聚丙烯酰胺胶冻的热风干燥

 

    文中出现的PAM代表聚丙烯酰胺。

 

    热风干燥是用吹入热风的手段进行除水，可采用不同的设备，例如：传送带、干燥器、滚筒、平皿等等设备通入热风，进行干燥。由于低温热风干燥的时间过长，一般采用高温热风干燥。但对与聚丙烯酰胺胶冻来说，它含有“—NH2”基，当温度高于60℃时,会发生亚胺化反应,如下图:

 

聚丙烯酰胺胶冻的热风干燥（干燥方法一）

 

    这样,形成了化学键的体型结构,使其不再溶解雨水,另外,“—NH2”这种极性基，或者部分水解的PAM胶冻中的—COOH，—NH2这些极性基，在空气中加温时，也会与水发生失水作用，形成立体结构，降低水溶性。高温干燥也会引起聚丙烯酰胺降解及残存单体交联。另外，由于聚丙烯酰胺特殊的粘性，在高温下，它自粘结块，使热的分布不均，传热系数大大下降，它粘附在干燥设备上，使干燥无法顺利进行。

 

    为了克服这些缺点，采用过许多物理的方法。在早期，采用带式干燥器，将聚丙烯酰胺粒子极薄地铺在运行着的金属网的带子上，与带子平面的垂直方向吹入热风，进行干燥，这样尽管效率极低，还是难免有聚丙烯酰胺结块，粘壁现象。目前，能够克服这些去诶但的干燥方法有：

 

    1.日本的新型干燥器

 

    种干燥器具有带状翼或者门型翼搅拌器，并且与PAM胶冻接触的干燥器内壁用合成树脂涂层，蕞好用聚四氟乙烯涂层，这种干燥器的使用方法十分简单，只要将PAM胶冻粒子装入干燥器内，在搅拌情况下采用吹热风、热传导等任何一种加温方法，都可在常压、减压，40-100℃下连续干燥，干燥时间2小时，即可得到含水率在5%以下的干燥粒子，这种粒子互不粘连，易于脱壁。此法干燥效率高，得到的粒子可不再粉碎。

 

    例：25%的丙烯酰胺水溶液经吹氮除氧后，加入2.2——偶氮二氯酸盐引发剂，添加量为丙烯酰胺的0.2%，在20℃下开始聚合，5小时后，得到橡胶状汗水胶冻，将此胶冻用绞肉机式的造粒机粉碎成2.5毫米的颗粒，绞肉机的螺旋杆径为40毫米，长160毫米，螺距数为4，旋转数为80转/分，孔径为2.4毫米，孔板前的旋转刀4枚。将粉碎粒子装入具有带状翼搅拌器的干燥机内，在搅拌下吹入热风2小时，热风温度70℃，流苏30NM3/小时，干燥后得到聚丙烯酰胺粒子含水率5%，粒子之间互不粘连。

 

    上述装置的全容积为100升，高450毫米，长700毫米，带状翼旋转径为300毫米，间隙5毫米，搅拌器转数为70转/分，与粒子的接触面完全用聚四氟乙烯涂层。

 

    2.滚筒干燥器

 

    滚筒干燥是一种有效的干燥方法，早已被广泛采用，在七十年代应用仍极为普遍。但对聚丙烯酰胺来说，用普通的滚筒干燥仍存在这难涂均匀、结块、粘壁等现象。为了克服这些缺点，美国专业提出，在丙烯酰胺聚合时加入30-60%的无机盐，例如：氯化钾、硫酸铵、硫酸钾等等，聚合制得的PAM胶冻粉碎成粒子后采用滚筒干燥法。这种无机盐可以使聚丙烯酰胺在高温下不降解，不交联，同时除去其单体，干燥温度高达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，且易于脱浓，大大提高了干燥速度。采用此法无机盐比聚合之后加入中性盐效果明显，更有利于均匀干燥。

 

    此外，美国专业从设备及材质等方面对滚动进行了改进，提出“多角滚筒干燥方法”。多角滚筒是由多孔板围成的，直径为470毫米，长度为560毫米，多孔板山的孔直径为2毫米，间距为4毫米，将滚筒的横截面加工成具有许多等边三角形的多角星模样。三角形边长为50毫米，滚筒内壁涂有氟树脂，使聚丙烯酰胺不粘壁。

 

    在滚筒下部有一可开合的热风进口，沿滚筒的轴向观察，相对于通过轴向下延伸的垂直平面而言，它的开合角度范围为0-70°如图1.

 

聚丙烯酰胺胶冻的热风干燥（干燥方法一）

 

    当滚筒以4.5转/分旋转时，从入口吹入热空气。由于多孔滚筒壁呈三角形的波浪状，使滚筒内部的聚合物胶体受到剧烈搅拌，热空气通过多孔滚筒壁核PAM胶冻后，便由上方的排气口排出。

 

    这种多角滚筒适合与干燥分子量在300万以上的PAM胶冻，这些胶冻在挤压机内先切成小球，然后再由挤压机连续挤出成串的小球，呈连珠状，进入滚筒干燥机，由于小球表面温度下降，旋转时成串的小球，呈连珠状，进入滚筒干燥机，由于小球表面温度下降，旋转时成串的小球间运动造成摩擦切应力，使小球分开，由于多角滚筒的旋转，小球受到剧烈搅拌，因此受热均匀，干燥效率高。

 

    3.分段干燥法

 

    日本公开专业从工艺的角度提出了“分段干燥”方法，它根据当聚丙烯酰胺的含水率为15-25%时，聚合物粒子失掉粘性这一特点，先将聚丙烯酰胺粒子通入40-120℃热风，干燥到含水率为15-25%。这是第一段干燥，干燥时间10分钟，然后粉碎粒子，可采用热河热传导型搅拌干燥剂，于60-100℃下，再干燥到含水率10%以下。

 

    4.保温干燥

 

    美国专业提出过将PAM胶冻小片在20-100℃的热风中用流化床干燥50-60分钟，此方法干燥速度虽快，但产品分子量降低。为了不使干燥后的聚丙烯酰胺分子量下降，目前比较新颖的干燥方法使日本公开转咯i提出的保温干燥法。此方法是将丙烯酰胺单体水溶液聚合制得的PAM胶冻装入聚四氟乙烯密封袋中，使其始终保持均匀温度，干燥1-3小时，一般保持湿度的方法是将胶冻置于饱和水蒸气中。此方法一方面尅暗哨聚丙烯酰胺中的残余单体，增加粘度，提高分子量，另一方面可以使PAM胶冻在150℃高温下干燥不至交联。因此，此法能提高产品水溶性和分子量。

 

    例：在没有搅拌机的适当的反应容器中将73份水和27份丙烯酰胺，在匀速搅拌下加入，完全溶解以后，继续搅拌30分钟，用50%苛性钠溶液或者冰醋酸将溶液的PH值调节到7.0，然后在此溶液中加入倍分散在甲醇中的500ppm偶二异丁腈，然后开始送入氮气，加入7ppm的过硫酸铵核2ppm的硫酸亚铁铵，将得到的物质装入150℃的连续传送式的12英寸的带罩中进行聚合。单体溶液的聚合几乎在90分钟内完全结束，得到的聚合物切成相同大小的小片，分别装在不透水的聚乙烯袋中，然后将这些袋放在100℃的水浴中，分别经过0.5-3.0小时后，取出袋中的聚合物。其水溶性好，分子量高，残留单体少。

 

    上述四种方法中，用搅拌干燥器，多角滚筒干燥器，分段干燥发，设备简单，操作方便，干燥温度高，所用时间端，所得聚丙烯酰胺粉末质量好。如果采用保湿干燥法，工艺较复杂，工业化较为困难。

 

    5.添加剂方法

 

    可以利用化学方法，即加入添加剂的方法防止聚丙烯酰胺的高温交联，消除残余单体。加入添加剂后，一般使采用热风加温干燥，也有少数采用其它方法加温干燥，因此也将其在此介绍。

 

    蕞初，美国专业提出在采用亚硫酸钠一过氧化物的氧化还原体系引发剂的聚合中，加入亚硫酸钠，使其与丙烯酰胺单体起可分子加成反应，消除双键，而到解毒目的。这样会有大量的亚硫酸钠留在聚丙烯酰胺中，因此，美国专业里提出每克分子丙烯酰胺单体加入0.014克分子亚硫酸钠，即可达到解毒目的，但是，尽管如此，少量的亚硫酸钠，在聚丙烯酰胺的应用中，也有亚硫酸阴离子留于水中。这种危害还未进行全面研究。也有采用在聚合的同时使用氧化还原体系引发剂与100ppm的偶氮类引发剂，消除未反应单体。也有许多专业，采用在聚合前或聚合后就爱如添加剂来防治聚丙烯酰胺高温交联。为了明了起见，现将加入添加剂进行干燥的各方法列于表一中。