[发明专利]微波半溶剂法合成聚天冬氨酸

说明书

技术领域：

本发明涉及一种较高分子量聚天冬氨酸的合成方法，具体涉及一种用作水处理药剂的聚天冬氨酸的合成方法。

背景技术：

聚天冬氨酸是国际公认的“绿色化学品”，一定分子量的聚天冬氨酸不仅对硫酸钙、硫酸钡、碳酸钙、磷酸钙结垢有着良好的抑制性能，而且对于油气田开采中CO₂腐蚀具有一定的缓蚀作用。聚天冬氨酸的合成与应用成为近几年来水处理剂领域的研究热点。

目前公开的聚天冬氨酸合成方法很多，按使用原料可以分为两类：一是以L-天冬氨酸单体为原料；一是以含四个碳原子的不饱和二羧酸或酸酐与氨或胺盐为原料。尽管合成采用的原料不同，但采用加热方式几乎是相同的，主要是油浴或电加热等传统技术，这些方法合成所需时间较长，耗能较大，致使产品成本较高，阻碍了其工业化生产和大规模的推广应用。因此，出现了微波化学技术在聚天冬氨酸合成中的应用研究。

现有微波合成聚天冬氨酸的工艺特点是反应速度快、产率高且能耗低。按照吸收微波介质的不同分为水和有机溶剂，以水为吸收介质工艺的缺点是反应过程中主要依靠水吸收微波能，致使反应体系的温度难以提高，所得产物的分子量偏低；以有机溶剂为吸收介质的工艺缺点是产物与溶剂互溶，分离困难，难以实现工业化生产。

现有微波辐射工艺下得到聚天冬氨酸对CaSO₄具有很好的阻垢效果，但由于分子量偏低对CaCO₃的阻垢效果较差。这一缺点阻碍聚天冬氨酸微波辐射合成方法迈向产业化的进程。

发明内容：

鉴于上述聚天冬氨酸的微波合成现状，本发明提供一种较高分子量聚天冬氨酸的微波辐射合成方法。它可以解决现有微波辐射合成方法存在的产品分子量低、对CaCO₃阻垢性能差、溶剂与产物分离难等缺陷。本发明聚天冬氨酸的结构式为p+q的范围为30～300。

本发明按照如下步骤合成聚天冬氨酸：第1步以马来酸酐或富马酸和氨水或铵盐为原料，两种原料的化学计量数之比为0.01～99.9，向反应物中加入少量有机溶剂，在微波频率为915±50MHz或2450±50MHz，微波功率为200～20000W的条件下，辐射1～40min，合成低分子量的聚琥珀酰亚胺，此时溶剂全部回收，其中溶剂与反应物的化学计量数之比为0.1～9.9；第2步继第1步之后将低分子量的聚琥珀酰亚胺(PSI-I)在微波功率为400～50000W条件下，继续辐射1～30min，得到高分子量的聚琥珀酰亚胺(PSI-II)，高分子量的聚琥珀酰亚胺进一步水解得到较高分子量的聚天冬氨酸。

本发明采用微波辐射，在两步聚合过程中仅第一步使用溶剂，即半量溶剂的条件下，对原料的溶液聚合(第1步)和低聚体的熔融聚合(第2步)进行了研究。结果表明所得产物性能稳定，分子量和阻垢性能有了明显提高。该方法具有工艺简单、无需溶剂分离、反应速度快、产率高、节能、污染少、产品性能明显提高的优点。

附图说明：

图1为本发明中较高分子量聚天冬氨酸的制备流程图。

具体实施方式：

具体实施方式一：本实施方式的聚天冬氨酸的结构式为p+q的范围为30～300。本实施方式中的p+q的最佳范围为30～100。

具体实施方式二：本实施方式按照如下步骤合成聚天冬氨酸：合成过程分2步，第1步以马来酸酐或富马酸和氨水或铵盐为原料，其中铵盐为碳酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、硫酸氢铵、氯化铵、磷酸铵、磷酸氢铵或磷酸氢二铵，马来酸酐或富马酸与氨水或铵盐的化学计量数之比为0.01～99.9，采用微波辐射，在微波频率为915±50MHz或2450±50MHz、微波功率为200～20000W的条件下，向反应物中加入少量溶剂，辐射反应1～40min，反应过程中回收全部溶剂，得到小分子量的聚琥珀酰亚胺(PSI-I)，其中溶剂与反应物的化学计量数之比为0.1～9.9；第2步是继第1步之后将小分子量的聚琥珀酰亚胺在微波功率为400～50000W的条件下，继续辐射1～30min，便可得到高分子量聚琥珀酰亚胺(PSI-II)，水解高分子量聚琥珀酰亚胺便可得到较高分子量的聚天冬氨酸。