一种低成本、高纯度聚三聚氰胺的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种低成本、高纯度聚三聚氰胺的制备方法及其应用。该方法以三聚氰胺为单体，采用氧化聚合法制备了聚三聚氰胺。本发明专利技术不仅大大提高了聚三聚氰胺的生产效率，适应工业化生产需求，而且无需消耗大量电能，也无需使用电化学工作站等设备，无需使用电极等较为昂贵的耗材，制备过程简便，生产成本低。得到的聚三聚氰胺的纯度高，结晶尺寸可以达到3～10μm，有助于提升聚三聚氰胺的密度和力学机械性能，拓展了聚三聚氰胺在复合电极材料、电子器件、传感器上的实际应用范围，有实现工业化生产的巨大潜力和良好的市场前景。生产的巨大潜力和良好的市场前景。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本、高纯度聚三聚氰胺的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于聚合物开发
，具体涉及一种低成本、高纯度聚三聚氰胺的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]聚三聚氰胺(PME)是一种新型导电聚合物，具备稳定性好、含氮量高、富含氨基等优点。因PME具有良好的稳定性，与电极表面有较强的粘附力，含有丰富的氮原子和胺基等多种优势，使PME被广泛地应用于电极修饰；经PME修饰后的电极，可应用于电化学传感器，用于检测DNA、双酚A、药物分子、五倍子酸、对苯二酚多种异构体以及神经递质等，因此，PME在传感器、光电催化、变色器件、电池材料等方面有着广泛的应用前景。
[0003]目前，关于聚三聚氰胺的报道均采用单体MA的电化学聚合法。如专利技术专利CN109358102A公开了一种快捷制备聚三聚氰胺导电聚合物电极的方法及其应用，以三聚氰胺为单体，水为溶剂，玻碳为工作电极，在固态电化学聚合条件下，可快捷制备聚三聚氰胺导电聚合物电极，在电极表面得到具有氧化还原活性的聚三聚氰胺导电聚合物薄膜。Tsai等人报道在0.1M磷酸缓冲溶液中，采用2.0V的电压下对碳电极进行阳极预氧化300s。随后，将碳电极浸没于含有1.0mM三聚氰胺的0.1M HCl溶液中，采用循环伏安法，在0.2V至1.5V范围内以0.1V/s的速度进行扫描，使聚三聚氰胺沉积在碳电极的表面(Tsai H,Chang C,Wu L,et al.,Feasibility Study of Biosensors Based on Polymelaminer/>‑
modified Screen
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printed Carbon Electrodes.Electroanalysis.2017,29(9):2053
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2061.)。Harsini等人报道将碳电极浸没于含有1mM三聚氰胺的0.1M NaOH溶液中，采用循环伏安法，在0～1.6V的电压范围内，以100mV/s的电压变化速率扫描20个循环，使聚三聚氰胺沉积在碳电极的表面(Farida A N,Fitriany E,Baktir A,et al.,Voltammetric Study of Ascorbic Acid Using Polymelamine/Gold Nanoparticle Modified Carbon Paste Electrode.IOP Conference Series:Earth and Environmental Science.2019,217:012004.)。但上述聚合方法存在一些缺陷：第一，电化学聚合法需要电化学工作站作为聚合设备，且需要消耗电能、电极等耗材。第二，在电化学聚合中，单体MA的浓度较低，导致PME的产量较低，PME的生产成本较高。第三，由于电化学聚合法主要是使单体MA聚合沉积在基体电极的表面，形成致密的聚合物层，但不可避免会有未反应的单体残留于致密聚合物中，难以洗脱，导致聚合产物的纯度较低。第四，采用电化学聚合法制备的聚三聚氰胺颗粒的尺寸仅为数纳米至数百个纳米(Gupta P,Yadav S K,Goyal R N,A Sensitive Polymelamine Modified Sensor for the Determination of Lomefloxacin in Biological Fluids.Journal of the Electrochemical Society.2014,162(1):H86
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H92；P,Bogdanowicz R,P,et al.,Melamine
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modified Boron
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doped Diamond towards Enhanced Detection of Adenine,Guanine and Caffeine.Electroanalysis.2016,28(1):211
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221.)，而小尺寸结晶的聚三聚氰胺在密度和力学机械性能上较差，因此该方法制备的聚三聚氰胺限制了其在复合电极材料、电子器
件、传感器上的实际应用范围。
[0004]氧化聚合是指在酸性条件下在氧化剂的作用下使单体聚合。如苯胺单体的氧化聚合制备聚苯胺很早就有所报道(S.N.Kumar G B,F.Gaillard,Electronic and structural characterization of electrochemically synthesized conducting polyaniline from XPS studies.Surface and Interface Analysis.1990,15:531.)。但关于三聚氰胺的氧化聚合至今未见报道，这主要的原因是：首先，已公开的苯胺氧化聚合几乎都是在水体系中进行，这得益于苯胺在水中有相对较大的溶解度，而三聚氰胺在水中的溶解度较小，难以像苯胺那样在水体系中直接获得较大产量的聚合物。其次，苯胺分子上只有一个胺基，氧化聚合位阻效应不明显，而三聚氰胺分子上有三个胺基，在氧化聚合过程中，位阻效应是限制其生长为聚合物的重要因素。另外，苯胺分子的六元环中全为碳原子，而三聚氰胺分子的六元环中含有三个碳原子和三个氮原子，电负性更大的氮原子具有更强的吸电子效应，使三聚氰胺分子上
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NH2的还原性减弱，导致三聚氰胺发生氧化聚合的活性降低，更难以通过氧化聚合获得聚合物。因此，三聚氰胺的氧化聚合还存在很大的技术难点，是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种低成本、高纯度聚三聚氰胺的制备方法及其应用，解决了现有聚三聚氰胺制备方法存在工艺复杂、成本高、产量低和纯度低等问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种低成本、高纯度聚三聚氰胺的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)将三聚氰胺置于助溶剂中超声波处理，直至形成均一透明溶液，即溶液A；将过硫酸盐(氧化剂)溶解于去离子水中，获得溶液B；然后分别将溶液A和溶液B浸入相同温度的恒温水浴中；
[0008]2)在恒温水浴条件下，向溶液A中通入非活性气体，然后将溶液B缓慢滴加至溶液A中，将得到的混合溶液充分搅拌反应，反应结束后，过滤反应产物收集固体产物，再将所述固体产物用去离子水多次洗涤直至洗涤液的pH值为7，经冻干后保存，即获得聚三聚氰胺。
[0009]这样，采用本专利技术中的助溶剂如植酸，一方面，其能够很好地与三聚氰胺互溶，同时也能够很好地与水互溶，植酸的加入有效提升了三聚氰胺在水中的溶解度。另外一方面，每个植酸分子中含有24个氧原子，每个氧原子上都有两对孤对电子，能够与三聚氰胺分子上的
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NH2产生明显的配位作用，提升了
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NH2的还原性和氧化聚合活性。因此，本专利技术中提出的以植酸为代表的助溶剂同时也是活化剂，同时提高三聚氰胺在水中的溶解度和三聚氰胺的氧化聚合活性，确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本、高纯度聚三聚氰胺的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将三聚氰胺置于助溶剂中超声波处理，直至形成均一透明溶液，即溶液A；将过硫酸盐溶解于去离子水中，获得溶液B；然后分别将溶液A和溶液B浸入相同温度的恒温水浴中；2)在恒温水浴条件下，向溶液A中通入非活性气体，然后将溶液B缓慢滴加至溶液A中，将得到的混合溶液充分搅拌反应，反应结束，过滤收集固体产物，再将所述固体产物用去离子水多次洗涤直至洗涤液的pH值为7，经冻干后保存，即获得所述聚三聚氰胺。2.根据权利要求1所述低成本、高纯度聚三聚氰胺的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的助溶剂为植酸或硫酸；所述的过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠。3.根据权利要求1所述低成本、高纯度聚三聚氰胺的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的溶液A中三聚氰胺的浓度为0.18～0.49mol/L；步骤2)中所述的溶液B中过硫酸盐的浓度为1....

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪梅，高晨，杨倩玉，邹智挥，夏益青，盛玉萍，赵星宇，李新跃，鲁越，阳龑，左由兵，李乾隆，邹良松，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：