Aktualności i przegląd rynku

Rys.1. Schemat zasady technologii kataforezy.

Kąpiel elektroforetyczna zawiera około 80-90 % wody, żywicę na bazie akrylowej lub obecnie preferowane formy epoksydowe, pigment oraz małe ilości rozpuszczalników organicznych i domieszek. Anionowe formy farb rozcieńczanych wodą bazują na anionach kwasów organicznych, głównie kwasu octowego, np. kwasu mrówkowego lub ich kombinacji. Temperatura eksploatacyjna kąpieli zawiera się w przedziale 25-30°C. Technologia kataforetyczna na skalę przemysłową realizowana jest w różnej wielkości wannach dostosowanych do rozmiarów malowanych przedmiotów. Największe wanny stosowane są w przemyśle samochodowym do malowania nadwozi samochodów osobowych czy ciężarowych, a ich wymiary sięgają 40 m długości i do 5 m głębokości. Przedmioty przeznaczone do malowania transportowane są do wanny przy pomocy urządzeń transportu technologicznego, przy czym stosunek powierzchni anody do katody wynosi 1:4 do 1:8.

Elektroforetyczne zespoły standardowo umieszczane są na wewnętrznych ścianach wanny kataforetycznej i podłączone do niezależnego obwodu cyrkulacyjnego anolitu. W niektórych przypadkach dla zwiększenia równomierności przepływu prądu w kąpieli umieszcza się zespoły elektroforetyczne również na dnie wanny, chodzi tu o aplikacje tzw. bottom cells. Na rys. 2 przedstawiona jest typowa przemysłowa wanna kataforetyczna.

Rodzaje zespołów elektroforetycznych

W praktyce przemysłowej znane są dwa rodzaje zespołów elektroforetycznych z membranami jonowymiennymi. Chodzi o zespoły płytowe i tubowe. Starszy rodzaj, płytowy tworzy płaska elektroda, przed którą zainstalowana jest aneksyjna membrana w formie arkusza tak, by możliwy był prawidłowy przepływ anolitu wzdłuż elektrody przy równoczesnym utrzymaniu maksymalnej szczelności zespołu co zapewniają ramki uszczelniające i śruby ściągające. Całość umieszczona jest w stosunkowo dużej ramie plastikowej, która umożliwia z tylnej strony zamocowanie zespołu do ściany wanny a z przedniej strony, za pomocą perforowanej kratki, wzmacnia mechanicznie aplikowaną membranę. Długość tych zespołów odpowiada głębokości wanny, a szerokość zespołów osiąga przeważnie max. 80 cm. Znaczącą wadą tego typu zespołów jest ich stosunkowo duża masa oraz brak możliwości interwencyjnej obsługi serwisowej bez wypuszczenia kąpieli z wanny. To przede wszystkim dlatego te rodzaje stopniowo zostają zastępowane preferowanymi zespołami tubowymi.

Rys. 5. Widok zespołu tubowego typu EFC-V1 firmy MEGA a.s.

Anodowy zespół tubowy EFC w kształcie cylindra pełni również funkcje elektrody przeciwnej do katody, a jednocześnie dzięki membranie aneksyjnej umożliwia separację nadmiaru anionów z kąpieli kataforetycznej. Podstawowymi elementami zespołu tubowego EFC są:

• Anoda

Anoda w kształcie rurki umieszczona jest w środku zespołu EFC, a konstrukcja dolnego wieczka i górnej głowicy utrzymują ją w centralnej pozycji. Konstrukcja górnej głowicy pozwala również na poluzowanie śruby i obrót anody wokół jej osi, co umożliwia bardziej równomierne zużycie materiału anody podczas procesu kataforezy. Na anody używa się przeważnie stali nierdzewnej, o wiele rzadziej bardziej wytrzymały platynowany tytan.

Membrana aneksyjna w kształcie cylindra jest umieszczona wokół anody i naciągnięta na perforowaną plastikową rurkę PP, a całość zamocowana w pokrywie dolnej i górnej głowicy. Perforowana rurka utrzymuje przestrzeń pomiędzy membraną i elektrodą zapewniając efektywny przepływ anolitu, a powierzchnia perforacji gwarantuje wymagany przepływ prądu elektrycznego.

• Głowica górna - komplet

Konstrukcja górnej głowicy, oprócz wcześniej wymienionych funkcji, pozwala również na cyrkulację anolitu z wlotem do środka anody i bocznym lub górnym wylotem. Ponadto głowica zapewnia wymaganą szczelność całego zespołu i posiada przestrzeń mocowania do ściany wanny kataforetycznej.

• Pokrywa dolna - komplet

Konstrukcja pokrywy dolnej zapewnia również wymaganą szczelność całego zespołu i uchwyt mocowania do ściany wanny kataforetycznej.

Funkcje jonowymiennej membrany w procesie kataforezy

Do grupy membran jonowymiennych zaliczamy membrany umożliwiające selektywny przepływ jonów lub molekuł zawierających określony ładunek, co osiąga się przez wytworzenie przestrzennego ładunku elektrostatycznego w membranie. Zadaniem tych membran w procesach elektro membranowych jest kontrolowanie selektywnych przepływów, choć także mogą służyć do klasycznej wymiany jonów. Jeżeli, tak jak ma to miejsce podczas kataforezy, zasadniczo potrzebujemy separować aniony, koniecznym jest zastosowanie tzw. membran aneksyjnych.

Membrany aneksyjne (AM), zawierają umocowane zasadowe, kationowe grupy na bazie czterowartościowych grup amonowych -NR3+ lub czterowartościowych grup fosfonowych -PR3+ (gdzie R to wodór, grupa alkilowa lub arylowa), umożliwiając wolne przejście tylko ujemnie naładowanym cząsteczkom, zaś przejście naładowanych dodatnio jest znacznie ograniczone. Oczywistym jest, że membrana przede wszystkim musi pełnić skuteczną funkcję separacyjną. Pożądany poziom aktywnego przepływu zależy od rodzaju materiału oraz wielkości potencjału elektrycznego, dlatego membrana musi posiadać odpowiednią przewodność jonową. W tym miejscu należy podkreślić, że wobec membran używanych do elektroforezy nie stawia się maksymalnych wymagań by miały jak najmniejszą rezystancję powierzchniową RA(Ω/cm2) czy rezystancję skrośną RS(Ω/cm), jak ma to miejsce np. w elektrodializie ED czy elektrodejonizacji EDI.