聚天冬氨酸的生产及应用分析.doc

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Polyaspartic acid）是一种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、CaSO4、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面的突出贡献，被美国环保协会授予届总统绿色化学挑战奖。经过刻苦攻关2004年被科技部等四部委认定为国家重点新产品。2005年德赛化工制定聚天冬氨酸行业标准HG/T3822－2006。 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司、河南洛阳康博生物制品有限公司等数十家聚天冬氨酸生产厂家，除满足国内需求外，还有部分产品出口[6]。 2.1.2 以马来酸酐及其衍生物为原料 马来酸酐与氨反应生成聚天冬氨酸的方程式为： 以马来酸酐及其衍生物为原料合成聚天冬氨酸，具有原料易得，生产成本低的优势，但所得聚合产品的相对分子质量较低[5]。 1996年Bayer公司研制出将马来酸铵或马来酸／富马酸铵及其衍生物在双螺杆挤压机或带喷管的筒形反应器中反应来合成聚天冬氨酸的方法，并于1997年在年产1000 t中试成功的基础上，建成了年产3万t聚天冬氨酸的生产装置[6]。 国内未见采用此工艺的生产装置的投产报告。 2.2 聚天冬氨酸的应用 聚天冬氨酸根据其相对分子质量的不同，可分别应用在农林业、石油开采、工业水处理及高吸水树脂等方面。 2.2.1 农林业 在农业上聚天冬氨酸可作为肥料增效剂，能促进粮食、蔬菜、瓜果、花卉等农作物对养分的吸收，促进根系的生长，增加产量、健壮植株、增强坑逆性，达到根深叶茂、改善品质的效果。施用聚天冬氨酸，可使肥料利用率提高20％-40％，减少肥料用量20％。添加于尿素中可增加尿素的肥效，使粮食作物增产9％～30％、蔬菜增产15％～60％、果树增产30％。尿素生产中添加聚天冬氨酸可增加尿素造粒度，使达标颗粒数量由93％-94％提高至97％-98％，提高尿