[發明專利]一種液相催化合成三聚氰酸的方法

有效

• 申請號: 201110249391.7
• 申請日: 2011-08-29
• 公開（公告）號: CN102285928A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 王鐵招
• 申請（專利權）人: 王鐵招
• 主分類號: C07D251/32
• 分類號: C07D251/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種液相催化合成三聚氰酸的方法，屬于化學工業中有機合成技術領域。

背景技術

三聚氰酸或氰尿酸(簡稱CA)是一種重要的化學中間體，以它為原料可以合成數百種重要的衍生物，新的化合物還在不斷增加，涉及醫藥、農藥、染料、涂料和助劑等各個領域。其下游得到開發的系列化工產品主要包括：消毒劑系列，包括氯代異氰尿酸類化合物三氯異氰尿酸和二氯異氰尿酸鈉；無鹵含氮阻燃劑三聚氰酸-三聚氰胺(MCA)；聚酯粉末涂料固化劑呔嗶克(TGIC)，異氰尿酸酯類化合物三羥乙基異氰尿酸脂、三丙烯基異氰尿酸脂、三縮水甘油基異氰尿酸酯等其他有機化合物。

三聚氰酸的生產方法主要有尿素熔鹽熱解法、尿素直接熱解法、液相法。文獻報道的熔鹽熱解法工藝流程復雜、設備腐蝕嚴重，產品收率低，不具有工業化價值(USP4109089、SU254517)。尿素直接熱解法包括熔融法，即一般所指的固相法，其中包括一些改進方法如金屬熔融法(EP249498、ES540265)、微波輻射法(CN1121513)、反料法(US4474957、US2943088)、部分循環法、反應擠出法，固相法(ZL?200620004029.8)是我國目前工業化生產的主要方法，其他方法僅限于實驗室研究成果。固相法將尿素直接加熱進行縮合反應得到氰尿酸粗品，反應溫度260～280℃，粗品中三聚氰酸含量70～75％，然后將粗產品在無機酸中長時間煮沸精制得到三聚氰酸成品。尿素及其中間產物在直接縮合過程中存在熔融和固化過程，大量副產氨氣不能順利排出，使粗品種含有大量的酰胺類化合物并伴有大量中間產物縮二脲和縮三脲，精制過程產生大量的酸性廢水，副產氨氣中含有大量的空氣和二氧化碳使之不能得到充分回收利用。但由于該法工藝簡單、技術含量低，二十世紀90年代產能迅速增加，目前仍是我國生產三聚氰酸的主要工業化方法。液相法工藝使尿素在一定比例的有機溶劑中進行縮合反應，反應速度適中，副產氨氣排除順利，無需精制即達到成品要求。該法的難點在于溶劑回收系統復雜，溶劑價格較貴，而且產品往往帶有顏色。液相法使用的有機溶劑主要有高沸點的環丁砜、十二烷基苯、乙二醇，三氯代苯、N-環己基吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮等，上述溶劑沸點高，價格昂貴，設備要求條件苛刻，產品顏色不能脫除，投資大，與固相法相比不具優勢。〔USP2872447、USP2729637、US?3,297,697(1967)、ZL?01139819，1、日特開昭57-116054〕。采用相對較低沸點溶劑的液相法(USP3297697、CN?101624380A))可以得到與固相法精制后產品白度相當的產品，反應溫度低，反應時間長，酰胺類副產物偏高，沸點下反應增加了反應的能耗。低沸點液相法要想獲得突破關鍵是如何提高反應溫度、提高反應速率和提高產品質量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單、成本較低、生產安全的液相催化合成三聚氰酸的方法。

為實現本發明的目的，本發明人認真研究了三聚氰酸不同制備方法的優劣之處，經多年潛心研究提出了避免采用低沸點溶劑時的缺陷又保留液相法優勢的液相催化合成三聚氰酸的方法，使液相法真正具有工業化前景。

本發明使用沸點較低、價格低廉的N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺為溶劑，降低了溶劑成本，采用預加熱尿素方法，盡量降低尿素表面所含的物理水分，避免了高溫下尿素水解對原料尿素所造成的損耗，提高了產品收率；采用提前加入少量成品的方法，提高了反應溫度，縮短了反應時間；加入催化劑提高反應速度；對升華尿素采用先升華后回收的方法避免了因滴加尿素或尿素溶液而增加的反應時間；在保證產品質量的前提下縮小所用有機溶劑的量，從而減少了溶劑損失。

具體地，本發明的方法包括以下步驟：

(1)將尿素加熱，脫除其表面的物理水分；

(2)攪拌條件下向尿素中加入有機溶劑、催化劑和三聚氰酸成品，在攪拌和回流溫度160℃～176℃下使尿素縮合反應4～6小時，得到由三聚氰酸和有機溶劑組成的熱漿料；

其中，所述有機溶劑為N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺，催化劑為磷酸二氫鈉或磷酸氫二鈉，三聚氰酸成品為一般工業品；

(3)將步驟(2)獲得的熱漿料冷卻，進行固液分離得到含有有機溶劑的三聚氰酸濾餅，用清水洗滌濾餅至無有機溶劑殘留，干燥后得到白色三聚氰酸結晶體成品。

本發明步驟(1)中，尿素加熱至80～90℃，加熱時間10～20分鐘；其余三種物料加入次序無顯著影響，無需控制上述有機溶劑的加入時間。