min。根据上述的三聚氰酸的制备方法，步骤b中助剂与尿素二者之间加入的摩尔比为1：1.0～3.3。根据上述的三聚氰酸的制备方法，步骤b中所述反应温度为180～210℃，反应时间为10～60min。根据上述的三聚氰酸的制备方法，步骤b中所述助剂为乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2-甲基-1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、2,3-二甲基-1,4-丁二醇、丙三醇、丁三醇、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800、聚乙二醇1000、聚丙二醇200、聚丙二醇400、聚丙二醇600、二聚丙三醇和三聚丙三醇中的至少一种。根据上述的三聚氰酸的制备方法，步骤c中所述尿素和氨基甲酸酯类衍生物的混合物时，二者之间的混合质量比为1：1.5～3.5。根据上述的三聚氰酸的制备方法，步骤b或步骤c中采用的加热方式为油浴加热、电加热套加热或微波反应器加热。根据上述的三聚氰酸的制备方法，步骤c中所得反应产物进行处理的过程为：将所得反应产物进行热过滤或者采用低碳醇进行洗涤、过滤和干燥，得固体三聚氰酸纯品。根据上述的三聚氰酸的制备方法，所述低碳醇为甲醇或乙醇；所得三聚氰酸纯品的纯度≥98.5wt％。根据上述的三聚氰酸的制备方法，步骤c中所述分离后母液循环套用为过滤母液蒸馏分离低碳醇，低碳醇循环套用，浓缩物加入步骤b中循环套用。本专利技术的反应机理：尿素脱氨生成氰酸，氰酸与助剂的醇羟基发生酯化反应生成氨基甲酸酯衍生物，氨基甲酸酯衍生物热裂解生成三聚氰酸。本专利技术以助剂2-甲基-1，3-丙二醇为实例进行机理说明：HO-CH2CH(CH3)CH2-OH+2H2N-CO-NH2→H2N-CO-O-CH2CH(CH3)CH2-O-CO-NH2+NH3↑3H2N-CO-O-CH2CH(CH3)CH2-O-CO-NH2→3HO-CH2CH(CH3)CH2-O-CO-NH2+C3N3H3O3HO-CH2CH(CH3)CH2-O-CO-NH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三聚氰酸的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/na、首先将尿素进行干燥脱水，备用；/nb、然后将助剂和步骤a处理后的尿素加入反应容器中，在氮气保护下进行直接反应，反应温度为160～250℃，反应时间为10～120min，反应后得到氨基甲酸酯类(R-O-CONH

【技术特征摘要】
1.一种三聚氰酸的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
a、首先将尿素进行干燥脱水，备用；
b、然后将助剂和步骤a处理后的尿素加入反应容器中，在氮气保护下进行直接反应，反应温度为160～250℃，反应时间为10～120min，反应后得到氨基甲酸酯类(R-O-CONH2)衍生物；
c、将步骤b得到的氨基甲酸酯类衍生物或氨基甲酸酯类衍生物和尿素的混合物，在氮气保护下进行热裂解反应，反应温度为185～245℃，反应时间为5～40min，所得反应产物处理后得三聚氰酸产品，分离后母液循环套用。


2.根据权利要求1所述的三聚氰酸的制备方法，其特征在于：步骤a中尿素干燥脱水时控制干燥温度为90～110℃，干燥时间为20～30min。


3.根据权利要求1所述的三聚氰酸的制备方法，其特征在于：步骤b中助剂与尿素二者之间加入的摩尔比为1：1.0～3.3。


4.根据权利要求1所述的三聚氰酸的制备方法，其特征在于：步骤b中所述反应温度为180～210℃，反应时间为10～60min。


5.根据权利要求1所述的三聚氰酸的制备方法，其特征在于：步骤b中所述助剂为乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、2-甲基-1,3...

【专利技术属性】
技术研发人员：石晓华，姚彦辉，任庆辉，温亚洲，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41