Applicazione del sistema di ultrafiltrazione (UF) nel rivestimento elettroforetico

Il rivestimento elettroforetico prevede l'immersione del pezzo e del corrispondente elettrodo in una vernice solubile in acqua e l'applicazione di una corrente elettrica. Attraverso l'azione fisico-chimica generata dal campo elettrico, la resina, i pigmenti e i riempitivi nella vernice precipitano e si depositano uniformemente sulla superficie del pezzo (che funge da elettrodo) per formare un film insolubile in acqua. Il sistema di ultrafiltrazione (UF) e le membrane UF svolgono un ruolo fondamentale in questo processo. L'adozione e la promozione adeguate della tecnologia ED-RO possono migliorare significativamente l'utilizzo della vernice elettroforetica e delle risorse idriche, riducendo drasticamente lo scarico delle acque reflue elettroforetiche. L'uso e la manutenzione corretti delle apparecchiature UF massimizzano l'efficienza del sistema. Il risciacquo UF post-elettroforetico rimuove la vernice flottante aderente alla superficie del film, migliorando la qualità dell'aspetto e consentendo il recupero della vernice.

1. Panoramica del sistema di ultrafiltrazione

L'ultrafiltrazione (UF) è una tecnologia di separazione a membrana guidata da un differenziale di pressione attraverso la membrana UF, che opera secondo il principio della setacciatura meccanica. La pressione di esercizio varia tipicamente da 0,1 a 0,6 MPa, con dimensioni dei pori da 1 nm a 0,1 μm e un cutoff del peso molecolare da 500 a 1.000.000 Da.

Nel processo UF per la vernice elettroforetica, quando la vernice entra in contatto con la membrana UF, l'acqua e i sali inorganici passano attraverso, mentre la resina e le molecole di dimensioni dei pigmenti vengono trattenute nel liquido della vernice e restituite al bagno elettroforetico.

2. Applicazione delle membrane UF nel rivestimento elettroforetico

Le membrane UF sono apparecchiature chiave nelle linee di rivestimento elettroforetico. Le loro funzioni principali sono:

• Estrarre acqua deionizzata e solventi della vernice dal bagno tramite UF per fornire acqua di risciacquo per i pezzi elettroforetici.

• Rimuovere la vernice in eccesso aderente alla superficie del pezzo e restituirla al bagno.

Vantaggi:

• Ricicla la vernice trasportata sulle superfici dei pezzi, ottenendo una circolazione a circuito chiuso e risparmiando ~30% sui costi di approvvigionamento della vernice.

• Scarica una porzione del permeato UF per rimuovere gli ioni di impurità introdotti durante il rivestimento, mantenendo la conducibilità e il pH del bagno entro i limiti specificati.

• Riutilizza il permeato UF come acqua di risciacquo invece dell'acqua deionizzata, eliminando quasi completamente lo scarico della vernice e riducendo significativamente l'onere del trattamento delle acque reflue e l'inquinamento ambientale.

3. Principio di funzionamento e condizioni del sistema UF

3.1 Principio UF

L'UF rimuove gli ioni di impurità dal bagno elettroforetico e gestisce efficacemente i contaminanti cationici e anionici introdotti in un circuito chiuso, garantendo la stabilità della vernice e l'integrità del film.

L'UF è una tecnologia di separazione a permeazione a membrana che purifica, separa o concentra le soluzioni. Funziona come un processo di setacciatura basato sulle dimensioni dei pori della membrana. Spinto dalla pressione attraverso la membrana, solo acqua, sali inorganici e piccole molecole passano attraverso, mentre i solidi sospesi, i colloidi, le proteine e i microrganismi vengono trattenuti. L'UF opera continuamente a bassa pressione.

Sotto differenziale di pressione, il liquido del bagno passa attraverso l'unità UF. Il permeato scorre nel serbatoio UF, con ~30% di circolazione proveniente dal serbatoio ausiliario prima di tornare al bagno principale. L'alimentazione minima di vernice al sistema UF dovrebbe essere 10× la portata di permeato di progetto, con 20× come ottimale.

3.2 Passaggi normali di avvio e funzionamento

1. Confermare l'assenza di pressione nelle linee di uscita; chiudere l'alimentazione della vernice, l'ingresso/uscita del risciacquo e le valvole di stoccaggio del permeato.

2. Aprire la circolazione della vernice, lo scarico del permeato e tutte le valvole di isolamento del manometro.

3. Aprire le valvole di ingresso/uscita del refrigerante della tenuta dell'albero della pompa UF (0,2 MPa).

4. Avviare la pompa di alimentazione della vernice.

5. Aprire leggermente l'ingresso della vernice per riempire lentamente il sistema.

6. Aprire gradualmente la valvola di ingresso fino a quando la pressione di base raggiunge 0,15 MPa, quindi avviare la pompa.

7. Regolare le valvole di ingresso e uscita fino a quando la pressione differenziale raggiunge 0,2 MPa (ingresso: 0,35 MPa, uscita: 0,15 MPa).

8. Verificare la presenza di perdite nella membrana; sostituire gli O-ring o i moduli della membrana se necessario.

9. Il tempo di scarico del permeato dovrebbe essere di almeno 10 minuti.

10. Aprire la valvola di stoccaggio del permeato e chiudere la valvola di scarico.

3.3 Precauzioni durante il funzionamento dell'UF

1. Maneggiare con cura i moduli della membrana, gli alloggiamenti e gli accessori per evitare danni da impatto.

2. Gli arresti imprevisti (interruzione di corrente, ecc.) non devono superare le 2 ore. Pulire immediatamente le membrane se prolungate per evitare la sedimentazione e l'intasamento della vernice.

3. Registrare tutti i parametri del sistema di pulizia ed elettroforesi per la risoluzione dei problemi.

4. Il differenziale di pressione ingresso-uscita dovrebbe essere <0,08 MPa. Sostituire i sacchi filtranti da 25 μm se superati.

5. Non far funzionare mai il sistema UF con la valvola del permeato chiusa.

6. Non avviare la pompa con la valvola di scarico aperta per evitare danni alla membrana.

7. Evitare un flusso di permeato eccessivo; regolare le valvole entro le portate specificate.

8. Ridurre al minimo il trascinamento chimico dal pretrattamento. Il risciacquo finale prima dell'elettroforesi dovrebbe avere una conducibilità di gocciolamento <10 μS/cm.

Il risciacquo UF post-elettroforetico rimuove la vernice flottante, migliora l'aspetto e recupera la vernice. L'apparecchiatura è simile ai sistemi di risciacquo con acqua post-fosfatazione. Il risciacquo finale con acqua pura rimuove gli ioni di impurità per prevenire difetti di contaminazione. Per evitare segni di flusso secondari nelle fessure a causa di un risciacquo insufficiente, è necessario un risciacquo a immersione completa.

Il risciacquo UF utilizza tipicamente 2–3 stadi per ridurre il trascinamento della vernice. Ad esempio:

• Superficie del veicolo: 80–100 m²

• Trascinamento di vernice per veicolo: 7–10 L (20% di solidi)

• 1° risciacquo: 4–5% di solidi → 2° risciacquo: <1%

• Permeato UF fresco: <0,5% di solidi

Con ED-RO (UF + osmosi inversa), il permeato purificato sostituisce l'acqua deionizzata per il risciacquo finale, ottenendo un vero post-risciacquo a circuito chiuso, riducendo drasticamente le acque reflue e migliorando significativamente l'utilizzo della vernice.

Il permeato UF contiene acqua e co-solventi della vernice. Utilizzato nel risciacquo, questo sistema a circuito chiuso compensa la perdita di vernice e abbassa la conducibilità del bagno.

4. Processo e passaggi di pulizia delle apparecchiature UF

Soluzione di pulizia: Detergente concentrato : acqua pura = 1:99, temperatura 38–43°C, pH 2,0–2,2. A causa dell'elevata viscosità, far circolare acqua pura nel serbatoio di pulizia utilizzando una pompa fino a >32°C, aggiungere il detergente, far circolare a 35°C, quindi regolare il pH a 2,0 con HCl. Aprire le valvole di pulizia per la pulizia del nucleo della membrana, mantenendo il pH ≥2,2.

L'aderenza rigorosa al processo è essenziale. Dopo un uso prolungato, possono verificarsi guasti alla membrana UF: intasamento del sacco filtrante, flusso/differenziale di pressione insufficienti. Monitorare la pulizia secondo la SOP per identificare e risolvere i problemi, ottimizzando il processo e migliorando la qualità.

4.1 Precauzioni

1. Pulire quando il flusso del permeato scende al 70% del normale; i ritardi causano un intasamento irreversibile.

2. Il pre-filtro di precisione (25 μm) previene l'intasamento della membrana. Sostituire i sacchi secondo la SOP e pulire regolarmente il filtro/le tubazioni.

3. Pulire immediatamente dopo gli arresti imprevisti per prevenire il blocco della membrana.

4. Operare rigorosamente secondo la SOP; registrare tutti i parametri UF.

4.2 Passaggi di pulizia

1. Chiudere le valvole di ingresso/uscita della vernice del modulo UF di destinazione.

2. Svuotare completamente la vernice dal modulo.

3. Aprire le valvole di ingresso/uscita della pompa di pulizia.

4. Aprire le valvole di ingresso/uscita di pulizia principali per i tubi della membrana.

5. Aprire le valvole di ingresso/uscita di pulizia del modulo di destinazione.

6. Avviare la pompa di pulizia.

7. Sciacquare con acqua deionizzata corrente fino a quando l'effluente non è limpido.