[发明专利]一种固体酸催化剂一步法催化合成聚天冬氨酸的方法

说明书

本发明涉及高分子合成领域，公开了一种固体酸催化剂一步法催化合成聚天冬氨酸的方法，包括：（1）将顺丁烯二酸酐放入到反应釜中，加入去离子水，通冷却水冷却，接着滴加氨水，反应结束后，排出水分；（2）向反应釜中加入酸改性蒙脱土催化剂和液体石蜡，升温度至聚合温度，反应后，通冷却水冷却，放出反应液；（3）将反应液中的液体石蜡倒出回收，得到红棕色粘稠液体置于反应器中，向反应器中加入去离子水，过滤，滤液用沉淀剂沉析、分液、干燥得到聚天冬氨酸。本发明采用新型固体酸催化剂，可提高聚天冬氨酸的分子量，另外，通过加入稍过量的氨水，将聚合和水解反应在一个体系中进行，简化了和合成工艺，有利于实现大规模生产。

技术领域

本发明涉及高分子合成领域，尤其涉及一种新型固体酸催化剂一步法催化合成聚天冬氨酸的方法。

背景技术

随着现代工业的不断发展，水资源污染日益严重，工业用水处理剂市场也掀起了一场“绿色革命”，正向着多功能、无毒、高效的方向发展。目前,国际上有关聚天冬氨酸的应用研究已经成为各发达国家竞相研究的热点，以美国、日本以及德国的化学公司对聚天冬氨酸的研究最为活跃。美国的Donlar公司于20世纪90年代初期开发了聚天冬氨酸，由于聚天冬氨酸对环境污染极少，并且能生物降解，因此在可生物降解的水溶性聚合物领域内有很大的优势,从而获得了美国政府颁发的总统绿色化学挑战计划奖。

聚天冬氨酸(Polyaspartic acid，PASP)属于聚氨基酸中的一类，其因结构主链上的肽键易受微生物、真菌等作用而断裂，最终降解产物是对环境无害的氨气、二氧化碳和水，被看作是可生物降解的环境友好型化学品。在工业高度发达的今天，环境问题越来越引起人们的重视，聚天冬氨酸的合成与应用备受世界各国的关注。在国外很多国家，聚天冬氨酸的合成研究已趋于成熟，而我国的聚天冬氨酸的生产发展较慢，还是一个新兴的产业，有待进一步工业化生产。

聚天冬氨酸的合成一般是：先用原料合成聚天冬氨酸的前驱物聚琥珀酰亚胺(PSI)，然后对PSI进行碱性水解得到聚天冬氨酸，其中PSI的合成最关键。根据所用原料的不同，PSI的合成方法分为两种：一种是L-天冬氨酸直接热缩合；另一种是间接聚合，先由富马酸、葡萄糖等经过发酵得到马来酸，再与能产生氨气的含氮化合物共聚。但就现有的合成聚天冬氨酸的技术而言，以L-天冬氨酸为原料已工业化生产，但成本较高，局限性较大，而以顺酐为原料报道的较少，工艺参数不够详细，而外国对重要的工艺信息又严密封锁，因此，需要改进和优化合成工艺，提高聚天冬氨酸的分子量。

1989年，美国专利US4839461公开了一种聚天冬氨酸的制备方法，G.Boehmke将马来酸酐和浓氨水以1:1-1:1.5的比例混合，在120-150℃下聚合制备PASP。L.L.Wood将马来酸酐水解为马来酸后，加入浓氨水，制得马来酸铵盐。在搅拌反应器中，将铵盐的水分蒸发，干的铵盐在一定温度下发生聚合形成PSI(US5510426.1996)。

但上述方法所得的聚天冬氨酸的分子量较低，且工艺要分步进行，比较繁琐，不适合大规模生产。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新型固体酸催化剂一步法催化合成聚天冬氨酸的方法。本发明采用新型固体酸催化剂，提高了的聚天冬氨酸的分子质量，可通过控制催化剂的用量来调控聚天冬氨酸的分子质量。另外，采用高压反应釜做容器，通过加入稍过量的氨水，将聚合和水解反应在一个体系中进行，简化了和合成工艺，有利于实现大规模生产。

本发明的具体技术方案为：一种新型固体酸催化剂一步法催化合成聚天冬氨酸的方法，包括以下步骤：

(1)将20份的顺丁烯二酸酐放入到反应釜中，向反应釜中加入去离子水，通冷却水冷却，接着向反应釜中以4-6mL/min的速率滴加氨水，氨水和顺丁烯二酸酐的摩尔比为1.3-1.8:1，升温至60-100℃，反应1-3h，反应结束后，打开出气阀门，排出水分。