三聚氰胺是什么化学元素?
物理和化学特性
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三聚氰胺为纯白色单斜晶体,无味,密度为1.573g/cm3 (16℃)。常压熔点354℃(分解);快速加热升华,升华温度为300℃。溶于热水,微溶于冷水,微溶于热乙醇,不溶于乙醚、苯和四氯化碳,溶于甲醇、甲醛、乙酸、热乙二醇、甘油、吡啶等。低毒性。一般情况下是稳定的,但在高温下可能会分解释放出氰化物。
呈弱碱性(pKb=8),能与盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、草酸形成三聚氰胺盐。在中性或弱碱性条件下,各种羟甲基三聚氰胺与甲醛缩合,但在弱酸性条件下(pH 5.5 ~ 6.5),与羟甲基的衍生物缩合生成树脂产品。当用强酸或强碱水溶液水解时,氨基逐渐被羟基取代,变成氰尿酸二酰胺,进一步水解形成氰尿酸单酰胺,最后生成氰尿酸。
主要用途三聚氰胺是一种基础有机化工中间产品,用途广泛,主要用途是作为生产三聚氰胺甲醛树脂(MF)的原料。三聚氰胺还可用作阻燃剂、减水剂和甲醛清洁剂。该树脂硬度高于脲醛树脂,不燃、耐水、耐热、耐老化、耐电弧、耐化学腐蚀,具有良好的绝缘性能、光泽和机械强度,广泛用于木材、塑料、涂料、造纸、纺织、皮革、电力、医药等行业。其主要用途如下:
(1)装饰板:可制成防火、抗震、耐热的层压板,色泽鲜艳、强度大、耐热的装饰板,用作飞机、船舶、家具的贴面,以及防火、抗震、耐热的建筑装饰材料。
(2)涂料:用丁醇和甲醇醚化后,可用作高级热固性涂料和固体粉末涂料的基料,可用于制作金属涂料和汽车、电器用高级氨基树脂装饰漆。
(3)模塑粉:密胺塑料可通过混合、造粒等工艺制成,不超标,耐沾污,遇湿仍能保持良好的电气性能,可制成白色、防摔的家用器皿、卫生洁具、仿瓷餐具、电器设备等高级绝缘材料。
(4)纸张:用乙醚醚化后可用作纸张处理剂,生产抗皱、防缩、不易变质的钞票、军用地图等高档纸张。
(5)三聚氰胺甲醛树脂可与其他原料混合生产织物整理剂、皮革鞣剂、上光剂和防水剂、橡胶粘合剂、助燃剂、高效水泥减水剂、钢铁脱盐剂等。
生物毒性
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目前认为三聚氰胺为微毒,对大鼠的致死量为3 g/kg体重以上。根据1945的一份实验报告,大鼠、兔子、狗喂大剂量三聚氰胺后,未见明显中毒现象。动物长期摄入三聚氰胺会对生殖和泌尿系统、膀胱和肾结石造成损害,并进一步诱发膀胱癌。1994国际化学品安全手册第三卷和国际化学品安全署与欧盟委员会共同编辑的国际化学品安全卡仅显示,长期或反复大量摄入三聚氰胺可能影响肾脏和膀胱,导致结石。但2007年美国对宠物食品污染的初步调查显示,掺入≤6.6%三聚氰胺的小麦蛋白粉是导致宠物食物中毒的原因,这就给上述微毒的结论打了一个问号。但出于安全考虑,三聚氰胺材质的餐具会标注“请勿在微波炉中使用”。
假蛋白原理
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由于食品和饲料行业蛋白质含量检测方法的缺陷,三聚氰胺经常被不法商人用作食品添加剂,以提高食品检测中的蛋白质含量指标,因此三聚氰胺也被称为“蛋白质香精”。
蛋白质主要由氨基酸组成,其含氮量一般不超过30%,而三聚氰胺的分子式含氮量约为66%。常见的蛋白质检验方法“凯氏定氮法”是通过测量氮的含量来估算蛋白质的含量。所以添加三聚氰胺会使食品的蛋白质检测含量偏高,从而使劣质食品通过食品检验机构的检测。预计植物蛋白粉和饲料中的试验蛋白含量提高一个百分点,使用三聚氰胺的成本仅为真蛋白原料的1/5。三聚氰胺作为一种白色结晶粉末,没有气味和味道,掺杂后不易被发现。
奶粉事件:所有品牌奶粉中蛋白质含量为15-20%(晚上在超市包装上标注为10-20%),蛋白质中平均含氮量为16%。如果一个合格牛奶的蛋白质含量为2.8%,含氮量为0.44%,一个合格奶粉的蛋白质含量为18%,含氮量为2.88%。三聚氰胺的氮含量为66.6%,是牛奶的151倍,奶粉的23倍。每100g牛奶中添加0.1g三聚氰胺,可提高蛋白质0.4%。
微溶是指溶质1g(ml)能溶于溶剂100 ~小于1000ml,三聚氰胺微溶于水。对于在牛奶的水包油乳液中的溶解性,目前还没有找到实验数据,但是我觉得比水要好,需要验证。
合成技术
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三聚氰胺最早是由尤斯图斯·冯·李比希在1834合成的。前期采用双氰胺法:由电石(CaC2)水解二聚生成双氰胺,再加热分解生成三聚氰胺,制得氰氨化钙(CaCN2)。目前,由于电石成本高,双氰胺法已被淘汰。与此方法相比,尿素法成本低,目前应用广泛。尿素以氨为载体,硅胶为催化剂,在380-400℃沸腾,先分解生成氰酸,再进一步缩合生成三聚氰胺。
6 (NH2)2CO → C3H6N6 + 6 NH3 + 3 CO2
将产生的三聚氰胺气体冷却捕集得到粗品,然后溶解,除去杂质,重结晶得到成品。尿素法生产三聚氰胺,每吨产品消耗尿素约3800公斤,液氨约500公斤。
根据反应条件的不同,三聚氰胺的合成工艺可分为高压法(7-10MPa,370-450℃,液相)、低压法(0.5-1MPa,380-440℃,液相)和常压法(
国外三聚氰胺生产工艺大多以技术开发公司命名,如德国巴斯夫工艺、奥地利化学林茨工艺、鲁奇工艺、美国联合信号化学、日本日产工艺、荷兰DSM法等。根据合成压力的不同,这些生产工艺基本上可以分为三种工艺:高压工艺、低压工艺和常压工艺。目前,日本日产工艺和意大利Allied-Eurotechnica高压工艺、荷兰DSM低压工艺和德国BASF常压工艺是世界上技术先进、竞争力强的工艺。
我国三聚氰胺生产企业多采用半干式常压工艺,在0.1MPa以下以尿素为原料,以硅胶为催化剂,在390℃左右合成三聚氰胺,使三聚氰胺在冷凝器中结晶,粗品经溶解、过滤、结晶制成成品。