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聚天冬氨酸:一种可降解的绿色高分子材料? 1

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二十世纪九十年代初,人们开始关注一种名为聚天冬氨酸(PASP)的“绿色”化学品。聚天冬氨酸是一种可降解的生物高分子物质,具有多肽结构。它存在于软体动物的壳中,用于调节钙平衡。近年来,受到这些动物代谢的启发,人们成功地合成了这种生物高分子材料。

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特性

聚天冬氨酸除了具有一般水溶性羧酸的性质外,还具有其他许多优良特性,这些特性是其他聚合物所无法比拟的。聚天冬氨酸最大的特点是可生物降解、无毒、不破坏生态环境,完全降解后不会对环境造成任何危害。经实验证明,聚天冬氨酸在28天内的降解率可达76%,并且没有毒性。它可以替代许多对环境有害的化学品,在工业、农业、医药等领域具有广泛的应用。

制备方法

制备聚天冬氨酸的方法主要有两种。第一种方法是NCA(N-carboxyanhydride)法,这是一种通常用于制备聚氨基酸的方法。另一种方法是通过热缩合天冬氨酸或马来酸酐、马来酸氨盐等生成中间体聚琥珀酸亚胺(PSI),然后在碱性条件下水解得到聚天冬氨酸溶液。第一种方法工艺复杂,且使用剧毒气体光气,因此实际应用非常少。因此,一般采用第二种工艺来生产聚天冬氨酸。

L-天门冬氨酸热缩合成聚天冬氨酸的反应方程式如下:

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以L-天门冬氨酸为原料直接热缩合成聚天冬氨酸的工艺简单,反应过程除了生成少量水蒸汽外,对环境没有任何污染。此外,还有酸催化热缩聚合和在溶剂下催化聚合两种方式,可以合成更高分子量的聚天冬氨酸,分子量范围从1000到200000。

聚天冬氨酸的合成一般分为三个步骤:制取中间体聚琥珀酰亚胺、中间体在碱性条件下水解制取PASP盐、PASP的分离纯化。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。

一种制备40%聚天冬氨酸钠盐水溶液的方法是:每吨L-天冬氨酸加入IOkgH3PO4,反应温度为200-220°C,反应时间为1.5小时,反应产物冷却后加水洗去催化剂,离心获得聚琥珀酰亚胺;然后在50-60°C下加入氢氧化钠溶液进行1小时水解,得到含有40%聚天冬氨酸钠盐的水溶液。

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