一种分子自组装制备MCA的方法技术

本发明专利技术公开了一种分子自组装制备MCA的方法，其特征在于，是在三聚氰胺与氰尿酸的水基氢键复合反应过程中，加入亲水聚合物作为包覆材料，从而对生成的MCA初级组装体进行包覆，分隔成若干个独立反应体系，降低整个反应体系的粘度。本发明专利技术通过加入聚合物包覆材料控制三聚氰胺和氰尿酸分子间的氢键复合，对MCA初级组装体进行包覆，抑制MCA平面方向上的自组装过程，减小所生成MCA氢键复合体的分子体积，降低反应体系粘度，滤液循环使用，无三废排放，工艺简单，操作方便，产品阻燃性能优异。

Method for preparing MCA by molecular self assembly

The invention discloses a method for preparing MCA molecular self-assembly, characterized in aqueous hydrogen bonding reaction process of melamine and cyanuric acid, adding hydrophilic polymer as coating material, and the primary MCA assembly of generated body coating, is divided into several independent reaction system, reduce the reaction system viscosity. By adding the polymer coated material control of melamine and cyanuric acid intermolecular hydrogen bonding, the primary MCA assembly were coated. The self-assembly process of the inhibition of MCA on the plane direction, to reduce the volume of the generated MCA molecular hydrogen bond complex reaction system, reduce the viscosity of filtrate recycling, no waste discharge, simple process, convenient operation flame retardant properties, excellent products.

【技术实现步骤摘要】
一种分子自组装制备MCA的方法
本专利技术涉及一种MCA的制备方法，具体涉及一种分子自组装制备MCA的方法。属于化学合成

技术介绍
MCA，即三聚氰胺氰尿酸盐，是上世纪80年代由日本最先开发的一种阻燃剂。MCA是无毒、无味、有滑腻感的白色粉末，比重1.5，难溶于水和大多数有机溶剂。由于其摩擦系数小，该产品最初用作固体润滑剂，后来逐步作为环氧树脂、聚氨酯、聚酰胺等聚合物的阻燃剂使用。MCA是由三聚氰胺与氰尿酸之间通过氢键复合形成的大平面分子复合体。因为三聚氰胺和氰尿酸均为平面共轭分子结构的三嗪类化合物，其中氰尿酸分子中三个羰基及三聚氰胺分子中三嗪环上的三个N原子为吸电子基团，三聚氰胺分子中三个胺基与氰尿酸三个仲胺基为推电子基团，因此两者在其分子的三个方向上形成九个氢键键(N—H…O和N—H…N各三个)，从而自组装成具有规整结构的巨大氢键网络，结构如下：MCA的工业制备目前主要采用尿素法和氰尿酸法，前者以尿素和三聚氰胺为原料，先将尿素热解生成氰尿酸，再加入三聚氰胺进行反应，或者将尿素和三聚氰胺一同加热熔融而制得MCA，所得MCA杂质含量高。因此一般不采用该法，而是采用氰尿酸法来制备阻燃级MCA产品。氰尿酸法合成工艺，以氰尿酸和三聚氰胺为原料，热水作为分散介质，在碱金属盐或其氢氧化物作催化剂条件下进行分子复合生成MCA。但氰尿酸合成工艺存在如下缺点：体系粘度大、传质传热困难、反应时间长；水/反应物配比高；使用碱金属化合物催化剂，产品需洗涤纯化。还有文献报道通过引入有机溶剂对氰尿酸法合成MCA的工艺进行改进，但有机溶剂的使用易造成环境污染。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种分子自组装制备MCA的方法。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种分子自组装制备MCA的方法，是在三聚氰胺与氰尿酸的水基氢键复合反应过程中，加入亲水聚合物作为包覆材料，从而对生成的MCA初级组装体进行包覆，分隔成若干个独立反应体系，降低整个反应体系的粘度；其中，亲水聚合物的添加量为三聚氰胺和氰尿酸总质量的8.5～10％。优选的，具体步骤是：在反应容器中加入水和亲水聚合物，搅拌，然后加入氰尿酸和三聚氰胺，升温至70～100℃，保温反应1～10小时，经后处理即得。进一步优选的，三聚氰胺和氰尿酸的摩尔比为1：0.8～1.2，两者总量与水的质量比为1：2～5。进一步优选的，所述亲水聚合物选自聚乙烯吡咯烷酮，乙基纤维素，或者羧甲基纤维素钠。进一步优选的，所述后处理步骤包括：过滤，洗涤，干燥和粉碎。本专利技术的有益效果：本专利技术采用亲水聚合物作为包覆材料控制MCA的自组装过程，即在三聚氰胺与氰尿酸的水基氢键复合反应过程中加入一定配比的亲水聚合物，分散沉积在生成的MCA表面，从而对MCA初级组装体进行包覆，分隔成较小的独立反应体系，使得反应体系的粘度始终保持在一个较低的水平。本专利技术的制备方法有效降低了水/反应物配比，提高了反应速率，增强了产品的阻燃性能，解决了传统工艺中搅拌困难、废水排放量大等难题，而且操作简便，绿色环保，适合工业化大生产。本专利技术通过加入聚合物包覆材料控制三聚氰胺和氰尿酸分子间的氢键复合，先将聚合物和水充分混合，然后加入三聚氰胺和氰尿酸，加快二者的反应，对MCA初级组装体进行包覆，抑制MCA平面方向上的自组装过程，减小所生成MCA氢键复合体的分子体积，降低反应体系粘度，滤液循环使用，无三废排放，工艺简单，操作方便，产品阻燃性能优异。附图说明图1是实施例1～4以及对比例1所得产物的热重分析图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本专利技术，并不对其内容进行限定。实施例1：在反应瓶中加入460g水、19.5g聚乙烯吡咯烷酮，充分搅拌，加入129g(1mol)氰尿酸和100.8g(0.8mol)三聚氰胺，升温至70℃。保温反应10h。过滤，洗涤，滤饼干燥、粉碎得到229gMCA，收率99.7％，产品经阻燃性测试，阻燃等级为V-0级。实施例2：在反应瓶中加入1401g水、25.2g乙基纤维素，充分搅拌，加入129g(1mol)氰尿酸和151.2g(1.2mol)三聚氰胺，升温至80℃，保温反应1h。过滤，洗涤，滤饼干燥、粉碎得到279gMCA，收率99.6％，产品经阻燃性测试，阻燃等级为V-0级。实施例3：在反应瓶中加入460g水、23g聚乙烯吡咯烷酮，充分搅拌，加入129g(1mol)氰尿酸和100.8g(0.8mol)三聚氰胺，升温至100℃。保温反应1h。过滤，洗涤，滤饼干燥、粉碎得到229gMCA，收率99.8％，产品经阻燃性测试，阻燃等级为V-0级。实施例4：在反应瓶中加入1044g水、26.1g羧甲基纤维素钠，充分搅拌，加入129g(1mol)氰尿酸和132g(1.05mol)三聚氰胺，升温至100℃，保温反应2h。过滤，洗涤，滤饼干燥、粉碎得到260gMCA，收率99.7％，产品经阻燃性测试，阻燃等级为V-0级。对比例1：在反应瓶中加入765g水，充分搅拌，加入129g(1mol)氰尿酸和126g(1mol)三聚氰胺，升温至90℃，保温反应5h。反应液特别黏稠，搅拌难度大。过滤，洗涤，滤饼干燥、粉碎得到250gMCA，收率98％，产品经阻燃性测试，阻燃等级为V-2级。对比例2：在反应瓶中加入129g(1mol)氰尿酸、126g(1mol)三聚氰胺和765g水，然后加入23g聚乙烯吡咯烷酮，升温至90℃，保温反应5h。过滤，洗涤，滤饼干燥、粉碎得到252.5gMCA，收率99％，产品经阻燃性测试，阻燃等级为V-2级。对比例3：在反应瓶中加入129g(1mol)氰尿酸和765g水，充分搅拌，然后加入126g(1mol)三聚氰胺和23g聚乙烯吡咯烷酮，升温至90℃，保温反应5h。过滤，洗涤，滤饼干燥、粉碎得到253gMCA，收率99.2％，产品经阻燃性测试，阻燃等级为V-2级。热重分析：分别将实施例1～4和对比例1得到的产物进行热重分析，结果见图1。从图1可以看出，与对比例1得到的产物相比，实施例1～4得到的产物具有更好的热稳定性能。阻燃效果测试：分别将实施例1～4和对比例得到的产物做成1.6mm阻燃样条进行垂直燃烧等级试验，试验按照UL94-2013标准试验方法测试，结果见下表1。表1垂直燃烧测试结果添加量/％尼龙6/％UL94等级实施例11288V-0实施例21288V-0实施例31288V-0实施例41288V-0对比例11288V-2对比例21288V-2对比例31288V-2从表1可以看出，与对比例相比，实施例1～4的MCA具有明显更好的阻燃性能。上述虽然结合附图对本专利技术的具体实施方式进行了描述，但并非对本专利技术保护范围的限制，在本专利技术的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本专利技术的保护范围以内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分子自组装制备MCA的方法，其特征在于，是在三聚氰胺与氰尿酸的水基氢键复合反应过程中，加入亲水聚合物作为包覆材料，从而对生成的MCA初级组装体进行包覆，分隔成若干个独立反应体系，降低整个反应体系的粘度；其中，亲水聚合物的添加量为三聚氰胺和氰尿酸总质量的8.5～10％。

【技术特征摘要】
1.一种分子自组装制备MCA的方法，其特征在于，是在三聚氰胺与氰尿酸的水基氢键复合反应过程中，加入亲水聚合物作为包覆材料，从而对生成的MCA初级组装体进行包覆，分隔成若干个独立反应体系，降低整个反应体系的粘度；其中，亲水聚合物的添加量为三聚氰胺和氰尿酸总质量的8.5～10％。2.根据权利要求1所述的一种分子自组装制备MCA的方法，其特征在于，具体步骤是：在反应容器中加入水和亲水聚合物，搅拌，然后加入氰尿酸和三聚氰胺，升温至70～100...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳涛，陈琦，邢文国，王灏，王瑞菲，冯维春，魏凤，付永丰，徐婷，
申请(专利权)人：山东省化工研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37