三聚氰胺的用途与制备

2021/1/8 13:51:34

三聚氰胺,俗称“密胺”、“蛋白精”、“蜜胺(汉语拼音:mì'àn)”,其是一种三嗪类含氮杂环有机化合物,常被用作化工原料。它是白色单斜晶体,几乎无味,微溶于水(3.1g/L常温),可溶于甲醛、乙酸、热乙二醇、甘油、吡啶等,不溶于丙酮、醚类、对身体有害,不可用于食品加工或食品添加物。但一些不法商家在奶类制品中混入三聚氰胺,以便在进行蛋白质含量测试时,提高氮含量水平。

三聚氰胺是氨基氰的三聚体,由它制成的树脂加热分解时会释放出大量氮气,因此可用作阻燃剂、減水剂、甲醛清洁剂等。它也是杀虫剂环丙氨嗪在动物和植物体内的代谢产物。

生产三聚氰胺的原料主要有双氰胺和尿素两种。2003年全球三聚氰胺生产家数约有90余家,年总产能133.46万吨,其中中国大陆年生产能力达到30万吨,占全球产能的22%;欧洲仍是世界三聚氰胺的主要产区,约占全球总产能的34%;美国占12%;日本占12%;其他国家占20%。台商厂商中的长春企业集团也有生产三聚氰胺,其产品用途为制造热硬化型树脂、成型材料、化妆板、涂料、接着剂、纺织品、纸等。

制备

三聚氰胺最早被李比希于1834年合成,早期合成使用双氰胺法:由电石(CaC2)制备氰胺化钙(CaCN2),氰胺化钙水解后二聚生成双氰胺,再加热分解制备三聚氰胺。

目前因为电石的高成本,双氰胺法已被淘汰。工业合成主要使用尿素为原料,在加热和一定压力条件下:

6 (NH2)2CO → C3H6N6 + 6 NH3 + 3 CO2

三聚氰胺与甲醛(HCHO)反应缩合成三聚氰胺树脂中会脱去水,三聚氰胺树脂是热固性。

这可以被分为两个步骤

首先步尿素分解为氰酸和氨,此为吸热反应:

(NH2)2CO → HCNO + NH3

接着第二步氰酸会与冷凝的氨形成三聚氰胺附带产生二氧化碳和氨:

6 HCNO + 3 NH3 → C3H6N6 + 3 CO2 + 3NH3

第二步反应为放热反应,但总反应为吸热反应。

按照反应条件不同,三聚氰胺合成工艺又可分为高压法(7-10MPa,370-450℃,液相)、低压法(0.5-1MPa,380-440℃,液相)和常压法(<0.3MPa,390℃,气相)三类。

用途

“三聚氰胺”的英文为Melamine,是制造“三聚氰胺甲醛树脂(melamine-formaldehyde resin)”的原料,又称“密胺甲醛树脂”、“密胺树脂”,英文缩写“MF”,常用于制造日用器皿、板材、涂料、模塑粉、纸张等。

常见的美耐皿餐具,就是来自三聚氰胺英文的音译;由于美耐皿成型粉主要由三聚氰胺与甲醛聚合之树脂,再加入木浆所制成,以此成型粉经高温高压制成美观耐用的餐具,故得此译名。在日常生活中经常能见到美耐皿树脂制成的餐具器皿。这类器皿的物理性质非常类似陶瓷,坚硬不变形但又不像陶瓷那样易碎,纯美耐皿餐具耐高温且耐酸碱表现佳,故于餐饮业被广为使用。然而,市面上见劣质美耐皿餐具以尿素甲醛树脂制品鱼目混珠,刚煮熟的汤菜,立即置于这类伪美耐皿的餐具中,有可能会对美耐皿的结构造成伤害,因此在低温而释出三聚氰胺。

三聚氰胺还可以与乙醚配合作纸张处理剂,在一些涂料中作交联剂,以及阻燃化学处理剂等。

毒性研究

三聚氰胺本身为低毒性,一般成年人身体会排出大部分的三聚氰胺,不过如果与三聚氰酸并用,会形成无法溶解的氰尿酸三聚氰胺,造成严重的肾结石。已经有报道称,三聚氰胺在人体的消化过程中,特别是在胃酸的作用下,自身即可能部分转化为三聚氰酸,而与未转化部分形成结晶。

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