尿素与甲醛的缩合反应机理

尿素与甲醛的缩合反应机理

两种原因对尿素产品外在质量提出了更高的要求：①尿素装置工艺系统增产改造使装置产能释放，将产品外在质量瓶颈转移到造粒塔；②不断规范的市场和用户素质的提高，对产品外在质量提出了更高的要求。尿素产品在内在质量符合国家标准的基础上，必须提高粒子强度满足柔性的销售过程的实现，添加添加剂提高尿素粒子强度，减少粉尘成了各装置提高尿素产品外在质量的有力措施。国内某尿素装置，立足理论探讨，对尿素添加脲醛树脂、甲醛、甲醛与尿素加成产物进行了工业化试生产。 1 增强机理探讨 1.1 尿素添加甲醛技术来源 尿素添加甲醛以增加尿素粒子强度这一技术，分离于国外复合肥料的技术研究。传统的尿素产品肥效利用率大约35%左右，为了提高肥效利用率，从20世纪初国外就提出了缓释化肥的设想。这种化肥具有缓溶性和缓慢分解性，能够持久地给予植物生长必须的营养元素，减少淋溶损失，提高尿素肥效利用率到50%。20世纪40年代，LeeJ.Y等研究发现尿素与甲醛的缩合产物的释氨速度明显低于尿素，并在美国牧场进行了试验，证实这种缩合物具有良好的肥效。从此，许多国家便开始将其作为缓释化肥进行试验研究。1955年德国BASF公司开始生产脲甲醛，是第一个商品化的缓释肥料，目前占缓/控释肥消费总量的40%。在缓/控释肥料的发展过程中，人们发现尿素和甲醛的缩合产物有利于提高粒子强度。 1.2 尿素和甲醛反应原理 尿素和甲醛存在着复杂的反应机理，这是因为其反应过程受到pH值、温度和时间的影响。在尿素和甲醛反应生成大分子脲醛树脂这一过程存在两种理论，即传统理论和糖醛理论。用比较普遍适用的传统理论解释尿素和甲醛的反应过程，将发生加成和缩合反应。 1)加成反应。碱性条件下，在尿素和甲醛在水溶液中，当甲醛与尿素的摩尔比≤1发生加成反应生成比较稳定的一羟甲基脲(以U代表NH2—CO—NH2)。 U+HCHO→U—CH2—OH(一羟甲基脲) 一羟甲基脲继续与甲醛反应生成二羟甲基脲。 U—CH2—OH+HCHO→HO—CH2—U—CH2—OH 还可以生成少量的三羟甲基脲、四羟甲基脲。一羟甲基脲、二羟甲基脲和三羟甲基脲的反应速度比为9：3：1，理论上比较完全的加成反应时间为1h。

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