一種有效的熱熔膠粘劑過濾新方法

摘要：介紹一種有效的熱熔膠粘劑過濾的新方法。為了保證產品的質量，在230 ℃左右，對高黏度熔融膠體進行過濾，以達到去除夾雜的固體雜質顆粒、焦塊和團塊狀凝膠目的。該方法的過濾裝置采用單筒結構，多個終縮聚釜可共用一個過濾裝置。在過濾裝置中安裝多個特殊的過濾組件，過濾物料在一定壓力的推動下均由濾芯外部向其內部流動，并從濾芯下端流出進入水下切粒工序。該方法過濾效率高，膠粒質量好。對設計用于高溫高黏度膠體生產的熔體過濾器具有參考價值。

關鍵詞：高溫；高黏度；膠體；過濾裝置

中圖分類號：TQ436+.4 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2014）06-0062-03

隨著市場對熱熔膠粘劑需求的激增，生產方式由原來的單線路、小規模、單釜、間隙式生產向多釜、半連續、連續式生產轉變。這種生產方式對每一道工序都提出了明確的質量要求，漿化不完全的料液不能進入酯化工序。終縮聚后的產品不能殘留團塊狀凝膠，更不能有固體雜質。因此，在各工序間必須安裝過濾裝置。目前國內熱熔膠粘劑的生產中，通常是在終縮聚釜與成型設備之間安裝一種特殊的熔體過濾器，在熔融膠體尚有一定的流動性時，將團塊狀凝膠及其他固體殘留物過濾去除。這類過濾器結構有雙聯和單筒之分。本文介紹一種熱熔膠粘劑過濾新方法及特殊的單筒過濾結構。本方法適用于中、小規模熱熔膠的生產。

1 生產流程中熔體過濾器的位置

現階段企業普遍采用的熱熔膠粘劑生產工藝流程是：漿化、酯化、縮聚、成型，見圖1。

由圖1可見，膠體在縮聚反應釜中縮聚達到合格的分子質量后，在短時間內就要將熔融狀膠體從反應釜中壓出，進入成型環節，若造粒，就需配置切粒設備，這里是配置熔體泵+水下切粒機+離心干燥機。為了阻擋熔融狀膠料中的雜質及凝膠團，在熔體泵前設置一個熔體過濾器。經該過濾器過濾的膠液，在經濾餅層攔截后，肉眼可見的雜質完全清除，膠液變得非常細膩，造出的膠粒飽滿而晶瑩剔透。

2 熱熔膠粘劑熔體過濾器設計

2.1 熔體過濾器設計依據

1）熔體過濾器在化工領域有著廣泛的應用，它既有普通過濾裝置的特征，又有其自身的特殊性。由化工工藝設計[1]知，在恒壓下進行過濾試驗，通過測出不同過濾時間τ及相應的濾液累計量q，可作圖求得過濾常數，從而得到該產品在某條件下的過濾方程，即濾液累計量與過濾時間的關系。通過采用已有的生產數據計算某種熱熔膠LQA過濾常數，并得到其過濾方程見式（1）：

（q+2.665）2=0.0227（τ+706.9） （1）

2）從過濾基本方程可知[2]，在濾液通過濾餅層的流動是層流情況下，過濾速率與過濾介質阻力、濾液黏度成反比。Ruth[3]和Lewis[4]告訴我們：濾餅阻力Rc （l/m）與單位過濾面積堆積的濾餅固定質量W（kg/m2）或濾餅厚度L（m）成正比。本熔體過濾器也遵循該過濾基本方程。也就是說，隨著濾芯上附著的殘余物在其表層粘結增多、變厚，過濾器的阻力隨之增大，出料速度減緩，從而延長出料時間，還影響產品質量。因此，在設計過濾器結構時，要考慮適當的壓力、過濾面積和過濾介質阻力。將過濾器置于熔體泵前，再經熔體泵加壓，給后序的水下切粒成型提供穩定的熔體膠料流量，可以彌補熔體流量的波動變化，從而保證成型產品的顆粒大小均勻，形狀圓滑。

2.2 熱熔膠粘劑熔體過濾器結構設計需考慮的幾個重要因素

本熔體過濾器主要由濾芯腔、濾芯和熱媒夾套組成。其工作能力不僅與濾芯腔的容積、濾芯的結構和數量有關，也跟物料的流程和黏度等流動特性有關[5]。因此，在熔體過濾器結構設計時需考慮以下因素。

1）濾芯腔的結構取決于濾芯的結構、數量及濾芯的布置。合理的濾芯結構、數量及布置可使過濾器結構緊湊，被過濾物質在過濾器內停留時間最短[6]。

2）熔體過濾器的流程。熔體過濾器在結構上必須保證流道暢通，使膠體的流動無局部滯留現象[7]。

3）該管道過濾器是一個壓力容器，流體的流動依靠縮聚釜內氮氣壓力推動，應密封性良好。

4）熱媒夾套用于容納熱媒，為保證聚酯膠料在過濾器腔內不會因溫度下降而黏度增大，需對整個過濾系統加熱保溫。

2.3 熱熔膠熔體管道過濾器設計

2.3.1 過濾器的結構[8]

由于前道工序反應釜是間隙出料，可以將過濾器設計成單筒形結構，過濾器的結構如圖2。頂部法蘭1可拆卸，以便濾芯的安裝、清理。上左側面是熱油出口2。中間有2個物料進口3、4，分別可與不同的反應釜連接，進口處有單向閥門，可選擇1個進口進料，另一個關閉。下面是出料口5，右下側是熱油進口6。

2.3.2 創新的過濾流程

在熱熔膠粘劑生產中，常見的熔體過濾器，其過濾流程通常是熔融的膠料由濾芯內透過濾餅層向外流動，稱為順流。其缺點是雜質留在濾芯內，不僅容納雜質的空間受到濾芯結構限制，而且雜質鑲嵌在過濾介質上，清除比較困難，濾芯的使用壽命較短。本過濾器的過濾流程完全相反，通過改變濾芯腔及濾芯組件的結構，使膠料自濾芯外面透過過濾介質進入濾芯內壁，向下流動經底部流出，見圖3，稱為逆流。其優點是使截留物被擋在濾芯外表，容雜能力與濾芯本身結構無關，濾芯內壁也不會有雜質殘留，不僅使濾芯的清理變得容易簡單，而且延長了濾芯使用壽命。

2.3.3 濾芯的布置

在濾芯腔內有一塊安裝底板，形狀如圖4。根據設計所需要的濾芯數量，在底板上加工相應的安裝孔，安裝孔間距相等。根據設計計算及生產經驗，黏度范圍（400～80 000）mPa·s/220 ℃的某熱熔膠粘劑，處理量2 000 L需要5個濾芯，則在底板上加工5個安裝孔，孔中心分別在一個正5邊形的頂點上。濾筒骨架見圖4。這種布置可以使熔融狀膠體較均勻地分布到各個濾芯，使每個濾芯的荷載基本相同。

2.3.4 濾芯的結構

濾芯采用不銹鋼圓筒式結構，在保證不銹鋼圓筒骨架剛度的前提下，使其透過面積最大化。在不銹鋼圓筒內徑相同條件下，開孔形狀如圖4的腰形孔與圓孔比較，前者的透過面積是后者的1.49倍，阻力隨之降低，效率提高。

用多孔的不銹鋼圓筒外裹不銹鋼編織網組成濾芯單元，過濾精度120目（0.125 mm）。過濾精度越高，過濾效果越好。

2.3.5 濾芯的安裝

在濾芯組件的頂部設置一個螺旋壓簧，且頂蓋安裝后，使彈簧壓緊，將濾芯緊緊壓在底板上，以承受進料時來自反應釜的物料沖擊，不致濾芯傾斜或歪倒。這樣的安裝方式適用于0.3 MPa壓力壓送膠料的管道。

2.3.6 多釜合用提高利用率

見圖2，系統過濾器中間有2個進料口，底下1個出料口，在腔體內壁的進口處設置易于操作的單向活門，使用時開啟，不用時關閉，這樣可使多個反應釜共用一個過濾器，通過選擇切換進料口達到目的，提高裝置使用效率。

2.3.7 加熱媒的選擇

加熱媒的選用原則，綜合考慮現場可提供的便利條件，可選用電加熱、熱油、蒸汽等，一般采用與反應釜相同的熱媒加熱。

3 結語

上述過濾新方法在某公司的熱熔膠粘劑生產線上使用已2年多，過濾能力顯著提高，過濾可靠，根絕雜質滲濾。濾芯上的雜質清理更簡單方便，降低勞動強度。另外，多個反應釜共用一個過濾器，提高設備使用效率。

參考文獻

[1]吳德榮主編.化工工藝設計手冊（上冊）[M].第4版.北京：化學工業出版社，2009：546-549.

[2]余國琮主編.化工機械工程手冊（中卷）[M].北京：化學工業出版社，2002：77-78.

[3]RuthBF，etal.Ind.Eng.Chem.1933，25：135；1935，27：708，806；1946，36：564.

[4]Walker W H，Lewis W K，et al.The Principles of Chemical Engineering[M].3rd.McGraw Hill，1937.

[5]Tao Li.Flow simulation of polymer filtration system.Polymer Filtration International Symposium，UMIST，Manchester UK，1995.11.

[6]趙明娟，許建明.熔體過濾器過濾材料的選擇和過濾單元的設計[J].合成纖維工業，2000，23（2）：53-55.

[7]劉國龍，黃永灼，黎勇.熔體過濾器的壓差分析及濾材的酸洗[J].過濾與分離，2000，10（4）：36-37.

[8]張建，葉仁民，蔡真.膠料管道過濾器：中國專利，ZL201020113772.3[P].2010-11-17.