超滤工艺

电泳工艺中的超滤工艺是使用超滤膜在压力下来进行电泳槽液中的悬浮固体和水及低分子量的成份的分离的一种分离工艺。当电泳液流经超滤半透膜时，它将高分子量的物质截留，而让水和低分子量的物质透过（图4－13）。这也就是只有在一定分子量以下的物质才能通过超滤膜。

超滤法是利用将涂料固体从可溶于水的物质中分离的方法来将电泳槽液中的固体浓缩分离出来的方法。在分离后得到清澈的超滤液。回收的涂料固体可以回到电泳槽，而超滤液则可用于水洗中使用。超滤工艺利用压力差和错流法来产生超滤渗透。

一台超滤器就好像一个肾，它的作用就是去除有害物质。它原来是在电泳工艺中用作槽化学的pH控制的。使用它可以从电泳槽中去除过多的增溶剂、带入的污染物和低分子量的树脂，然后装桶或排向废水处理设备。

后来，发现超滤液是对出槽的工件作水洗的理想的水洗液。使用超滤器产生超滤液作水洗可以使电泳工艺中通常所使用的水洗工艺采用闭路循环。只有少量的超滤液要流向废物处理设备来除去可溶于水的污染物，因为可溶于水的污染物会使电泳槽的电导升高。

超滤液中含有去离子水、可与水混溶的协同溶剂、低分子量的树脂和增溶剂等。超滤液可用于对工件作洗去过量的涂料时的水洗用。超滤液的流速称为通量率。它的单位为加仑/天× 平方英尺膜，或称为GFD。通量率这个单位也可以用加仑/分来表示（GPM）。要使通量率足够地高是十分重要的，这样就能保证产生足够的体积的超滤液来满足水洗工艺的需要。

通量率受下列因素影响：

* 流动速率： 流过超滤器系统和超滤膜的物质的数量；

* 压力差： 超滤器的进口和出口的压力差；

* 电泳槽的温度；

* 电泳槽的溶剂含量；

* 电泳液的pH；

* NV％；

* P/B％。

当电泳溶液通过超滤器时，它是横穿过超滤膜的。超滤器要有一定的横穿量才能使系统正常工作。超滤器的制造商都会说明所需要的以加仑/分表示的横穿量。

来自电泳槽的涂料在超滤器中通过，被浓缩的涂料固体粒子会回到电泳槽。从涂料中分离出来的大约有1％槽体积超滤液泵送到末道水洗工序，用来洗去黏附在电泳膜上的乳状膜。用于这步水洗的超滤液是在超滤工艺中分离掉涂料固体后的水并含有可与水混溶的协同溶剂、低分子量的树脂和增溶剂等成份。

通量率

就如前面已经提到的那样，超滤是一种压力驱动的工艺，有三个因数影响超滤膜的渗透性能：

l 首先，膜本身存在让物质通过膜的自然阻力；

l 其次，存在一层“凝胶”层，这层凝胶层所产生的阻力随着操作条件（压力、流速、浓度等）的不同而变化 。这层凝胶层是由不通过超滤膜的物质在超滤膜的表面所生成的；

l 最后，在运行一段时间后，在膜的表面和凝胶层之间会形成一层“中毒层”。这层中毒层是由聚集的赃物、涂料固体和其它污染物质所形成，它们既不能渗透通过膜，又不回到原来的溶液中，慢慢就形成这层中毒层。为了使系统保持合适的运行条件，必须定期使用化学方法清洗掉中毒层。

电泳槽的固体粒子对超滤器的性能有影响。电泳液的固体含量越高，溶液的渗透速度越慢。涂料的固体粒子具有形成降低超滤器产生超滤液的中毒层的倾向。要按照涂料制造商的说明的电泳液的使用范围来使用超滤器，找出能让它正常运行的最低的涂料固体的含量范围。

超滤膜的结构类型

在电泳工艺中常用的有四种结构的超滤膜：

管式超滤膜（连续式或平行式）；

空心纤维超滤膜；

螺旋型膜；

平板型和框架型膜。

管式膜

管式膜由封闭在PVC管中的一根管膜或几根连续管膜或平行管膜构成。涂料溶液流过超滤管的流速约12英尺/秒。超滤渗透通过的溶液收集在膜和管壁之间的空隙中，然后由接口处流出。被浓缩的溶液通过超滤管再流回电泳槽。

这是原先的超滤器的设计，由于产生渗透作用的总表面积与管径有关，为了得到较大量的渗透量，就必须使用许多超滤管，这些超滤管排列成连续管或平行管。

这些管子可以使用化学法或机械法清洗。作机械清洗时，放入与管径一致的海绵球，然后用泵将它通过超滤管，它就可以擦去管中沉积的涂料。

目前，在电泳系统中已很少使用单管的超滤器。随着技术的进步，单管系统也随着发展，以增加可以利用的膜表面积。在一根超滤管中置入5根或7根小管使膜的表面积增加，这样就可以增加单管的通量率。在电泳系统中使用的典型的超滤管中一般有7根小管。

空心纤维膜有许多孔径为20－45密尔的桶形小管，小管的内壁是膜，管的外壁是超滤膜的结构材料。溶液从桶中流过时通过桶壁渗透出去，经过收集后泵送到超滤液的储槽或水洗系统中去。被浓缩的电泳液回到电泳槽中去。

图4－18， 空心纤维超滤桶

在螺旋缠绕型超滤器的结构中，平的超滤膜折叠在一块多孔板上，将膜的二边粘合，使它成为口袋状，而让多孔材料在袋的开口处突出。然后将多孔材料、整个超滤袋和隔离材料绕在穿孔管上，整个装置用玻璃纤维包裹（图4－19）。油漆涂料泵送入装置的一端，流向隔离层的空隙中，渗透通过膜的超滤液由多孔板收集后以螺旋型的路径流向穿孔管，然后泵送到超滤液的储槽或水洗系统中去。

由于螺旋缠绕型超滤器不需改变泵的大小而能产生更多的超滤液，所以它正在得到越来越普遍的使用。

图4－19， 螺旋缠绕型超滤器

平板型和框架型的电泳液超滤器的结构是由一组复有超滤膜的平板和框架所组成（图4－20）。粉末涂料溶液就在这些平板的外面循环，而溶液渗透过超滤膜后进入多孔板，然后由控制管线收集。平板之间的液体最后通向所要求去的地方：超滤液储槽或末道水洗步骤。

最常用的超滤膜是管型的。由于一根十英尺长截面流量为35加仑/分的管膜只能产生0.06加仑/分的超滤液，为了有效地利用好泵的能力，所以经常采用将超滤管连接起来。将四根、六根或八根管子连接在一起称为一组。根据系统的规模和所需要的超滤液的多少来选择所需要的超滤器的大小和组数。

正确地选择流经超滤器的流速将有助于减少边界层和在超滤膜表面可能会生成的凝胶层。如果这些边界层和凝胶层太厚，就会降低超滤液的流量。但如果流经超滤器的溶液的流速适当，它就有助于将超滤膜表面会生成边界层和凝胶层的物质扫除下来，让它们回到涂料溶液中去。

与流速相同重要的是所需要的压力，超滤器的制造商会提供这个压力参数。参数中有最大的入口压力和指定的出口压力，通常把它称为压力降或rP。由安装在入口和出口处的压力表来指示这个重要的参数。

超滤器的容量

根据超滤器中超滤膜的面积或它所处理的溶液的数量来说明超滤器的容量。按照经验来选择的安全方法是在70％的设计通量率时要有3加仑/分的流量。但仍然要小心，因为正常的超滤膜的运行通量率是指超滤膜已运行一星期后的通量率。由于尚未同涂料溶液接触，新的超滤管的通量率一般都较高。在经过使用后，它的通量率会降低。新的超滤膜的通量率被称为“水通量率”，这是指水通过膜的通量。

超滤膜

超滤膜是由多孔材料所制造，它的孔径范围在10－200A°。这种孔径的膜就能作固液分离。

图4－21，超滤膜的放大图

应对超滤系统是否工作正常作经常性检查。肉眼就可对超滤液是否在正常渗出作检查，流量计能表示出超滤溶液的产生的量。超滤液是无色到淡黄色的清澈的溶液。

下列因素能引起超滤装置的工作不正常：

* 超滤膜性能不佳

* 超滤膜磨损

* 超滤膜变薄

* 系统上压力过高

当将超滤装置联入系统中工作时，必须小心防止不要让超滤膜经受太高的压力。

如果电泳槽液经过超滤后的颜色不变，这就表明超滤液中有涂料固体，这可能表示超滤膜已被损坏。此时就必须更换新膜，如果超滤液中存在涂料粒子，这将使水洗工序的效果变差。

预过滤

在空心纤维和螺旋型超滤系统中需要预过滤，对其它超滤系统都加上预过滤是一个很好的想法，由于超滤膜上的孔径只有10－200A°。溶液中的脏物会造成孔的堵塞而需要作化学清洗，使用了10－25微米孔径的预过滤后就可先将这些脏物除去，使超滤器的清洗周期加长。用超滤液或去离子水作反渗透也能延长清洗周期的时间。

维护

超滤系统需要作维护，由于超滤膜会堵塞，这种堵塞发生在边界层，堵塞物为涂料固体和磷酸盐类。这种堵塞常在泵的流量和压力较低时发生。

清洗

在运行一段时间后超滤膜就会变脏，此时就需要作清洗，超滤装置的制造商会提供它们的设备的清洗程序，并建议作清洗的周期。

基本的清洗混合物由下列成份组成：

* 去离子水

* 表面活性剂

* 酸

* 溶剂

超滤膜的供应商会指定它们所供应的膜的清洗剂混合物。

在清洗时，将清洗剂在一定温度下在超滤装置中循环一定时间。如果温度太高，就会使超滤膜损坏，降低流速和使用寿命。

对于堵塞严重的超滤膜的清洗，如果经销商有建议，则可以使用较强的化学清洗溶液。每一种膜都有自己专门的清洗剂，并且对于每种膜都有一般清洗和严重堵塞二种清洗配方。如前所述，有些管式超滤器可以用机械方法使用海绵球进行清洗。

反相流动

一些超滤器系统能改变正在流经超滤器的涂料槽液的流动方向。定期地改变流动方向就可以减少赃物层的积累。操作这类系统和所有其它的超滤系统都必须小心避免使用过大的压力，以免使超滤膜损坏。