聚天冬氨酸的生产及应用分析2

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1、聚天冬氨酸的生产及应用分析李峰1，李更辰2，邢振平1（1、石家庄开发区德赛化工有限公司；2、石家庄铁道大学材料科学与工程学院）摘要：论文综述了以L-天门冬氨酸为原料或以马来酸酐及其衍生物为原料生产聚天冬氨酸工艺，分析了聚天冬氨酸应用领域及市场需求，概括了国内外工业化生产规模及研究现状，比较了国内外产品差距，分析了国内聚天冬氨酸生产现状，指出国内提高聚天冬氨酸品质需要研究的方向。关键词：聚天冬氨酸、水处理、阻垢、缓蚀1、聚天冬氨酸的产品意义聚天冬氨酸（Polyasparticacid）是一种氨基酸的聚合物，天然存在于软体动物和蜗牛类的壳内[1]。天门冬氨酸分子中的胺

2、基和羧基缩合后形成酰胺键，构成大分子主链，另一个羧基则分布在主链的两侧。在聚天冬氨酸大分子中含有丰富的酰胺键、羧基等活性基团。酰胺键的化学稳定性较高，高温不易分解；另一方面酰胺键也是肽键，具有生物活性。羧基在水中电离形成羧基负离子，它能与多种离子发生络合反应，使聚天冬氨酸在水溶液中具有很高的化学活性。在聚天冬氨酸每个结构单元中，有4个氧原子和1个氮原子，氧和氮原子极易与水分子形成氢键，使其具有很好的亲水性和水溶性[2]。聚天冬氨酸特殊的分子结构决定了它具有以下特征：⑴分散性低分子量的聚天冬氨酸具有很好的分散能力，能够分散水溶液中各种颗粒物质，如CaCO3、CaSO

3、4、BaSO4、Fe2O3、粘土、Ca3（PO4）2等[2]。⑵缓蚀性低分子量的聚天冬氨酸具有阻止碳钢、铜等腐蚀的能力，是一种良好的缓蚀剂，特别适用于防止采油管线中二氧化碳引起的腐蚀[2]。⑶吸湿性聚天冬氨酸很容易潮解，有很强的吸水性，并能保持水份，大分子量的聚天冬氨酸可用作吸水树脂[2]。⑷生物降解性聚天冬氨酸的类蛋白质结构决定了它有很好的生物可降解性。根据OECD301B标准，对聚天冬氨酸的生物降解性进行了研究。结果证明，聚天冬氨酸10d内的降解率超过18.8%，28d内生物降解率达到73%，是易生物降解物质[2]。⑸环境友好性聚天冬氨酸对环境及其环境微生物无

4、毒害性，其分解的小分子产物天冬氨酸是生物营养物质，可被环境微生物直接吸收[2]。因此，聚天冬氨酸是一类多功能的环境友好的水溶性高分子材料。2、聚天冬氨酸的国内外发展和现状随着化学品应用的普及，人们在享受它带来的极大方便的同时，它的环境污染问题越来越引起人们的关注，于是绿色化学品成为学术界研究的重点。自1850年，聚天冬氨酸首次人工合成以来[3]，逐渐受到世界上各大化学公司的关注，其中以美国、德国和日本等国对聚天冬氨酸的研究最为活跃，美国的Donlar公司和德国的Bayer公司等都已经实现了工业化生产[1]。1996年，美国Donlar公司还因在聚天冬氨酸合成研究方

5、面的突出贡献，被美国环保协会授予首届"总统绿色化学挑战奖"。在国内，聚天冬氨酸也是近些年化工行业的热点之一，闵恩泽等院士曾多次呼吁加强对聚天冬氨酸的开发研究[4]，从1996年开始国内多家科研单位陆续开展了实验室研究。特别是2000年以后，随着天津大学一碳化工国家重点试验室小试技术的成熟以及各项基础技术的积累，国内对聚天冬氨酸的研究逐渐活跃。2000年5月，石家庄开发区德赛化工有限公司与天津大学一碳化工国家重点试验室达成合作意向，经过刻苦攻关，在国内首次实现了聚天冬氨酸的工业化生产，产品填补了国内空白。2004年，聚天冬氨酸被科技部等四部委认定为“国家重点新产品”

6、。2005年，德赛化工作为第一起草人参与制定了聚天冬氨酸行业标准HG/T3822－2006。2.1生产工艺国内外开发的聚天冬氨酸合成方法主要有两类，一类是以L-天门冬氨酸为原料，另一类是以马来酸酐及其衍生物为原料。合成方法分述如下：2.1.1以L-天门冬氨酸为原料L-天门冬氨酸热缩合成聚天冬氨酸反应方程式为：以L-天门冬氨酸为原料直接热缩合成聚天冬氨酸，工艺简单，反应过程除生成少量水蒸汽外，对环境无任何污染。此外还有酸催化热缩聚合和在溶剂下催化聚合两种方式，采用后两种工艺可以合成更高的分子量的聚天冬氨酸，分子量从1000到200000[5]。直接热缩聚合的工艺代表

7、是美国Donlar公司，它于1996年建成了年产1.8万t的生产装置，率先实现了聚天冬氨酸工业规模的生产。这种方法是以粉化的L-天冬氨酸为单体，热缩聚合成聚天冬氨酸其转化率高于97％。因其属于无毒、无害、无残留的环境友好型产品，美国环保等部门对其免检。到目前为止，年销售额超过84亿美元，其农化产品Amisorb和Magmet行销美国49个州[6]。在国内，2000年5月德赛化工首先实现了工业化生产，2009年又建成了一套年产3000吨的生产装置。此外还有北京艾实华科技有限公司、山东淄博富聚生物化工有限公司、山东东营力帮化学制品有限公司、江苏常州华泰氨基酸集团有限公

8、司、河南洛