聚丙烯酰胺膠凍的熱風(fēng)干燥詳細(xì)介紹

聚丙烯酰胺膠凍的熱風(fēng)干燥

    文中出現(xiàn)的PAM代表聚丙烯酰胺。

    熱風(fēng)干燥是用吹入熱風(fēng)的手段進(jìn)行除水，可采用不同的設(shè)備，例如：傳送帶、干燥器、滾筒、平皿等等設(shè)備通入熱風(fēng)，進(jìn)行干燥。由于低溫?zé)犸L(fēng)干燥的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，一般采用高溫?zé)犸L(fēng)干燥。但對(duì)與聚丙烯酰胺膠凍來(lái)說(shuō)，它含有“—NH2”基，當(dāng)溫度高于60℃時(shí),會(huì)發(fā)生亞胺化反應(yīng),如下圖:

    這樣,形成了化學(xué)鍵的體型結(jié)構(gòu),使其不再溶解雨水,另外,“—NH2”這種極性基，或者部分水解的PAM膠凍中的—COOH，—NH2這些極性基，在空氣中加溫時(shí)，也會(huì)與水發(fā)生失水作用，形成立體結(jié)構(gòu)，降低水溶性。高溫干燥也會(huì)引起聚丙烯酰胺降解及殘存單體交聯(lián)。另外，由于聚丙烯酰胺特殊的粘性，在高溫下，它自粘結(jié)塊，使熱的分布不均，傳熱系數(shù)大大下降，它粘附在干燥設(shè)備上，使干燥無(wú)法順利進(jìn)行。

    為了克服這些缺點(diǎn)，采用過(guò)許多物理的方法。在早期，采用帶式干燥器，將聚丙烯酰胺粒子極薄地鋪在運(yùn)行著的金屬網(wǎng)的帶子上，與帶子平面的垂直方向吹入熱風(fēng)，進(jìn)行干燥，這樣盡管效率極低，還是難免有聚丙烯酰胺結(jié)塊，粘壁現(xiàn)象。目前，能夠克服這些去誒但的干燥方法有：

    1.日本的新型干燥器

    種干燥器具有帶狀翼或者門型翼攪拌器，并且與PAM膠凍接觸的干燥器內(nèi)壁用合成樹(shù)脂涂層，用聚四氟乙烯涂層，這種干燥器的使用方法十分簡(jiǎn)單，只要將PAM膠凍粒子裝入干燥器內(nèi)，在攪拌情況下采用吹熱風(fēng)、熱傳導(dǎo)等任何一種加溫方法，都可在常壓、減壓，40-100℃下連續(xù)干燥，干燥時(shí)間2小時(shí)，即可得到含水率在5%以下的干燥粒子，這種粒子互不粘連，易于脫壁。此法干燥效率高，得到的粒子可不再粉碎。

    例：25%的丙烯酰胺水溶液經(jīng)吹氮除氧后，加入2.2——偶氮二氯酸鹽引發(fā)劑，添加量為丙烯酰胺的0.2%，在20℃下開(kāi)始聚合，5小時(shí)后，得到橡膠狀汗水膠凍，將此膠凍用絞肉機(jī)式的造粒機(jī)粉碎成2.5毫米的顆粒，絞肉機(jī)的螺旋桿徑為40毫米，長(zhǎng)160毫米，螺距數(shù)為4，旋轉(zhuǎn)數(shù)為80轉(zhuǎn)/分，孔徑為2.4毫米，孔板前的旋轉(zhuǎn)刀4枚。將粉碎粒子裝入具有帶狀翼攪拌器的干燥機(jī)內(nèi)，在攪拌下吹入熱風(fēng)2小時(shí)，熱風(fēng)溫度70℃，流蘇30NM3/小時(shí)，干燥后得到聚丙烯酰胺粒子含水率5%，粒子之間互不粘連。

    上述裝置的全容積為100升，高450毫米，長(zhǎng)700毫米，帶狀翼旋轉(zhuǎn)徑為300毫米，間隙5毫米，攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)為70轉(zhuǎn)/分，與粒子的接觸面*用聚四氟乙烯涂層。

    2.滾筒干燥器

    滾筒干燥是一種有效的干燥方法，早已被廣泛采用，在七十年代應(yīng)用仍極為普遍。但對(duì)聚丙烯酰胺來(lái)說(shuō)，用普通的滾筒干燥仍存在這難涂均勻、結(jié)塊、粘壁等現(xiàn)象。為了克服這些缺點(diǎn)，美國(guó)提出，在丙烯酰胺聚合時(shí)加入30-60%的無(wú)機(jī)鹽，例如硫酸銨、硫酸鉀等等，聚合制得的PAM膠凍粉碎成粒子后采用滾筒干燥法。這種無(wú)機(jī)鹽可以使聚丙烯酰胺在高溫下不降解，不交聯(lián)，同時(shí)除去其單體，干燥溫度高達(dá)150℃-170℃，得到的聚丙烯酰胺干粉仍具有良好的絮凝型和水溶性，且易于脫濃，大大提高了干燥速度。采用此法無(wú)機(jī)鹽比聚合之后加入中性鹽效果明顯，更有利于均勻干燥。

    此外，美國(guó)從設(shè)備及材質(zhì)等方面對(duì)滾動(dòng)進(jìn)行了改進(jìn)，提出“多角滾筒干燥方法”。多角滾筒是由多孔板圍成的，直徑為470毫米，長(zhǎng)度為560毫米，多孔板山的孔直徑為2毫米，間距為4毫米，將滾筒的橫截面加工成具有許多等邊三角形的多角星模樣。三角形邊長(zhǎng)為50毫米，滾筒內(nèi)壁涂有氟樹(shù)脂，使聚丙烯酰胺不粘壁。

    在滾筒下部有一可開(kāi)合的熱風(fēng)進(jìn)口，沿滾筒的軸向觀察，相對(duì)于通過(guò)軸向下延伸的垂直平面而言，它的開(kāi)合角度范圍為0-70°如圖1.

    當(dāng)滾筒以4.5轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)時(shí)，從入口吹入熱空氣。由于多孔滾筒壁呈三角形的波浪狀，使?jié)L筒內(nèi)部的聚合物膠體受到劇烈攪拌，熱空氣通過(guò)多孔滾筒壁核PAM膠凍后，便由上方的排氣口排出。

    這種多角滾筒適合與干燥分子量在300萬(wàn)以上的PAM膠凍，這些膠凍在擠壓機(jī)內(nèi)先切成小球，然后再由擠壓機(jī)連續(xù)擠出成串的小球，呈連珠狀，進(jìn)入滾筒干燥機(jī)，由于小球表面溫度下降，旋轉(zhuǎn)時(shí)成串的小球，呈連珠狀，進(jìn)入滾筒干燥機(jī)，由于小球表面溫度下降，旋轉(zhuǎn)時(shí)成串的小球間運(yùn)動(dòng)造成摩擦切應(yīng)力，使小球分開(kāi)，由于多角滾筒的旋轉(zhuǎn)，小球受到劇烈攪拌，因此受熱均勻，干燥效率高。

    3.分段干燥法

    日本公開(kāi)從工藝的角度提出了“分段干燥”方法，它根據(jù)當(dāng)聚丙烯酰胺的含水率為15-25%時(shí)，聚合物粒子失掉粘性這一特點(diǎn)，先將聚丙烯酰胺粒子通入40-120℃熱風(fēng)，干燥到含水率為15-25%。這是段干燥，干燥時(shí)間10分鐘，然后粉碎粒子，可采用熱河熱傳導(dǎo)型攪拌干燥劑，于60-100℃下，再干燥到含水率10%以下。

    4.保溫干燥

    美國(guó)提出過(guò)將PAM膠凍小片在20-100℃的熱風(fēng)中用流化床干燥50-60分鐘，此方法干燥速度雖快，但產(chǎn)品分子量降低。為了不使干燥后的聚丙烯酰胺分子量下降，目前比較新穎的干燥方法使日本公開(kāi)轉(zhuǎn)咯i提出的保溫干燥法。此方法是將丙烯酰胺單體水溶液聚合制得的PAM膠凍裝入聚四氟乙烯密封袋中，使其始終保持均勻溫度，干燥1-3小時(shí)，一般保持濕度的方法是將膠凍置于飽和水蒸氣中。此方法一方面尅暗哨聚丙烯酰胺中的殘余單體，增加粘度，提高分子量，另一方面可以使PAM膠凍在150℃高溫下干燥不至交聯(lián)。因此，此法能提高產(chǎn)品水溶性和分子量。

    例：在沒(méi)有攪拌機(jī)的適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)容器中將73份水和27份丙烯酰胺，在勻速攪拌下加入，*溶解以后，繼續(xù)攪拌30分鐘，用50%苛性鈉溶液或者冰醋酸將溶液的PH值調(diào)節(jié)到7.0，然后在此溶液中加入倍分散在甲醇中的500ppm偶二，然后開(kāi)始送入氮?dú)?，加?ppm的過(guò)硫酸銨核2ppm的硫酸亞鐵銨，將得到的物質(zhì)裝入150℃的連續(xù)傳送式的12英寸的帶罩中進(jìn)行聚合。單體溶液的聚合幾乎在90分鐘內(nèi)*結(jié)束，得到的聚合物切成相同大小的小片，分別裝在不透水的聚乙烯袋中，然后將這些袋放在100℃的水浴中，分別經(jīng)過(guò)0.5-3.0小時(shí)后，取出袋中的聚合物。其水溶性好，分子量高，殘留單體少。

    上述四種方法中，用攪拌干燥器，多角滾筒干燥器，分段干燥發(fā)，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，干燥溫度高，所用時(shí)間端，所得聚丙烯酰胺粉末質(zhì)量好。如果采用保濕干燥法，工藝較復(fù)雜，工業(yè)化較為困難。

    5.添加劑方法

    可以利用化學(xué)方法，即加入添加劑的方法防止聚丙烯酰胺的高溫交聯(lián)，消除殘余單體。加入添加劑后，一般使采用熱風(fēng)加溫干燥，也有少數(shù)采用其它方法加溫干燥，因此也將其在此介紹。

    初，美國(guó)提出在采用亞硫酸鈉一過(guò)氧化物的氧化還原體系引發(fā)劑的聚合中，加入亞硫酸鈉，使其與丙烯酰胺單體起可分子加成反應(yīng)，消除雙鍵，而到解毒目的。這樣會(huì)有大量的亞硫酸鈉留在聚丙烯酰胺中，因此，美國(guó)里提出每克分子丙烯酰胺單體加入0.014克分子亞硫酸鈉，即可達(dá)到解毒目的，但是，盡管如此，少量的亞硫酸鈉，在聚丙烯酰胺的應(yīng)用中，也有亞硫酸陰離子留于水中。這種危害還未進(jìn)行全面研究。也有采用在聚合的同時(shí)使用氧化還原體系引發(fā)劑與100ppm的偶氮類引發(fā)劑，消除未反應(yīng)單體。也有許多，采用在聚合前或聚合后就愛(ài)如添加劑來(lái)防治聚丙烯酰胺高溫交聯(lián)。為了明了起見(jiàn)，現(xiàn)將加入添加劑進(jìn)行干燥的各方法列于表一中。