Toepassing van Ultrafiltratie (UF) Systeem in Elektroforetisch Coaten

Elektroforetische coating omvat het onderdompelen van het werkstuk en de bijbehorende elektrode in een in water oplosbare verf en het aanbrengen van een elektrische stroom. Door de fysisch-chemische werking die door het elektrische veld wordt gegenereerd, slaan de hars, pigmenten en vulstoffen in de verf uniform neer en worden ze afgezet op het oppervlak van het werkstuk (dat als elektrode fungeert) om een onoplosbare film te vormen. Het ultrafiltratiesysteem (UF) en de UF-membranen spelen een cruciale rol in dit proces. De juiste toepassing en promotie van ED-RO-technologie kan het gebruik van elektroforetische verf en waterbronnen aanzienlijk verbeteren en tegelijkertijd de lozing van elektroforetisch afvalwater drastisch verminderen. Correct gebruik en onderhoud van UF-apparatuur maximaliseren de systeemefficiëntie. Na elektroforetische UF-spoeling wordt drijvende verf die aan het filmoppervlak hecht, verwijderd, waardoor de uiterlijke kwaliteit wordt verbeterd en verfrecuperatie mogelijk wordt.

1. Overzicht van het Ultrafiltratiesysteem

Ultrafiltratie (UF) is een membraanscheidingstechnologie die wordt aangedreven door een drukverschil over het UF-membraan en werkt volgens het principe van mechanische zeving. De werkdruk varieert doorgaans van 0,1 tot 0,6 MPa, met poriegroottes van 1 nm tot 0,1 μm en een molecuulgewichtafsnijding van 500 tot 1.000.000 Da.

In het UF-proces voor elektroforetische verf, wanneer de verf in contact komt met het UF-membraan, passeren water en anorganische zouten, terwijl hars- en pigmentmoleculen in de verfvloeistof worden vastgehouden en terugkeren naar het elektroforetische bad.

2. Toepassing van UF-membranen in elektroforetische coating

UF-membranen zijn essentiële apparatuur in elektroforetische coatinglijnen. Hun primaire functies zijn:

• Geïoniseerd water en verfoplosmiddelen uit het bad extraheren via UF om spoelwater te leveren voor elektroforetische werkstukken.

• Overtollige verf die aan het oppervlak van het werkstuk hecht, afwassen en terugvoeren naar het bad.

Voordelen:

• Recycleert verf die op werkoppervlakken wordt meegenomen, waardoor een gesloten kringloop wordt bereikt en ~30% wordt bespaard op de kosten van verfinkoop.

• Loost een deel van het UF-permeaat om onzuiverheidsionen te verwijderen die tijdens het coaten worden geïntroduceerd, waardoor de geleidbaarheid en pH van het bad binnen de gespecificeerde grenzen worden gehandhaafd.

• Hergebruikt UF-permeaat als spoelwater in plaats van gedeïoniseerd water, waardoor de verfuitstoot vrijwel wordt geëlimineerd en de belasting van de afvalwaterzuivering en de milieuvervuiling aanzienlijk worden verminderd.

3. Werkingsprincipe en voorwaarden van het UF-systeem

3.1 UF-principe

UF verwijdert onzuiverheidsionen uit het elektroforetische bad en beheert effectief kationische en anionische verontreinigingen die in een gesloten kringloop worden geïntroduceerd, waardoor de verfstabiliteit en de filmintegriteit worden gewaarborgd.

UF is een membraanpermeatiescheidingstechnologie die oplossingen zuivert, scheidt of concentreert. Het functioneert als een zeefproces op basis van de poriegrootte van het membraan. Aangedreven door druk over het membraan, passeren alleen water, anorganische zouten en kleine moleculen, terwijl zwevende stoffen, colloïden, eiwitten en micro-organismen worden vastgehouden. UF werkt continu onder lage druk.

Onder drukverschil passeert de badvloeistof de UF-eenheid. Het permeaat stroomt naar de UF-tank, waarbij ~30% van de circulatie afkomstig is van de hulp tank voordat het terugkeert naar het hoofdbad. De minimale verftoevoer naar het UF-systeem moet 10× de ontwerppermeaatsnelheid zijn, waarbij 20× optimaal is.

3.2 Normale opstart- en bedieningsstappen

1. Bevestig dat er geen druk is in de uitlaatleidingen; sluit de verftoevoer, de spoelinlaat/uitlaat en de permeaat-naar-opslagkleppen.

2. Open de verfcirculatie, de permeaatuitlaat en alle isolatiekleppen van de manometer.

3. Open de inlaat/uitlaatkleppen van de koelvloeistof van de asafdichting van de UF-pomp (0,2 MPa).

4. Start de verftoevoerpomp.

5. Open de verfinlaat iets om het systeem langzaam te vullen.

6. Open de inlaatklep geleidelijk totdat de basisdruk 0,15 MPa bereikt, en start dan de pomp.

7. Stel de inlaat- en uitlaatkleppen af totdat het drukverschil 0,2 MPa bereikt (inlaat: 0,35 MPa, uitlaat: 0,15 MPa).

8. Controleer op membraanlekken; vervang O-ringen of membraanmodules indien nodig.

9. De permeaatlozingstijd moet minimaal 10 minuten zijn.

10. Open de permeaat-naar-opslagklep en sluit de uitlaatklep.

3.3 Voorzorgsmaatregelen tijdens UF-werking

1. Behandel membraanmodules, behuizingen en accessoires voorzichtig om impactschade te voorkomen.

2. Onverwachte stilstanden (stroomuitval, enz.) mogen niet langer duren dan 2 uur. Reinig de membranen onmiddellijk als ze langer duren om verfbezinking en verstopping te voorkomen.

3. Registreer alle reinigings- en elektroforesesysteemparameters voor probleemoplossing.

4. Het drukverschil tussen inlaat en uitlaat moet zijn <0,08 MPa. Vervang 25 μm filterzakken als dit wordt overschreden.

5. Laat het UF-systeem nooit draaien met de permeaatklep gesloten.

6. Start de pomp niet met de uitlaatklep open om schade aan het membraan te voorkomen.

7. Vermijd overmatige permeaatstroom; stel de kleppen af binnen de gespecificeerde snelheden.

8. Minimaliseer de chemische overdracht van de voorbehandeling. De laatste spoeling vóór elektroforese moet een druppelgeleidbaarheid hebben <10 μS/cm.

Na elektroforetische UF-spoeling wordt drijvende verf verwijderd, wordt het uiterlijk verbeterd en wordt verf teruggewonnen. De apparatuur is vergelijkbaar met systemen voor naspoeling met water na fosfateren. De laatste spoeling met zuiver water verwijdert onzuiverheidsionen om contaminatiedefecten te voorkomen. Om secundaire vlekken in spleten als gevolg van onvoldoende spoeling te voorkomen, is volledige onderdompelingsspoeling vereist.

UF-spoeling gebruikt doorgaans 2–3 fasen om de verfoverdracht te verminderen. Bijvoorbeeld:

• Oppervlakte van het voertuig: 80–100 m²

• Verfoverdracht per voertuig: 7–10 L (20% vaste stoffen)

• 1e spoeling: 4–5% vaste stoffen → 2e spoeling: <1%

• Vers UF-permeaat: <0,5% vaste stoffen

Met ED-RO (UF + omgekeerde osmose) vervangt gezuiverd permeaat gedeïoniseerd water voor de laatste spoeling, waardoor een echte gesloten kringloop na spoeling wordt bereikt, waardoor het afvalwater drastisch wordt verminderd en het verfgebruik aanzienlijk wordt verbeterd.

UF-permeaat bevat water en verfcosolventen. Gebruikt bij het spoelen, compenseert dit gesloten-kringloopsysteem het verfverlies en verlaagt het de geleidbaarheid van het bad.

4. Reinigingsproces en -stappen van UF-apparatuur

Reinigingsoplossing: Geconcentreerde reiniger : zuiver water = 1:99, temperatuur 38–43°C, pH 2,0–2,2. Vanwege de hoge viscositeit, circuleer zuiver water in de reinigingstank met behulp van een pomp tot >32°C, voeg reiniger toe, circuleer tot 35°C en stel vervolgens de pH in op 2,0 met HCl. Open de reinigingskleppen voor het reinigen van de membraankern, waarbij de pH ≥2,2 wordt gehandhaafd.

Strikte naleving van het proces is essentieel. Na langdurig gebruik kunnen UF-membraanfouten optreden: verstopping van de filterzak, onvoldoende stroom/drukverschil. Volg de reiniging per SOP om problemen te identificeren en op te lossen, het proces te optimaliseren en de kwaliteit te verbeteren.

4.1 Voorzorgsmaatregelen

1. Reinig wanneer de permeaatstroom daalt tot 70% van normaal; vertragingen veroorzaken onomkeerbare verstopping.

2. Precisievoorfilter (25 μm) voorkomt membraanverstopping. Vervang zakken per SOP en reinig filter/leidingen regelmatig.

3. Reinig onmiddellijk na onverwachte stilstanden om membraanblokkering te voorkomen.

4. Werk strikt volgens SOP; log alle UF-parameters.

4.2 Reinigingsstappen

1. Sluit de verfinlaat/uitlaatkleppen van de doel-UF-module.

2. Tap de verf volledig af uit de module.

3. Open de inlaat/uitlaatkleppen van de reinigingspomp.

4. Open de belangrijkste reinigingsinlaat/uitlaatkleppen naar de membraanbuizen.

5. Open de reinigingsinlaat/uitlaatkleppen van de doelmodule.

6. Start de reinigingspomp.

7. Spoel met stromend gedeïoniseerd water totdat het effluent helder is.