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一、 聚天冬氨酸
聚天冬氨酸（PASP）是一种氨基酸的聚合物，属于生物高分子材料。自然界中其分子量为
一千至数十万，除具有水溶性羧酸的性质外，还具有良好的生物降解性和生物相容性。因此被
广泛地用于水处理剂、洗涤剂、化妆品、抑菌剂、分散剂、螯合剂、制革、制药、水凝胶等领
域，是一种用途极为广泛，无毒、无污染、易降解的环境友好型化学品。
由于聚天冬氨酸的许多优良性能，使得国外多家著名公司如美国孟山都、Donlar，德国
Bayer，BASF 以及日本 Mitsubishi 等都开始研究开发聚天冬氨酸。目前聚天冬氨酸的市场已
达到 5 万吨。这其中最著名的生产企业是美国的 Donlar 公司，该公司因为开发和生产出聚天
冬氨酸绿色可生物降解产品及其在农业、阻垢剂、缓蚀剂、清净剂助剂及分散剂等领域的用途
而获得 1996 年美国总统绿色化学奖，2004 年该公司聚天冬氨酸生产量已达到 3 万吨。
但目前市场上的聚天冬氨酸产品由于分子量低（一般只在 5 万以内），所以只能局限于农
业和水处理等个别方面。北京化工大学通过自主开发的无溶剂真空 PASP 合成新工艺，使得聚
天冬氨酸分子量能够提高到 18 万以上，填补了国内产业空白，并已达到国际领先水平。
二、 制备方法及优势
PASP 的合成有两条工艺路线，其一以天冬氨酸（ASP）为原料经热缩合制取 PASP，二是以
马来酸、马来酸酐为原料的生产工艺。从产品性能及用途方面看，以天冬氨酸（ASP）为原料
可制备浅色 PASP 产品，它降低了产品脱色的成本，是日用化学品理想的中间原料，而且其分
子量范围较宽，从 800～500，000，用途十分广泛；而以马来酸、马来酸酐为原料时的产品，
分子量较低，一般在 800～15000，其用途在高分子吸水材料及化妆品等方面受到了很大的限
制。例如：在 PASP 的分子量低于 20000 时，无论用 γ 光照射还是用化学交联法都无法形成水
凝胶。因此对于高分子吸水材料、日用化学品及其它一些特殊用途的产品而言，以 ASP 为原料
的工艺路线具有明显的优势。
北京化工大学首先开发了在无溶剂的条件下，固相一步反应制备聚天冬氨酸盐的新方法。
所需原材料为天冬氨酸、催化剂、氢氧化钾，均为大宗化学品。聚天冬氨酸产品分子量为
3000—180000，转化率≥99%，大大简化了后处理工序，降低了生产成本。并且在整个工艺过
程中没有“三废”产生，天冬氨酸进入生产系统后在完全封闭状态下运行的，正常情况下生产
系统没有泄漏，不会对环境造成污染。 本技术具有无放大效应，可通过增加聚合釜快速扩产；废水零排
放，聚合得到的 PSI 全部进入水解釜水解，无任何废水排放；具备成熟的生产工艺和能够进行
高分子量制备等多方面优势。
三、 本技术发展趋势
PASP 是一种可生物降解的聚合氨基酸，在水处理、日用化学品、医药、及农业等领域可
获得十分广泛的应用。
(1) 水处理药剂
PASP 可螯合钙、镁、铜、铁等多价金属离子，尤其是可以改变钙盐的晶体结构，使其形
成软垢，因而具有良好缓蚀、阻垢性能，可用作多价螯合剂、缓蚀剂及阻垢剂。
(2) 农业
PASP 在土壤中很容易进入植物的根部，可吸收和富集根部周围土壤中对植物有用的元素
如：N、P、K 及 Ca、Mg、S、Mn、Cu、Fe、B 等，以此促进植物生长，它对各种土壤都适用。
可显著降低化肥的用量。目前美国 Donlar 公司自 1998 年成功推出聚天冬氨酸以来，在农业上
的聚天冬氨酸的用量已达到 3 万吨，应用的产品包括玉米、棉花、小麦等。平均增产 10％以
上，同时可节省化肥用量达 15-20%，因此具有巨大的经济社会效益。
(3) 分散剂
PASP 盐对无机物，有机物都具有良好的分散作用，可在颜料、涂料、无机化工、及油田
化学等领域获得应用。德国拜尔公司开发研制的 PASP 衍生物用于涂料中，具有很好的覆膜性，
且颜料颗粒分散十分均匀。日本三菱化学（Mitsubishi）工业公司用 PASP 钠盐研制成一种墨
水干燥能力强，墨色均匀的喷墨打印记录纸。
PASP 盐用作水煤浆分散剂，可制成含水量高达 30％的水煤浆；用作各种氧化物陶瓷分散
剂，既可提高陶瓷原料制浆固体含量，又能把各种组分分散均匀，达到节能和提高产品质量的
目的；用 PASP 甲醛缩聚物作防失水剂，可替代现有的具有毒性和污染性的添加剂，用于防止
水泥浆、石灰、混凝土等凝结结块和分离坍落；PASP 盐还可用作油田钻井泥浆分散剂。
(4)可降解高效吸水材料及日用化学
高分子量 PASP 具有很强的吸水性，利用这一性能可采用 γ 光照射、交联等方法将 PASP
制成强力吸水材料，用于超强吸水剂，胶凝剂，毛巾、尿布、墩布及一些卫生保健用品等。用
分子量大于 40000 的 PASP 可制成水凝胶，其溶胀性好且具有较好的可逆性，制成离子交换树
脂用于生化分离，效果很好。
高分子量 PASP 具有很强的保湿性，将其制成保湿润肤霜，可使皮肤柔润光滑；将其制成
洗发水、护发素、发胶，对头发有清洁、保湿、柔顺、定型的作用，且很容易从头发上洗掉。
PASP 阻垢能力强，且具有清洁性，对于抑制牙斑、牙石的形成十分有效，可用于制造牙膏、
口洁素、口香糖等。
PASP 对污垢的分散能力很强，用作洗涤助剂，在改善洗涤剂发泡性的同时，也降低了水
的硬度，可提高对织物的洗涤能力；由于其生物降解能力很强，用于替代以往含磷等污染性元
素的表面活性剂，不会对环境污染，可用作普通织物洗涤剂、丝毛洗涤剂和织物柔顺剂等。
除上述用途外，利用 PASP 的杀虫灭菌性能，还可将其用于制造灭菌剂及织物保护剂。含
有角蛋白的织物如，丝、毛及其与化纤混纺的织物，经含 PASP 的织物保护剂处理后，可防虫
蛀。
(5)医药
PASP 因其较好的生物相容性，生物降解性及水溶性，在医药方面的应用也令人瞩目，1973
年，PaoloNeri，GuidoAntoni 等人就将聚 L－ASP 及其衍生物用作血浆膨胀剂；1992 年日本富
士胶片（Fujifilm）公司又成功地将 PASP 肽衍生物用作血小板抗凝剂，近年来我国武汉大学
吕正荣等人又以 α 、β －聚 L－ASP 为载体，通过其上的羧基与顺铂（一种广谱肿瘤化疗药物）
反应制得相应的高分子载体－顺铂结合物，它可以将药物靶向性输送到肿瘤组织，然后将药物
释放出来，达到靶向性治疗效果，降低药物毒副作用，提高药物疗效指数。
(6) 其它
PASP 是一种用途十分广泛的聚合物，除上述用途外，它还具有其它一些很好的用途，例
如，含苯环的 PASP 酯衍生物可制成一种非线性有机光学材料，用于光学仪器，可产生空间光
学效果，并且具有优良的机械强度和模压性能，美国孟山都（Monsanto）公司以 ASP 为原料研
制的分子量为 8500～10600 的 PASP 可用作铁金属和非铁金属的切削、弯曲、研磨及成型加工
润滑剂，德国拜尔（Bayer）公司开发的 PASP 衍生物替代传统的含铬，锑等金属的皮革鞣剂，
用于皮革加工，皮革鞣制效果非常好，且可避免重金属污染、对人体十分安全。
四、 市场状况及预测
1) 保水固沙剂市场
2008 年世界高吸水性凝胶（SAP）总产能约为 130 万吨/年，年需求量约 94 万吨。亚洲需
求为 20 万吨（日本 10 万吨、中国 2 万吨），北美 28 万吨，中南美 7 万吨，欧洲 33 万吨，中
东 2 万吨，非洲数千吨。预计 2008 年世界 SAP 消费量将达 125 万吨，2010 年约达 150 万吨。
我国是个自然灾害频发的国家，干旱、半干旱气候面积约占国土面积的 51%以上，0.5 亿
公顷耕地没有灌溉条件的旱地约占 65%。且我国森林资源贫乏，森林覆盖率仅为 16.3%，干旱
地区植林成活率仅为 20%。我国按受旱耕地面积 1/10 每公顷用量 15 公斤，每年使用一次保水
剂，则我国受旱耕地至少需要 5 万吨；后备林地按每年 10%面积植树，如果按每年植树面积 1/10
使用保水剂，每公顷植 1000 棵树，每棵树按 20 克用量，则绿化用保水剂每年需 8.2 万吨。
另外我国高吸水性凝胶年需求量为 4 万吨。随着我国“十二五”计划期间对生态环保建设的加
大投入（约为 3.4 万亿元人民币），农业结构调整和实施西部大开发战略，该产品的应用将逐
年增加，多功能抗旱保水剂及高吸水性凝胶将有十分广阔的市场前景。
2) 肥料增效剂市场
目前在尿素和复合肥生产过程中可添加 PASP 生产高效、缓释尿素和复合肥，添加量
平均为 0.06%。目前我国 2012 年尿素产量为 6540 万吨，复合肥（化学法）产量为 3100 万
吨，若总产量 5%尿素和复合肥添加 PASP，则可增加产值 8.76 亿元/年。
3) 水处理剂市场
全国水处理化学品的生产能力为 12 万 t/a，生产企业约为 100 家，产品品种为 100 个，
实际产量约 10 万 t/a。从使用的水处理化学品的类型来看，主要使用有机膦酸类缓蚀阻垢
剂、聚丙烯酸等聚合物和共聚物阻垢剂。目前，用于处于工业循环冷却水的水质稳定剂的
配方以磷系为主，约占 52~58%，钼系配方占 20%，硅系配方占 5%~8%，钨系配方占 5%，其
他配方占 5%~10%。绿色化学的概念正在重新评价现有水处理化学品的作用和性能。对这些
功能早已为人们熟知的产品，可生物降解性是最重要的评价指标。
如果我国城市用水循环率达到美国 1995 年的标准（75%）的话， 我国水处理剂特别是缓
蚀剂和阻垢剂的需求量至少应达 20 万吨以上。聚天冬氨酸是一种生物高分子和公认的绿色化
