谈筛分与过滤在涂装中的重要作用

    关键词：过滤；筛分；涂装；涂装质量

    1引言

    过滤是将体积大小不同的物质以物理方式加以区分、分离的过程。过滤技术在涂装生产中应用广泛。油漆喷涂、粉末喷涂、电泳、电镀等涂装方式都与过滤装置密不可分，过滤技术对涂装质量、环境保护、成本节约、劳动保护等具有重要意义。按照过滤物颗粒的近似大小从以下几个方面加以阐述，以期做全盘了解，让过滤技术更好地为涂装行业服务。

    2车间空气的净化

    对外观要求较高的涂装，如汽车、手机及笔记本电脑等，为保证涂装车间空气的洁净，减少空气中的漂浮物（主要是毛絮、尘粒）造成表面颗粒的缺陷，需安装车间空气净化装置。

    2.1粉末涂装车间

    粉末涂料中70μm以上的颗粒约占总量的5%，有些颗粒可以达到100μm，但这些颗粒熔化、流平后可以成为涂层的组成部分，即大颗粒的粉末成分仅造成涂装工件表面的橘皮现象，而不会造成颗粒缺陷。空气中的尘埃直径在1~500μm之间。直径在35μm以下的尘埃，不会对粉末涂装造成颗粒缺陷，甚至可以作为粉末的填料存在。粒径在35μm以上的高温（180~200℃）不熔化尘埃会产生颗粒缺陷。但在静止的空气中，大颗粒粉尘（如500μm以上）由于重力作用，会发生沉降落于平面上，仅在大风天气下大粒径粉尘才会影响粉末涂装。粉末涂装中，对车间尘埃的过滤达到35μm精度即可满足要求，精度越高越好。所以解决粉末涂装颗粒状缺陷的重点不在空气，而在其它途径引入的杂质。就粉末涂装而言，对外观影响较大的是毛絮类物质。原因是毛絮类物质质量轻、易流动。空气中飘浮的毛絮单丝直径很小，但其长度可以达到数毫米，其影响决定于它的卷曲直径和在涂层上的暴露长度。卷曲造成表面颗粒集中出现；暴露的纤维会吸附超细粉末而变得粗大，烘烤固化后显示出较大的颗粒。所以对粉末涂装车间的净化主要以过滤毛絮为主。因滤材的阻拦作用，并考虑对尘粒和毛絮的共同清洁，经过5μm以下的初效过滤，车间空气能满足粉末喷涂的需要。有些粉末涂装对固化炉进行一定的过滤，或在强制循环的空气通道加装过滤设施，可以将因冷空气的补充带入的毛絮、颗粒进行净化，防止这些杂物随热风气流黏附到工件上。

    2.2油漆喷涂车间

    油漆的喷涂厚度在20μm左右才能保证遮盖底层又不产生流挂缺陷。涂层表面多为高光泽效果，由于涂层的镜像和映射效果，往往会加重表面缺陷的显示程度，所以油漆涂装车间的过滤要求要比粉末涂装高些，采用中效、高中效过滤可以满足要求。无论粉末还是油漆，表面有美术型花纹的涂装、低光泽效果的涂装对表面缺陷具有掩饰作用，对空气的过滤要求可以低一些。常温固化油漆的干燥成膜空间为车间或开阔地，加温固化油漆的干燥成膜空间为烘箱，这些区域的空气同样需要净化处理以防颗粒物的黏附。

    3槽液的净化

    3.1粉末涂装前处理槽液的净化

    3.1.1颗粒物与毛絮状物质的净化

    粉末涂装前处理主要包括脱脂、水洗、表面调整、磷化等。对自动喷淋生产线的槽液净化显得尤为重要。对脱脂槽的净化，主要是考虑槽液原料中的杂物；工件加工、运输、存放造成的铁屑、毛絮、灰尘等；工装挂具的铁锈、漆渣等；以及工件返工中的颗粒物等。槽液的净化不直接对工件的处理质量产生影响，而是通过保证喷淋系统喷嘴的通透来保证清洗效果从而保证磷化效果。使用孔径为2mm左右的不锈钢丝网即可对脱脂槽进行过滤处理。尽管经过过滤，但小颗粒不溶物的通过不可避免，长期在管道内壁的积累同样会堵塞管道。所以定期检查喷淋系统、更换堵塞的喷嘴、清理各段管道也必不可少。对磷化槽的过滤需要更细的孔径。除渣效果也是通过保证喷淋系统的通透来保证磷化效果。经过脱脂及水洗过程，工件及挂具上的杂物已经被冲洗干净，磷化槽液中的颗粒物基本就是磷化渣，其颗粒直径在数十微米以下，选择合适的过滤装置———板框压滤机可以连续不停机地处理槽液，防止喷嘴堵塞。同时板框压滤机产生干渣，可减少含磷化液浆渣的环境污染。目前多用沉降塔的方式沉淀磷化渣，需要停产进行。沉降的方法，不能保证喷淋系统的堵塞，清理管道系统的周期要短些。

3.1.2槽液中防锈油的净化

    一般在粉末涂装和油漆涂装中喷淋式前处理脱脂槽中的乳化状态的油对涂装影响不大，定期撇出可以保持脱脂液的脱脂效果和延长脱脂液的使用寿命。汽车涂装时前处理脱脂后要经过电泳涂漆，为防止电泳槽漆液的污染，需将脱脂液中的含油量控制在5g/L以下，若超过则要将槽液更新。为延长槽液的更新周期，采用油水分离装置，除去脱脂液中的油污。比重式油水分离器也可以用，但是效果不是很好。如果要想达到理想的效果，可以用膜分离来除油（一种利用超滤技术对脱脂槽液进行油水分离、循环使用的专利方法，申请号为02152317.7）。选择一定规格的超滤膜，使槽液中油污乳化部分基于油滴的大小而截留。装置还有一个用来清洗超滤膜的清洗槽，该装置具有节能、节水、净化工作环境、油水分离率高等特点。槽液更新周期达3个月以上。装置中的膜即为一种精密过滤材料，在后续超滤膜一节中详细介绍。

    3.2电镀槽液的净化

    电镀层的厚度为10～30μm，与油漆厚度相似，电镀槽液中不溶颗粒会影响镀层性能。市场上有很多过滤镀液的过滤设备，根据过滤精度不同，其过滤材质为PP棉滤芯或PP微孔滤膜。后者由高分子材料配合特殊工艺加工而成，化学性能优良，耐酸、耐溶剂，可在电镀液中使用，其过滤精度为0.22～20.00μm，经过滤的镀液获得的镀层质量良好。

    4粉末的筛分、净化处理

    4.1筛分用于粉末制造过程

    粉末制造的筛网为160～180目，孔径在80～100μm之间。粉末粒径在20～60μm之间的约占到80%以上。有条件的生产厂家可以定期检测粒度分布，获得相关数据，以帮助研究粉末性能与粒径的关系。使用旋转筛时应注意筛网孔径的选择，可根据粉末的表现掌握，以免粉末过细造成流化不佳、上粉率低，粉末过粗则橘皮重或喷涂过程落粉多。生产中使用标准筛检验粉末粒径，防止因筛网破损造成不合格的粉末。

    4.2筛分用于粉末颗粒的检验

    粒度分布仪是检验粉末粒径的最好仪器，但因仪器昂贵、操作繁琐不便用于生产时的常规检验。使用标准筛简单直观。标准筛可以作为粉末生产和应用的日常检验工具，从某种程度上讲是必不可少的。通过使用一系列标准筛进行检验，可以知道粉末的粒径，对粉末的上粉率、表面橘皮效果、粉末的流化等可以大致了解；标准筛还可以检验粉末中是否有粉团、杂质、毛絮等，当产品外观有较多的颗粒时，可以用标准筛过滤使用的粉末，以判定粉末是否合格。粉末涂装使用的一套标准筛，筛孔孔径大小在80～160目，非常有用。

    4.3筛分用于粉末使用时的杂质过滤

    大多喷粉设备都自带粉末的净化装置。如诺信喷粉设备的旋转筛、瓦格纳喷粉设备的振动筛、大多国产设备的蝶式振动筛等都具有过滤的特性：将大于粉末的颗粒物过滤除去，并对疏松的粉末结团进行破碎，这样可以减少不熔性物质产生的颗粒，减少粉末结团产生的粉包、色斑等缺陷。作为粉末净化的筛网可以选择80～120目，孔径在125～200μm之间，粉末可以快速通过，不至于影响产品外观质量。对众多小规模应用厂家，粉末的净化主要使用工业振动筛甚至简易的筛子进行，用来处理回收粉末并再利用，缺点是效率低，造成的粉尘污染大，对操作者的健康影响大。过滤时，粉末中的毛絮状物质难以被过滤，用于喷涂后仍然出现很多杂质，仔细观察可见毛絮的特征。所以，过滤的粉末应用于非重要外观件或用于喷涂底层。减轻毛絮缺陷影响的方法是净化喷涂车间空气，粉末回收时使用内循环的方式减少外部空气的吸入以免毛絮在滤芯上的富集，粉末喷涂时使用能及时等比例混合回收粉末的喷粉设备等。

    5涂装生产中压缩空气的净化

    压缩空气的生产和净化使用更多的是过滤装置。首先，进入空压机的空气，先经过空气滤清器滤除空气中的尘粒、毛絮等粗大颗粒，用以保护压缩机中的润滑油，延长润滑油的使用寿命，减少空压机螺杆的磨损。其次，压缩空气导出前，先经过空压机中的油气分离器，将润滑油与空气分离，以防止压缩空气带有油气，影响涂装外观质量。为了更好地净化压缩空气，一系列的过滤器、冷冻设备、吸附干燥设备、活性炭过滤设备被安排在气体通路中。过滤器虽名称不同，其原理均是利用筛分原理：接近空气粒径的物质放行通过，大于空气粒径的杂质、油气被阻隔除去。滤芯过滤有初级过滤（用于除去压缩空气中的液态油、水和固体颗粒）、精细过滤（滤除1μm以上的颗粒）、超精细过滤（主要用于滤除气态的油气，过滤精度0.01μm）、活性炭过滤（利用吸附原理和筛分原理过滤气体分子）。使用中，前置的过滤器对后置的过滤器具有保护作用，可以延长后置的更精细过滤器的寿命，应按照一定的顺序安装，详见表1。

表1各种压缩空气净化过滤器性能及应用场合

空气的净化除过滤净化杂质、液态水、油及气体分子外，对气态水的处理采用冷冻干燥设备或吸附式干燥设备。因水汽的相对分子质量小，分子直径接近空气，靠过滤的方式不能除去；采用冷冻的方式，依靠水分子氢键的特性，使水汽凝结成液态除去；吸附式干燥机同样依靠氢键的强极性特点，使水分子吸附到多孔的高比表面的干燥剂（Al2O3）表面，在解吸过程中利用加热使之成为蒸汽除去（有热再生）或利用干燥空气除去（无热再生）。由于吸附式干燥的特点，吸附剂对极性的水分子吸附性强，对极性较低的油气分子很少吸附，所以，吸附式干燥机的除油效果较冷冻式低（后者的处理效果与沸点有关），基本上不能除去压缩空气中的油气。喷涂液态油漆，压缩空气中的油、水都有影响，需要高精度的除油除水装置；压缩空气中的水对粉末涂装的影响要小于油的影响，所以对粉末涂装而言应着重于油的去除，至少要使用精度为0.01μm的超精密过滤器，一般已经够用。必要时可加装活性炭过滤，过滤精度可以达到最小粒径4nm，几乎可以阻隔所有的油气分子。活性炭的孔隙大小从不到1nm直至10000nm以上，按其孔隙大小可分为大孔、过渡孔和微孔，其大小范围如下：大孔：半径为100~2000nm；过渡孔：半径为2~100nm；微孔：半径为2nm以下。活性炭中孔隙的大小对吸附质有选择吸附的作用，这是由于大分子不能进入孔隙比它小的活性炭孔径内。总之，作为涂装的动力及分散介质，压缩空气应当__作为一种涂装的原料进行质量管理，这是涂装技术及生产管理者应提高的认识。因为压缩空气无法看见的特点，对压缩空气的管理更多体现在空压机及空气净化系统的管理，出现质量问题也需要考虑压缩空气的因素。

    6过滤在环境保护和涂装劳动保护中的应用

    6.1砂滤

    为减少涂装前处理废水对环境的污染，需将废水中的固体悬浮物、溶解油脂、磷酸盐、酸、碱、重金属离子等除去后再排放。处理方法可在废水中加入无机絮凝剂、有机絮凝剂等，然后进行砂滤。无机絮凝剂主要是增加混凝固体的碰撞，使其水解产物附聚、架桥絮凝形成可沉降的或可过滤的絮凝物。常用的有铝盐、铁盐和氯化钙等，如硫酸铝钾（明矾）、氯化铝、硫酸铁、氯化铁；还有无机高分子絮凝剂，如聚合氯化铝、聚合硫酸铝、活性硅土等。它们的工业制品有多种规格，一般在水处理中投加铝盐絮凝剂10-3~10-5mol/L即可。有机絮凝剂是能产生絮凝作用的天然或人工合成的有机分子物质。天然产物为蛋白质或多糖类化合物，如淀粉、蛋白质、动物胶、藻朊酸钠、羧甲基纤维素钠等；合成产品有聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚乙烯吡啶盐、聚乙烯亚胺等。这类絮凝剂（混凝剂）都是水溶性线型高分子物质，在水中大部分可电离为高分子电解质，其链状分子可以产生黏结架桥作用。由于高分子混凝剂价格较高，常用于一些特殊用途，如高浓度、高浊度、高色度及特殊臭味的废水处理中。絮凝过程都是微小的胶体颗粒和悬浮物颗粒在胶体物质或者电解质的作用下，中和颗粒表面电荷，降低或消除颗粒之间的排斥力，使颗粒结合在一起，体积不断变大，当颗粒聚集使体积达到一定程度时（粒径大约为0.01cm），便从水中分离出来。颗粒还会团聚成大尺寸（数厘米）的絮状沉淀，易于进行后续的过滤，经填充有砂子的滤罐后达到分离效果。选用颗粒直径在2~5mm之间的砂子。定期对砂滤罐中的砂子过筛，除去沉淀，重新使用。砂滤的特点是结构简单、造价低廉、易于维护。

    6.2板框压滤机

    板框压滤机可连续过滤分离液体中的固体不溶物颗粒，不影响溶液的使用。用板框压滤机可以保持脱脂液和磷化液中颗粒的低浓度，延长溶液寿命，延长喷淋系统的清理周期。板框压滤机的特点是可以连续清理溶液，产出不含水的废渣，脱脂槽和磷化槽可以长期不倒槽，减少溶液的浪费。

    6.3劳动保护

    涂装生产中的劳动保护是防止职业危害的有效手段。在油漆涂装场合有刺激性的气体（溶剂）、粉末涂装中的粉尘、各种溶液处理的酸雾碱雾、反应产生的气体（如NOx）等。

    6.3.1防毒面具

    防毒面具是过滤挥发性溶剂的有效劳保用品。利用活性炭的过滤和吸附作用阻隔气体分子。但活性炭的孔隙易被油漆固溶物堵塞造成呼吸阻力升高而失效，延长其使用寿命的方法是在活性炭滤罐外侧加装一片滤纸，并需及时更换滤纸以保护活性炭。有些工厂为降低成本只使用滤纸，在喷漆场合是基本没有防护效果的。此外及时更换滤罐，以免饱和的滤料成为刺激性气体的“小仓库”。

6.3.2口罩

    口罩是最简单低值的用品，用于阻断粉尘、非刺激性气体、细菌病毒等，防护颗粒的粒径在10μm以上，对油漆涂装的溶剂、反应产生的气体几乎不起阻隔作用。口罩用于粉末涂装的防护基本满足需要，但具有呼吸阻力大、不能完全贴紧面部出现漏孔、夏季难于使用等缺点。

    6.3.3全防护的面罩

    使用涂装现场的压缩空气，经超精密滤油装置滤除油气，再经过活性炭过滤和吸附进一步除去油雾气味作为呼吸用气，甚至可以经过加湿组件使呼吸空气更加完美，通过面罩内的轻微正压供呼吸使用，排出的气体带走呼吸产物。该呼吸保护系统将彻底改善涂装操作工的呼吸环境，其呼吸空气甚至好于一般的城市环境，是杜绝涂装职业病最好的解决方案。

    7筛分用于涂料的回收

    7.1滤芯———粉末的回收利用

    粉末涂装是具有发展前途的涂装类型，其特点是100%固体、可连续自动生产、一次厚膜喷涂、低VOC排放等。回收效果好的设备，涂装过程几乎可以100%利用涂料。粉末涂料的回收利用使用滤芯完成，也有使用旋风装置的，其终极过滤使用滤芯或板式过滤器。以滤芯为主的回收装置，滤芯精度大约在10μm，而粉末涂料低于10μm的颗粒约占1.3%。终极过滤的精度约为3μm，经终极过滤后的粉末符合卫生要求，可以直接排放到涂装车间，以内循环的方式流动。粉末回收遵循“五位一体”的原则，即减小开口面积，增大滤芯（及终极过滤器）通风面积、增大风机风量、减少过喷粉量、加强喷涂车间空气流动管理等。详细内容请参考文献[2]。

    7.2超滤———电泳漆的回收利用

    电泳是涂装中具有发展前途的技术，因其具有低VOC排放、高固含量、自动化生产、处理工件不存在死角等特点，使之广泛应用于汽车涂装、各种精细工件或具有复杂形状的工件的底漆涂装。电泳漆的回收要使用超滤装置。超滤是一种膜分离技术。在外界推动力（压力）的作用下，超滤膜截留水中的胶体、颗粒和相对分子质量较高的物质，而水和小的溶质离子透过超滤膜而分离。当被处理水借助于外界压力的作用以一定的流速通过膜表面时，水分子和相对分子质量小于300~500的溶质透过膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于筛分作用被截留，从而使水得到净化。超滤装置过滤精度在0.005~0.01μm范围内，可有效去除水中的微粒、胶体、细菌垫层及高分子有机物质。在电泳涂装中，电泳后用纯水洗去表面的电泳漆，经超滤装置后，浓缩液回到电泳槽中继续使用，纯水用于清洗或排放，从而减少电泳漆流失造成的成本升高和环境污染。超滤装置是涂装中过滤精度较高的级别，属于分子级的过滤。

    8结语

    通过以上几个方面的论述可知，过滤与筛分是与涂装紧密联系的一项技术。将最新的过滤与筛分技术引进到涂装行业，必定为涂装质量、成本、环保和劳动保护产生积极影响，与过滤与筛分专业厂家的交流将开阔分析问题、解决问题的思路，为涂装创新带来灵感。过滤原理简单，效果直观，用好这一简单的技术对涂装生产具有积极地推动作用。