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腳輪電泳原理
發表時間:2012/8/20 23:01:14
腳輪電泳原理
陽極腳輪電泳用水溶性樹脂是一種高酸值的羧酸鹽，在水中溶解后以分子和離子平衡狀態存在于直流電場中，通電后，由于兩極的電位差，離子定向移動，陰離子沉積在陽極表面，而陽離子在陰極表面獲得電子還原成胺，它是一個電化學反應，包括腳輪電泳、電解、電沉積和電滲四個同時進行的過程。
1.腳輪電泳：在直流電壓作用下，分散在介質中的帶電膠體粒子在電場作用下向與其所帶電荷相反的電極方面移動，叫腳輪電泳。
2.電沉積：陰離子樹脂放出電子沉積在陽極表面，形成不溶水的漆膜，此過程叫電沉積。
3.電滲：腳輪電泳逆過程，當陰離子樹脂在陽極上，吸附在陽極上的介質在內滲力的作用下，從陽極穿過沉積的漆膜進入漆液，稱電滲。
4.電解：電流通過漆液時水便發生電解陰極放出氫氣，陽極放出氧氣，此過程即為電解。
腳輪電泳涂料
有人說，腳輪電泳涂料可劃分為三代，第一代為環氧樹脂涂料，第二代為丙烯酸樹脂涂料，第三代為聚氨酯涂料。由于環氧涂料主要應用于汽車底盤，第三代主要用于陰極腳輪電泳漆，涂覆于首飾表面，故目前主要介紹第二代，即丙烯酸樹脂涂料。此樹脂如一團亂麻，羧基藏于里，胺基接于外，其中最先的羧基有 70%被胺基取代，因其樹脂中存在 -COONHR，使樹脂成為水溶性。鋁型材表面涂覆的丙烯酸樹脂多采用胺基樹脂為固化劑進行交聯固化，同時，涂料分子均勻性對工藝操作有很大影響，一般說，乳化越好，分子越均勻。
涂裝工藝流程
1 除油：如有酸回收裝置，推薦采用堿性除油，因堿性除油后，鋁型材表面比較光亮，且不會與后面的堿蝕發生副作用，如用堿性除油，其主要成份是Na 2 CO 3 和NaOH。
2 水洗：自來水洗去前道工序的酸或堿。
3 蝕：加入堿蝕劑的堿蝕工序，會降低型材表面光亮度，但效果并不十分明顯主要應注意不可使槽中Al 3 含量過大，溫度過高，否則易產生洗不去的花斑，涂漆烘干后呈黃色。
二道水洗：最好有噴淋或加大溢流，以保證清洗徹底。
除灰：用 HNO 3 效果較好，但要注意加強水洗（最少二道+噴淋）。
水洗：自來水用 H 2 SO 4 除灰，一道水洗即可，用HNO 3 除灰，需二道水洗。
氧化： H 2 SO 4 氧化一般為20min，使氧化膜達到9ｕ，某些公司推銷的所謂的高溫氧化劑，其主要成份是一種混酸，建議不要使用，對氧化膜的色澤、硬度、可著色性均無好處。
水洗：自來水 二道 加大溢流。
著色：用單錫鹽、單鎳鹽、錫鎳復合鹽均可，注意不要有色差，因為色差會在腳輪電泳涂漆后加大。
水洗：最好加噴淋，以期盡量減少對后道工序酸的帶入量。
熱純水洗：要求電導率＜ 100ｕs/cm，溫度70-80℃，PH=4-6，尤其是銀白涂漆型材或氧化中電壓較大的型材應在此槽中處理較長的時間，PH值可用三乙胺進行調整。
純水洗：要求電導率＜100ｕs/cm，室溫，PH=4-6，處理2-4分鐘即可。PH值可用三乙胺進行調整。
五 腳輪電泳涂裝設備
腳輪電泳槽及其輔助設備
腳輪電泳槽：槽體內一般用硬聚氯乙烯塑料或環氧玻璃鋼襯里
溢流槽：其作用是控制腳輪電泳槽內漆液高度，排除漆液表面的泡沫，其容量通常取腳輪電泳槽容量的 1/5。
攪拌循環系統：其主要作用是保證漆液成份和濃度均勻。其循環泵的流量應保證能使整個腳輪電泳槽的漆液在 1小時內循環4 — 6次。在氣溫較高或連續生產時，因溫度上升故在循環系統中應有冷卻裝置。在冬季，若槽液溫度降到10℃以下，必須先升溫在進行生產，可通過熱交換器升溫或直接把加熱管通道溢流槽中，后一種方法必須保證加熱管不會泄露。升溫和冷卻所用的熱交換器一般用湍流促進型，形式有板框式和管式（一般不用板框式）。[飛步腳輪原創]
電極： A極板：通常采用316不銹鋼。應注意的是陽極面積無論如何不能超過陰極極板的2倍，并且為保險起見，一般取面積比為1：1，因此，生產廠家必須從設計者那里弄清陰極極板的面積。 B極罩：主要用于收集陰極上反應所生成的H 2 ，當然還有的廠家采用半透膜或1 # 工業帆布用環氧粘結劑制成袋，其作用除收集H 2 外，還可調節槽內的PH值。其使用時，在其中注滿去離子水，腳輪電泳涂裝時產生的NH 4 + 離子，在電場作用下，通過半透膜進入袋中，定期排除，以保持其PH值在一定的范圍內，當然還具有一部分除雜離子的作用。
電源：目前國內所做的腳輪電泳涂漆電源與國際上先進的電源（如 ELCA、日本三色等）幾乎無差距。一般來講，其紋波因素＜6%，當然如客戶需要還可作成＜3%和＜1%，但無太大意義。其使用中的控制方法一般有兩種，即定電壓和定電流兩種。
定電壓：這是目前國內生產中最常用的一種方式。電壓設定值的大小主要決定于陽極工件面積，槽液溫度和涂料分子量的大小。
定電流：一般定在 10A/m 2 ，可以電壓緩慢升高，升高到設定值時，或到設定時間時（一般是2 — 3min）斷電。
去離子水生產裝置；一般要求水的純度達到 1MΩ以上，具體應用何種設備應視當地水質報告和水的需求量而定。目前國內各廠家選用最多的配置是電滲析加離子交換，當然，國外也有使用RO的，但無論使用何種設備都必須嚴格控制SO 4 2- 和Cl - 的含量。
漆料精制設備：有陽離子交換樹脂塔和陰離子交換樹脂塔，其樹脂容量一般為陽樹脂：陰樹脂 =1:3.陽樹脂為大孔若酸性樹脂，陰樹脂為強堿性樹脂或大孔弱堿性樹脂，其操作過程如下：
精制：
陰離子交換樹脂塔：排出塔內的水，使其高度大約比樹脂高出約 50 — 200mm，然后腳輪電泳涂料從塔的頂部進給。
陽離子交換樹脂塔：排出塔內的水，使其高度大約比樹脂高出約 50 — 200mm，然后腳輪電泳涂料從塔的頂部進給。
雙塔聯動：按上述步驟雙塔聯動操作。
再生：
陰離子交換樹脂塔：用壓縮空氣排出部分涂料，使其液面高出樹脂約 50 — 200mm，用去離子水排出涂料至溢流槽，然后去離子水從塔底進入，沖洗浮動樹脂床，然后從塔頂排出，隨后停止一會，使因逆流進給而浮動的樹脂床靠重力沉降下來，此后進給25%的NaOH溶液，由塔的中部進入，從塔底排出，持續30min。為了充分有效地利用塔中剩余的NaOH溶液以再生樹脂，從塔頂緩慢地進入去離子水，從塔底排出，亦持續30min，最后，用大流量的去離子水由塔頂進入，從塔底排出，直至出口的PH＜8，持續時間大約50 min。
陽離子交換樹脂塔：因此塔再生較繁索，故分步列出。
從塔頂進壓縮空氣，把涂料由塔底排出至液面高出樹脂 50 — 200mm的高度。由塔頂進入去離子水把腳輪電泳涂料排出至溢流槽。由塔底進入去離子水，沖洗浮動樹脂床，然后由塔頂排出，持續 30min。從塔頂進入壓縮空氣，把塔內的水排至高出樹脂 50mm。用去離子水通過氨水噴嘴吸入 25%的氨水，并因此稀釋智5%，然后由塔底輸入稀釋的氨水，使液面高出樹脂100--200 mm。空氣由塔底進入，攪拌樹脂和氨水，持續 5min。從塔頂進入壓縮空氣，由塔底把氨水溶液全部排出至廢水。由塔底進入去離子水，流經浮動樹脂床，徹底沖洗塔內剩余的氨水，然后由塔頂排出，持續 30min。靜止 5min，使逆流沖洗漂浮起來的樹脂依靠重力沉下來。用去離子水吸入 35%的鹽酸，以便把其濃度沖淡到大約3%，然后由塔的中間輸入，流經樹脂床，由塔底排出，持續30min。用去離子水由塔中緩慢流入，塔底排出，以便充分利用剩余的鹽酸再生樹脂，持續 30min。從塔頂進入壓縮空氣，把塔內的水排至高出樹脂 50--100mm的高度。從塔底進入壓縮空氣，塔頂排出，進行樹脂攪拌，持續 5min。 去離子水由塔頂進入，洗滌樹脂，然后由塔底排出，持續 50min。
漆料回收設備： 腳輪電泳涂料的回收一般采用超濾或反滲透，但是其工作原理是根本不同的，使用工藝一般也有兩種，現分別介紹如下：
機理：
超濾 UF：高分子與電解質的分離，也可以說是漆水分離，工作壓力1Kg左右，約等于3倍的滲透壓，膜孔較大。
反滲透 RO：將溶液凈化或濃縮，即實現有機物與無機物的分離，工作壓力25Kg左右，約等于50倍的滲透壓，膜孔較小。
操作工藝： 此種工藝流程之特點是必須隨生產而運轉，否則無意義 。 此種工藝流程之特點是見效快，尤其用 RO時，可將水排掉一部分以減輕ED槽精制設備的負擔。
烘爐：烘爐的加熱方式一般分為三種：對流加熱、紅外線加熱、遠紅外線輻射加熱。而目前國內外絕大部分均用對流加熱。烘爐內的各點溫差應不超過± 5℃,且爐膛內應潔凈,同時升溫即溫度恢復要迅速
在電場中，推動帶電質點運動的力（F）等于質點所帶凈電荷量（Q）與電場強度（E）的乘積。F＝QE質點的前移同樣要受到阻力（F）的影響，對于一個球形質點，服從Stoke定律，即：F′＝6πrην式中r為質點半徑，η為介質粘度，ν為質點移動速度，當質點在電場中作穩定運動時：F＝F′即QE＝6πrην
可見，球形質點的遷移率，首先取決于自身狀態，即與所帶電量成正比，與其半徑及介質粘度成反比。除了自身狀態的因素外，腳輪電泳體系中其它因素也影響質點的腳輪電泳遷移率。
腳輪電泳法可分為自由腳輪電泳（無支持體）及區帶腳輪電泳（有支持體）兩大類。前者包括Tise-leas式微量腳輪電泳、顯微腳輪電泳、等電聚焦腳輪電泳、等速腳輪電泳及密度梯度腳輪電泳。區帶腳輪電泳則包括濾紙腳輪電泳（常壓及高壓）、薄層腳輪電泳（薄膜及薄板）、凝膠腳輪電泳（瓊脂、瓊脂糖、淀粉膠、聚丙烯酰胺凝膠）等。
自由腳輪電泳法的發展并不迅速，因為其腳輪電泳儀構造復雜、體積龐大，操作要求嚴格，價格昂貴等。而區帶腳輪電泳可用各種類型的物質作支持體，其應用比較廣泛。
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