Anwendung von Ultrafiltrations-(UF)-Systemen in der elektrophoretischen Beschichtung

Die elektrotauchlackierung beinhaltet das Eintauchen des Werkstücks und der entsprechenden Elektrode in einen wasserlöslichen Lack und das Anlegen eines elektrischen Stroms. Durch die physikalisch-chemische Wirkung, die durch das elektrische Feld erzeugt wird, fallen die Harze, Pigmente und Füllstoffe im Lack gleichmäßig aus und lagern sich auf der Werkstückoberfläche (die als Elektrode fungiert) ab, um einen wasserunlöslichen Film zu bilden. Das Ultrafiltrationssystem (UF) und die UF-Membranen spielen in diesem Prozess eine entscheidende Rolle. Die richtige Anwendung und Förderung der ED-RO-Technologie kann die Nutzung von Elektrotauchlack und Wasserressourcen erheblich verbessern und gleichzeitig die Ableitung von Elektrotauchabwasser drastisch reduzieren. Die richtige Verwendung und Wartung der UF-Anlagen maximiert die Systemeffizienz. Das Nachspülen mit UF nach dem Elektrotauchen entfernt den auf der Filmoberfläche anhaftenden Schwimmlack, verbessert die optische Qualität und ermöglicht die Lackrückgewinnung.

1. Überblick über das Ultrafiltrationssystem

Ultrafiltration (UF) ist eine Membrantrennungstechnologie, die durch eine Druckdifferenz über der UF-Membran angetrieben wird und nach dem Prinzip des mechanischen Siebens arbeitet. Der Betriebsdruck liegt typischerweise zwischen 0,1 und 0,6 MPa, mit Porengrößen von 1 nm bis 0,1 μm und einem Molekulargewichtsgrenzbereich von 500 bis 1.000.000 Da.

Im UF-Prozess für Elektrotauchlack, wenn der Lack mit der UF-Membran in Kontakt kommt, passieren Wasser und anorganische Salze, während Harz- und Pigmentmoleküle in der Lackflüssigkeit zurückgehalten und in das Elektrotauchbad zurückgeführt werden.

2. Anwendung von UF-Membranen in der Elektrotauchlackierung

UF-Membranen sind Schlüsselkomponenten in Elektrotauchlackierstraßen. Ihre Hauptfunktionen sind:

• Entfernung von deionisiertem Wasser und Lacklösungsmitteln aus dem Bad über UF, um Spülwasser für Elektrotauchwerkstücke bereitzustellen.

• Abwaschen von überschüssigem Lack, der an der Werkstückoberfläche haftet, und Rückführung in das Bad.

Vorteile:

• Recycelt Lack, der auf Werkstückoberflächen ausgetragen wird, wodurch ein geschlossener Kreislauf erreicht und etwa 30 % der Lackbeschaffungskosten eingespart werden.

• Leitet einen Teil des UF-Permeats ab, um Verunreinigungionen zu entfernen, die während der Beschichtung eingebracht werden, wodurch die Badleitfähigkeit und der pH-Wert innerhalb der festgelegten Grenzen gehalten werden.

• Verwendet UF-Permeat als Spülwasser anstelle von deionisiertem Wasser, wodurch die Lackableitung nahezu eliminiert und die Belastung der Abwasserbehandlung und die Umweltverschmutzung erheblich reduziert werden.

3. Funktionsprinzip und Bedingungen des UF-Systems

3.1 UF-Prinzip

UF entfernt Verunreinigungionen aus dem Elektrotauchbad und verwaltet effektiv kationische und anionische Verunreinigungen, die in einem geschlossenen Kreislauf eingebracht werden, wodurch die Lackstabilität und die Filmstabilität gewährleistet werden.

UF ist eine Membranpermeations-Trenntechnologie, die Lösungen reinigt, trennt oder konzentriert. Sie funktioniert als Siebprozess, der auf der Porengröße der Membran basiert. Angetrieben durch den Druck über der Membran passieren nur Wasser, anorganische Salze und kleine Moleküle, während suspendierte Feststoffe, Kolloide, Proteine und Mikroorganismen zurückgehalten werden. UF arbeitet kontinuierlich unter niedrigem Druck.

Unter Druckdifferenz durchläuft die Badflüssigkeit die UF-Einheit. Das Permeat fließt in den UF-Tank, wobei etwa 30 % der Zirkulation aus dem Hilfstank stammen, bevor es in das Hauptbad zurückgeführt wird. Die minimale Lackzufuhr zum UF-System sollte das 10-fache der Auslegungspermeatrate betragen, wobei das 20-fache optimal ist.

3.2 Normale Start- und Betriebsschritte

1. Bestätigen Sie, dass kein Druck in den Auslassleitungen vorhanden ist; schließen Sie die Lackzufuhr, den Spüleingang/-ausgang und die Permeat-zu-Speicher-Ventile.

2. Öffnen Sie die Lackzirkulation, die Permeatabfuhr und alle Isolationsventile der Manometer.

3. Öffnen Sie die Einlass-/Auslassventile des Kühlmittels für die Wellendichtung der UF-Pumpe (0,2 MPa).

4. Starten Sie die Lackförderpumpe.

5. Öffnen Sie den Lackeinlass leicht, um das System langsam zu füllen.

6. Öffnen Sie das Einlassventil allmählich, bis der Basisdruck 0,15 MPa erreicht, und starten Sie dann die Pumpe.

7. Stellen Sie die Einlass- und Auslassventile ein, bis die Differenzdruck 0,2 MPa erreicht (Einlass: 0,35 MPa, Auslass: 0,15 MPa).

8. Überprüfen Sie die Membran auf Undichtigkeiten; ersetzen Sie O-Ringe oder Membranmodule bei Bedarf.

9. Die Permeatabfuhrzeit sollte mindestens 10 Minuten betragen.

10. Öffnen Sie das Permeat-zu-Speicher-Ventil und schließen Sie das Abfuhrventil.

3.3 Vorsichtsmaßnahmen während des UF-Betriebs

1. Behandeln Sie Membranmodule, Gehäuse und Zubehör vorsichtig, um Beschädigungen durch Stöße zu vermeiden.

2. Unerwartete Abschaltungen (Stromausfall usw.) dürfen 2 Stunden nicht überschreiten. Reinigen Sie die Membranen sofort, wenn sich die Abschaltung verlängert, um Lackablagerungen und Verstopfungen zu vermeiden.

3. Protokollieren Sie alle Reinigungs- und Elektrophorese-Systemparameter zur Fehlerbehebung.

4. Die Einlass-Auslass-Druckdifferenz sollte <0,08 MPa betragen. Ersetzen Sie 25 μm Filterbeutel, wenn dieser Wert überschritten wird.

5. Betreiben Sie das UF-System niemals bei geschlossenem Permeatventil.

6. Starten Sie die Pumpe nicht bei geöffnetem Abfuhrventil, um eine Beschädigung der Membran zu vermeiden.

7. Vermeiden Sie einen übermäßigen Permeatfluss; stellen Sie die Ventile innerhalb der angegebenen Raten ein.

8. Minimieren Sie den Chemikalienübertrag von der Vorbehandlung. Die Endspülung vor der Elektrophorese sollte eine Tropfleitfähigkeit von <10 μS/cm aufweisen.

Das Nachspülen mit UF nach dem Elektrotauchen entfernt Schwimmlack, verbessert das Aussehen und gewinnt Lack zurück. Die Ausrüstung ähnelt den Nachphosphatisierungs-Wasserspülsystemen. Die abschließende Reinwasser-Spülung entfernt Verunreinigungionen, um Kontaminationsfehler zu vermeiden. Um sekundäre Fließspuren in Ritzen aufgrund unzureichender Spülung zu vermeiden, ist eine vollständige Eintauchspülung erforderlich.

Die UF-Spülung verwendet typischerweise 2–3 Stufen, um den Lackaustrag zu reduzieren. Zum Beispiel:

• Fahrzeugoberfläche: 80–100 m²

• Lackaustrag pro Fahrzeug: 7–10 L (20 % Feststoffe)

• 1. Spülung: 4–5 % Feststoffe → 2. Spülung: <1 %

• Frisches UF-Permeat: <0,5 % Feststoffe

Mit ED-RO (UF + Umkehrosmose) ersetzt gereinigtes Permeat deionisiertes Wasser für die Endspülung, wodurch eine echte geschlossene Nachspülung erreicht wird, die die Abwassermenge drastisch reduziert und die Lackausnutzung erheblich verbessert.

UF-Permeat enthält Wasser und Lack-Cosolventien. In der Spülung verwendet, gleicht dieses geschlossene System den Lackverlust aus und senkt die Badleitfähigkeit.

4. Reinigungsverfahren und -schritte für UF-Anlagen

Reinigungslösung: Konzentrierter Reiniger : Reines Wasser = 1:99, Temperatur 38–43°C, pH-Wert 2,0–2,2. Aufgrund der hohen Viskosität zirkulieren Sie reines Wasser im Reinigungstank mit einer Pumpe, bis >32°C erreicht sind, fügen Sie Reiniger hinzu, zirkulieren Sie auf 35°C und stellen Sie dann den pH-Wert mit HCl auf 2,0 ein. Öffnen Sie die Reinigungsventile für die Membrankernreinigung und halten Sie den pH-Wert ≥2,2.

Die strikte Einhaltung des Verfahrens ist unerlässlich. Nach längerem Gebrauch können UF-Membranfehler auftreten: Verstopfung des Filterbeutels, unzureichender Durchfluss/Druckdifferenz. Verfolgen Sie die Reinigung gemäß SOP, um Probleme zu identifizieren und zu beheben, den Prozess zu optimieren und die Qualität zu verbessern.

4.1 Vorsichtsmaßnahmen

1. Reinigen Sie, wenn der Permeatfluss auf 70 % des Normalwerts sinkt; Verzögerungen verursachen irreversible Verstopfungen.

2. Ein Präzisionsvorfilter (25 μm) verhindert eine Membranverstopfung. Ersetzen Sie die Beutel gemäß SOP und reinigen Sie Filter/Rohrleitungen regelmäßig.

3. Reinigen Sie sofort nach unerwarteten Abschaltungen, um eine Membranblockade zu verhindern.

4. Arbeiten Sie strikt gemäß SOP; protokollieren Sie alle UF-Parameter.

4.2 Reinigungsschritte

1. Schließen Sie die Lackeinlass-/Auslassventile des Ziel-UF-Moduls.

2. Entleeren Sie den Lack vollständig aus dem Modul.

3. Öffnen Sie die Einlass-/Auslassventile der Reinigungspumpe.

4. Öffnen Sie die Hauptreinigungs-Einlass-/Auslassventile zu den Membranschläuchen.

5. Öffnen Sie die Reinigungs-Einlass-/Auslassventile des Zielmoduls.

6. Starten Sie die Reinigungspumpe.

7. Spülen Sie mit fließendem deionisiertem Wasser, bis der Ausfluss klar ist.