1、毕业 论文文献综述 应用化学 聚天冬氨酸的合成及表征 一、聚天冬氨酸的研究现状和前景： 随着经济社会的发展 ,水溶性高分子材料的应用量逐年增加 , 比如在工业冷却水循环系统中，一般要加入水处理剂以控制结垢、腐蚀等问题，而聚丙烯酸和聚丙烯酰胺类水处理剂的阻垢效果虽好，却不能生物降解，造成严重的环境问题。因此 ,可生物降解的水溶性高分子材料成为近年来的研究热点。 国外成功开发的水处理剂聚天冬氨酸 ( Polyaspartic acid ,简称 PASP)就是这样一类“绿色 ”产品。聚天冬氨酸天然存在于软体动物和蜗牛类的壳中 ,是由天冬氨酸 (Aspartic acid ,简称 ASP) 单体的氨基
2、和羧基缩水而成的聚合物 ,具有类似蛋白质的酰胺键结构 ,可完全生物降解成对环境无害的终产物 ,无毒无污染 ,是一类对环境友好的绿色聚合物 1。是受海洋动物代谢过程启发而开发成功的一种绿色阻垢剂，特别适用于抑制冷却水、锅炉水及反渗透膜处理中的碳酸钙等的成垢 2。使用聚天冬氨酸可高效、稳定地被微生物降解为对环境无害的终产物，具有很好的生物降解性，无毒无污染，是公认的绿色聚合物和水处理剂的更新换代产品。 研究证明 ,水溶性聚天冬氨酸具有阻垢、缓蚀、分散 、螯合、保湿等多种功能 3,市场前景很好 ,经济效益和社会效益非常可观。 20世纪 90年代初自美国 Donlar 公司开发成功以来 ,聚天冬氨酸的
3、合成及应用已经成为各发达国家竞相研究的热点 4,美国、德国已相继建成了较大规模的生产装置并成功运转 5-6。国内对聚天冬氨酸的研究还处于起步阶段7。 二、研究方法及合成思路： 聚天冬氨酸是天冬氨酸单体的氨基和羧基缩水而成的聚合物。它的分子链的形式可有两种 : 聚天冬氨酸的合成目前主要有两条工艺路线： 1 一是以 L-天冬氨酸为原料的热缩合法 二是 以马来酸或马来酸酐为原料的合成法。 1、 L-天冬氨酸热缩聚 以 L-天冬氨酸为原料，采用固相、液相或在分散介质中热缩聚，制得环状的聚琥珀酰亚胺（ PSI） 8，然后在碱性条件下水解即得 PASP。在固相中反应很容易进行，但反应不均匀；在溶剂中进行反
4、应，可以降低反应物黏度，使反应均匀彻底，提高产率。采用的溶剂一般为非质子极性有机溶剂，包括含硫或含氧的杂原子环状有机物、高沸点的烷醇或正构烷烃。此反应过程较容易控制且重复性好，转化率可达 94%以上，且设备简单，是比较成熟的一条工艺路线，其缺点是天冬氨酸成本高，在实际应 用中缺乏竞争力。 2、以马来酸或马来酸酐为原料 马来酸和碳酸胺直接聚合的方法，它以摩尔比为 1： 1.1 的马来酸和氨水混合，在170 下聚合成聚琥珀酰亚胺。聚合得到的聚琥珀酰亚胺颜色较深，并且含有一定量的杂质，还常常成团 ,需要水解、提纯、脱色等后处理才能得到浅色粉末状的聚天冬氨酸。水解一般是在碱性的水溶液中进行，如将 PS
5、I 用 NaOH 水溶液处理，控制 pH=1012时水解完全，得到聚天冬氨酸盐的清晰溶液。孙波 9等对聚天冬氨酸合成过程中的水解反应进行了研究，发现水解的适宜条件为：水解温度 5090，水解时间约 30min， NaOH浓度 2moL/L，用量与聚琥珀酰亚胺相等。该方法聚合工艺简单、原料易得、反应条件温和且产物易分离，适合大规模生产。缺点是聚合时间较长，并且需要对反应物进行预处理（如重结晶）。 3、比较两类合成方法的结果 比较两类合成方法的结果 10,以马来酸（酐）为原料的产品，相对分子质量较低，在 80015000 之间，而且产率偏低，温度高时容易导致产品颜色变深；用 L-天冬氨酸作原料可制
6、取低色度聚合物，摩尔质量较大，在 100015000 之间 11,如果在特定介质中加入磷酸作为催化剂，这样得到的聚合物 分子相对分子量将明显增加，最高可达50000，而且色度较低。以 L-天冬氨酸为原料产物的生物降解性较好，但是相对摩尔质量相近的产品，以马来酸（酐）为原料制取的聚天冬氨酸的阻垢能力和对颜色的分散能力较强。 三、聚天冬氨酸的应用： 聚天冬氨酸是仿生合成的水溶性高分子材料 ,主要用途有如下几个方面： 聚天冬氨酸作为一种新型绿色水处理剂，应用到工业循环冷却水处理领域中。聚天2 冬氨酸可以螯合钙、镁、铜、铁等多价金属离子，尤其能够改变钙盐晶体结构，使其形成软垢，可以用于工业循环水、锅炉
7、水、反渗透水、油田水、海水淡化等水处理领 域，在高硬度、高碱度、高 pH 值、高浓缩倍数系统中表现卓越， PASP 阻垢效果优于常用含膦阻垢剂。 PASP 与 PBTCA 复配后有协同作用。 聚天冬氨酸作为金属缓蚀剂。聚天冬氨酸在 pH 处于 10 以上时能得到较好的缓蚀效果。 pH 处于 8 9 时较低浓度的聚天冬氨酸在海水中有较好的缓蚀效果。聚天冬氨酸分别与有机磷、钨酸钠、季铵盐、锌盐、钼酸盐、氧化淀粉等复配，可以取得更好的缓蚀效果。 聚天冬氨酸在农业领域的应用。聚天冬氨酸本身不是肥料，但它可以作肥料增效剂。聚天冬氨酸对金属离子具有螯合作用，一定分子质量的聚天冬氨酸可以富 集氮，磷，钾及微
8、量元素供给植物，使植物更有效地利用肥料，提高农作物的产量和品质。聚天冬氨酸的添加能够提高农作物产量，并能改善土壤质量。 聚天冬氨酸在医药领域的应用。在聚合物胶束聚乙二醇 -聚天冬氨酸中包埋抗肿瘤药顺铂，其中疏水性的寡聚天冬氨酸可以起到稳定胶束的作用，从而使该胶束可以用作药物载体。聚天冬氨酸通过阻止含胺胍基物质的电生理学的变化来保护小管细胞。聚天冬氨酸对庆大霉素干扰耳蜗磷脂组织代谢有抑制作用。 聚天冬氨酸在卫生领域的应用。聚天冬氨酸作为一种新型的高聚物，它可以与交联剂反应进一步合成超强吸水剂 ，这种吸水剂易降解，降解后可以作为肥料，对环境不产生任何污染，这种特点满足了卫生用品对高吸水树脂的要求，
9、倍受市场青睐。 聚天冬氨酸可以作清洁剂，不仅可以代替有磷洗涤剂，而且由于它安全无毒、无刺激还可以添加于洗碗的洗涤剂中，其效果优于水和聚羧酸盐的清洗效果。它也可以作为钻井液降粘剂、水煤浆分散剂、洗涤增效剂等，还可应用到化妆品和保健品中。 4、发展前景： 聚天冬氨酸无论作为哪种用途 ,都有一个特殊的优势 对环境友好 ,可生物降解。随着全球环保意识的日渐增强 ,开发环保型聚天冬氨酸产品有着广阔的发展前景和深远的 影响 ,也赋予绿色化学的 “绿色 ”以新的内涵。 参考文献 1 冷一欣 , 蒋俊杰 , 韶晖 , 芮新生 , 聚天冬氨酸的合成及表征 J. 化学工业与工程技术 , 2002, 23 (5)
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