本發(fā)明屬于無機(jī)雜化高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無機(jī)雜化羥甲基脲以及其制備方法。
背景技術(shù)：
改革開放近30年來，我國的木材工業(yè)得到了超常規(guī)快速發(fā)展。我國2004年人造板(纖維板、刨花板和膠合板)總產(chǎn)量5446.5萬立方米，2005年達(dá)到了6393萬立方米，增幅達(dá)17.4％，是2000年的3.19倍，已上升為世界第一人造板生產(chǎn)大國，其中，2005年人造板膠粘劑用量(100％固體含量計(jì))超過350萬噸，而脲醛樹脂膠粘劑占人造板用膠量的90％以上，是膠粘劑中用量最大的品種。脲醛樹脂膠粘劑之所以能在木材工業(yè)中大量使用，是由于其具有其它樹脂無法比擬的有事，主要是它原料充足、價(jià)格低廉，是合成樹脂中價(jià)格最低的。另外，脲醛樹脂還具有很多優(yōu)點(diǎn)，如膠接強(qiáng)度較高，固化迅速，固化后的膠層顏色淺，不會污染被膠合物的板面，水溶性好，易調(diào)制到所需要的合適粘度和濃度。
但是，眾所周知，脲醛樹脂也具有一些明顯的缺點(diǎn)，如耐老化性差、耐高溫性差、阻燃性差等，隨著人們生活質(zhì)量意識的日益提高，如何提高其耐高溫性能和阻燃性能成為了本領(lǐng)域的技術(shù)難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種無機(jī)雜化羥甲基脲及其制備方法，以尿素為原料，在弱堿性介質(zhì)條件下，與甲醛和水加熱進(jìn)行羥甲基化反應(yīng)，再與無機(jī)雜化化合物進(jìn)行反應(yīng)，生成無機(jī)雜化羥甲基脲，具有較高的阻燃性能和耐高溫性能。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
無機(jī)雜化羥甲基脲，其特征在于：分子結(jié)構(gòu)如下：
所述分子結(jié)構(gòu)中的X為無機(jī)雜化元素，包括B或Sb中的一種。
所述的無機(jī)雜化羥甲基脲的制備方法，其特征在于：主要包括以下步驟：
將尿素、甲醛和水，在弱堿性介質(zhì)條件下，加熱進(jìn)行羥甲基化反應(yīng)生成羥甲基脲；
將生成的羥甲基脲與無機(jī)雜化化合物在100～110℃的條件下反應(yīng)0.5～2小時(shí)，雜化反應(yīng)完成，冷卻到40～80℃結(jié)晶過濾，得到無機(jī)雜化羥甲基脲。
所述的無機(jī)雜化羥甲基脲的制備方法，其特征在于：包括以下具體步驟：
(1)羥甲基化反應(yīng)
向反應(yīng)釜中加入尿素、甲醛和水，加堿調(diào)節(jié)pH為8.0～9.0，在35～65℃的條件下，轉(zhuǎn)速60～80轉(zhuǎn)/分，保溫30～120min進(jìn)行羥甲基反應(yīng)，得到羥甲基脲；
(2)雜化反應(yīng)
向反應(yīng)釜中加入無機(jī)雜化化合物和水，升溫到100～110℃反應(yīng)0.5～2小時(shí)，雜化反應(yīng)完成；
(3)冷卻過濾
冷卻到40～80℃結(jié)晶過濾，得到無機(jī)雜化羥甲基脲。
所述的無機(jī)雜化羥甲基脲的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中的無機(jī)雜化化合物為：硼酸鈉、硼酸鉀、硼酸、硼酸鋅、磷酸硼、四水八硼酸鈉、三氧化二銻、五氧化二銻、鉬酸鈉、鉬酸鉀、鉬酸鋅、鉬酸銨、四鉬酸銨或七鉬酸銨中的一種。
所述的無機(jī)雜化羥甲基脲的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中調(diào)節(jié)pH所用堿為氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鉀或碳酸鉀，其質(zhì)量濃度為25-35％。
本發(fā)明專利的無機(jī)雜化反應(yīng)原理：
利用化合物上含有的羥甲基能與硼、鉬、銻元素發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的原理，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明專利的雜化反應(yīng)過程，因?yàn)榉忾]了羥甲基，消除了活潑基團(tuán)，反應(yīng)過程中的溫度可以大幅度提高至110℃，并且分子結(jié)構(gòu)上引入了硼、鉬、銻阻燃元素，使得產(chǎn)品的穩(wěn)定性、阻燃性能和耐高溫性能大幅提升。
本發(fā)明的上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、通過羥甲基化的尿素與無機(jī)雜化化合物的雜化交聯(lián)反應(yīng)，使得最終生成的無機(jī)雜化羥甲基脲引入了硼、銻、鉬等耐高溫阻燃元素，從而提高了羥甲基脲的耐高溫性能和阻燃性能，與未雜化之前的羥甲基脲相比，耐高溫性能提高50℃以上，阻燃性能提高了至少20％。
2、該無機(jī)雜化羥甲基脲的制備克服了羥甲基脲分子結(jié)構(gòu)引入阻燃元素的技術(shù)難題，解決了外添加阻燃劑對產(chǎn)品物理機(jī)械性能的影響和阻燃效果不理想等技術(shù)問題。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于具體實(shí)施例。
實(shí)施例1
硼雜化羥甲基脲的制備
分子結(jié)構(gòu)式：
原料配比：
(1)羥甲基化反應(yīng)
按上述比例向反應(yīng)釜中加入尿素、甲醛和水，加氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH為8.0，在35℃的條件下，轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分，保溫120min進(jìn)行羥甲基反應(yīng)，得到羥甲基脲；
(2)雜化反應(yīng)
向反應(yīng)釜中加入四水八硼酸鈉和水，升溫到100℃反應(yīng)2小時(shí)，雜化反應(yīng)完成；
(3)冷卻過濾
冷卻到40℃結(jié)晶過濾，得到硼雜化羥甲基脲。
實(shí)施例2
銻雜化羥甲基脲的制備
分子結(jié)構(gòu)式：
原料配比：
(1)羥甲基化反應(yīng)
按上述比例向反應(yīng)釜中加入尿素、甲醛和水，加氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH為9.0，在65℃的條件下，轉(zhuǎn)速80轉(zhuǎn)/分，保溫30min進(jìn)行羥甲基反應(yīng)，得到羥甲基脲；
(2)雜化反應(yīng)
向反應(yīng)釜中加入三氧化二銻和水，升溫到110℃反應(yīng)0.5小時(shí)，雜化反應(yīng)完成；
(3)冷卻過濾
冷卻到80℃結(jié)晶過濾，得到銻雜化羥甲基脲。
實(shí)施例3
鉬雜化羥甲基脲的制備
分子結(jié)構(gòu)式：
原料配比：
(1)羥甲基化反應(yīng)
按上述比例向反應(yīng)釜中加入尿素、甲醛和水，加碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH為8.5，在50℃的條件下，轉(zhuǎn)速75轉(zhuǎn)/分，保溫90min進(jìn)行羥甲基反應(yīng)，得到羥甲基脲；
(2)雜化反應(yīng)
向反應(yīng)釜中加入鉬酸鈉和水，升溫到105℃反應(yīng)1.5小時(shí)，雜化反應(yīng)完成；
(3)冷卻過濾
冷卻到60℃結(jié)晶過濾，得到鉬雜化羥甲基脲。