Aplicação do Sistema de Ultrafiltração (UF) em Revestimento Eletroforético

A pintura eletroforética envolve a imersão da peça de trabalho e do eletrodo correspondente em uma tinta solúvel em água e a aplicação de uma corrente elétrica. Através da ação físico-química gerada pelo campo elétrico, a resina, os pigmentos e os enchimentos na tinta precipitam e depositam-se uniformemente na superfície da peça de trabalho (atuando como um eletrodo) para formar um filme insolúvel em água. O sistema de ultrafiltração (UF) e as membranas de UF desempenham um papel fundamental neste processo. A adoção e promoção adequadas da tecnologia ED-RO podem melhorar significativamente a utilização da tinta eletroforética e dos recursos hídricos, ao mesmo tempo em que reduzem drasticamente a descarga de águas residuais eletroforéticas. O uso e a manutenção corretos do equipamento de UF maximizam a eficiência do sistema. A lavagem por UF pós-eletroforética remove a tinta flutuante aderida à superfície do filme, melhorando a qualidade da aparência e permitindo a recuperação da tinta.

1. Visão geral do sistema de ultrafiltração

A ultrafiltração (UF) é uma tecnologia de separação por membrana impulsionada por uma diferença de pressão através da membrana de UF, operando com base no princípio da peneiração mecânica. A pressão de operação normalmente varia de 0,1 a 0,6 MPa, com tamanhos de poros de 1 nm a 0,1 μm e corte de peso molecular de 500 a 1.000.000 Da.

No processo de UF para tinta eletroforética, quando a tinta entra em contato com a membrana de UF, a água e os sais inorgânicos passam, enquanto a resina e as moléculas do tamanho do pigmento são retidas no líquido da tinta e retornam ao banho eletroforético.

2. Aplicação de membranas de UF em revestimento eletroforético

As membranas de UF são equipamentos-chave nas linhas de revestimento eletroforético. Suas principais funções são:

• Extrair água desionizada e solventes de tinta do banho via UF para fornecer água de enxágue para peças de trabalho eletroforéticas.

• Lavar o excesso de tinta aderida à superfície da peça de trabalho e devolvê-la ao banho.

Benefícios:

• Recicla a tinta transportada nas superfícies das peças de trabalho, alcançando a circulação em circuito fechado e economizando ~30% nos custos de aquisição de tinta.

• Descarrega uma porção do permeado de UF para remover íons de impureza introduzidos durante o revestimento, mantendo a condutividade e o pH do banho dentro dos limites especificados.

• Reutiliza o permeado de UF como água de enxágue em vez de água desionizada, eliminando quase completamente a descarga de tinta e reduzindo significativamente o ônus do tratamento de águas residuais e a poluição ambiental.

3. Princípio de operação e condições do sistema de UF

3.1 Princípio da UF

A UF remove íons de impureza do banho eletroforético e gerencia efetivamente contaminantes catiônicos e aniônicos introduzidos em um circuito fechado, garantindo a estabilidade da tinta e a integridade do filme.

A UF é uma tecnologia de separação por permeação de membrana que purifica, separa ou concentra soluções. Funciona como um processo de peneiração com base no tamanho dos poros da membrana. Impulsionado pela pressão através da membrana, apenas água, sais inorgânicos e pequenas moléculas passam, enquanto sólidos suspensos, colóides, proteínas e microrganismos são retidos. A UF opera continuamente sob baixa pressão.

Sob diferença de pressão, o líquido do banho passa pela unidade de UF. O permeado flui para o tanque de UF, com ~30% da circulação vindo do tanque auxiliar antes de retornar ao banho principal. A alimentação mínima de tinta para o sistema de UF deve ser 10× a taxa de permeado de projeto, sendo 20× a ideal.

3.2 Etapas normais de inicialização e operação

1. Confirme que não há pressão nas linhas de saída; feche o fornecimento de tinta, a entrada/saída de enxágue e as válvulas de permeado para armazenamento.

2. Abra a circulação de tinta, a descarga de permeado e todas as válvulas de isolamento do manômetro.

3. Abra as válvulas de entrada/saída do líquido de arrefecimento do selo do eixo da bomba de UF (0,2 MPa).

4. Ligue a bomba de fornecimento de tinta.

5. Abra ligeiramente a entrada de tinta para encher lentamente o sistema.

6. Abra gradualmente a válvula de entrada até que a pressão de referência atinja 0,15 MPa e, em seguida, ligue a bomba.

7. Ajuste as válvulas de entrada e saída até que a pressão diferencial atinja 0,2 MPa (entrada: 0,35 MPa, saída: 0,15 MPa).

8. Verifique se há vazamentos na membrana; substitua os anéis de vedação ou os módulos de membrana, se necessário.

9. O tempo de descarga do permeado deve ser de pelo menos 10 minutos.

10. Abra a válvula de permeado para armazenamento e feche a válvula de descarga.

3.3 Precauções durante a operação da UF

1. Manuseie os módulos de membrana, as carcaças e os acessórios com cuidado para evitar danos por impacto.

2. Desligamentos inesperados (falha de energia, etc.) não devem exceder 2 horas. Limpe as membranas imediatamente se prolongado para evitar a sedimentação e o entupimento da tinta.

3. Registre todos os parâmetros do sistema de limpeza e eletroforese para solução de problemas.

4. A pressão diferencial de entrada-saída deve ser <0,08 MPa. Substitua os sacos de filtro de 25 μm se excedido.

5. Nunca execute o sistema de UF com a válvula de permeado fechada.

6. Não ligue a bomba com a válvula de descarga aberta para evitar danos à membrana.

7. Evite o fluxo excessivo de permeado; ajuste as válvulas dentro das taxas especificadas.

8. Minimize a transferência química do pré-tratamento. O enxágue final antes da eletroforese deve ter condutividade de gotejamento <10 μS/cm.

A lavagem por UF pós-eletroforética remove a tinta flutuante, melhora a aparência e recupera a tinta. O equipamento é semelhante aos sistemas de enxágue com água pós-fosfatação. O enxágue final com água pura remove os íons de impureza para evitar defeitos de contaminação. Para evitar marcas de fluxo secundárias em fendas devido ao enxágue insuficiente, é necessário o enxágue por imersão total.

O enxágue por UF normalmente usa 2 a 3 estágios para reduzir a transferência de tinta. Por exemplo:

• Área da superfície do veículo: 80–100 m²

• Transferência de tinta por veículo: 7–10 L (20% de sólidos)

• 1º enxágue: 4–5% de sólidos → 2º enxágue: <1%

• Permeado de UF fresco: <0,5% de sólidos

Com ED-RO (UF + osmose reversa), o permeado purificado substitui a água desionizada para o enxágue final, alcançando um verdadeiro pós-enxágue em circuito fechado, reduzindo drasticamente as águas residuais e melhorando significativamente a utilização da tinta.

O permeado de UF contém água e co-solventes de tinta. Usado no enxágue, este sistema de circuito fechado compensa a perda de tinta e reduz a condutividade do banho.

4. Processo e etapas de limpeza do equipamento de UF

Solução de limpeza: Limpador concentrado : água pura = 1:99, temperatura 38–43°C, pH 2,0–2,2. Devido à alta viscosidade, circule água pura no tanque de limpeza usando uma bomba até >32°C, adicione o limpador, circule até 35°C e, em seguida, ajuste o pH para 2,0 com HCl. Abra as válvulas de limpeza para a limpeza do núcleo da membrana, mantendo o pH ≥2,2.

A adesão estrita ao processo é essencial. Após o uso prolongado, podem ocorrer falhas na membrana de UF: entupimento do saco de filtro, fluxo/diferencial de pressão insuficientes. Acompanhe a limpeza por SOP para identificar e resolver problemas, otimizando o processo e melhorando a qualidade.

4.1 Precauções

1. Limpe quando o fluxo de permeado cair para 70% do normal; atrasos causam entupimento irreversível.

2. O pré-filtro de precisão (25 μm) evita o entupimento da membrana. Substitua os sacos por SOP e limpe o filtro/tubulação regularmente.

3. Limpe imediatamente após desligamentos inesperados para evitar o bloqueio da membrana.

4. Opere estritamente por SOP; registre todos os parâmetros de UF.

4.2 Etapas de limpeza

1. Feche as válvulas de entrada/saída de tinta do módulo de UF alvo.

2. Drene completamente a tinta do módulo.

3. Abra as válvulas de entrada/saída da bomba de limpeza.

4. Abra as válvulas de entrada/saída de limpeza principais para os tubos da membrana.

5. Abra as válvulas de entrada/saída de limpeza do módulo alvo.

6. Ligue a bomba de limpeza.

7. Lave com água desionizada corrente até que o efluente esteja limpo.