Penerapan Sistem Ultrafiltrasi (UF) dalam Pelapisan Elektroforetik

Pelapisan elektroforetik melibatkan perendaman benda kerja dan elektroda yang sesuai dalam cat yang larut dalam air dan menerapkan arus listrik. Melalui aksi fisikokimia yang dihasilkan oleh medan listrik, resin, pigmen, dan pengisi dalam cat mengendap secara seragam dan mengendap pada permukaan benda kerja (bertindak sebagai elektroda) untuk membentuk film yang tidak larut dalam air. Sistem ultrafiltrasi (UF) dan membran UF memainkan peran penting dalam proses ini. Penerapan dan promosi teknologi ED-RO yang tepat dapat secara signifikan meningkatkan pemanfaatan cat elektroforetik dan sumber daya air sekaligus secara drastis mengurangi pembuangan air limbah elektroforetik. Penggunaan dan pemeliharaan peralatan UF yang benar memaksimalkan efisiensi sistem. Pembilasan UF pasca-elektroforetik menghilangkan cat mengambang yang menempel pada permukaan film, meningkatkan kualitas penampilan dan memungkinkan pemulihan cat.

1. Ikhtisar Sistem Ultrafiltrasi

Ultrafiltrasi (UF) adalah teknologi pemisahan membran yang didorong oleh perbedaan tekanan di seluruh membran UF, beroperasi berdasarkan prinsip penyaringan mekanis. Tekanan operasi biasanya berkisar antara 0,1 hingga 0,6 MPa, dengan ukuran pori 1 nm hingga 0,1 μm dan batas berat molekul 500 hingga 1.000.000 Da.

Dalam proses UF untuk cat elektroforetik, ketika cat bersentuhan dengan membran UF, air dan garam anorganik melewatinya, sementara resin dan molekul berukuran pigmen tertahan dalam cairan cat dan dikembalikan ke bak elektroforetik.

2. Penerapan Membran UF dalam Pelapisan Elektroforetik

Membran UF adalah peralatan utama dalam lini pelapisan elektroforetik. Fungsi utamanya adalah:

• Ekstrak air deionisasi dan pelarut cat dari bak melalui UF untuk menyediakan air bilas untuk benda kerja elektroforetik.

• Cuci kelebihan cat yang menempel pada permukaan benda kerja dan kembalikan ke bak.

Manfaat:

• Mendaur ulang cat yang dibawa keluar pada permukaan benda kerja, mencapai sirkulasi loop tertutup dan menghemat ~30% biaya pengadaan cat.

• Membuang sebagian permeat UF untuk menghilangkan ion pengotor yang masuk selama pelapisan, menjaga konduktivitas bak dan pH dalam batas yang ditentukan.

• Menggunakan kembali permeat UF sebagai air bilas, bukan air deionisasi, hampir menghilangkan pembuangan cat dan secara signifikan mengurangi beban pengolahan air limbah dan pencemaran lingkungan.

3. Prinsip Operasi dan Kondisi Sistem UF

3.1 Prinsip UF

UF menghilangkan ion pengotor dari bak elektroforetik dan secara efektif mengelola kontaminan kationik dan anionik yang masuk dalam loop tertutup, memastikan stabilitas cat dan integritas film.

UF adalah teknologi pemisahan permeasi membran yang memurnikan, memisahkan, atau memekatkan larutan. Ia berfungsi sebagai proses penyaringan berdasarkan ukuran pori membran. Didorong oleh tekanan di seluruh membran, hanya air, garam anorganik, dan molekul kecil yang melewatinya, sementara padatan tersuspensi, koloid, protein, dan mikroorganisme tertahan. UF beroperasi terus menerus di bawah tekanan rendah.

Di bawah perbedaan tekanan, cairan bak melewati unit UF. Permeat mengalir ke tangki UF, dengan ~30% sirkulasi berasal dari tangki tambahan sebelum kembali ke bak utama. Umpan cat minimum ke sistem UF harus 10× laju permeat desain, dengan 20× menjadi optimal.

3.2 Langkah Startup dan Operasi Normal

1. Konfirmasi tidak ada tekanan di saluran keluar; tutup pasokan cat, saluran masuk/keluar bilas, dan katup permeat-ke-penyimpanan.

2. Buka sirkulasi cat, pembuangan permeat, dan semua katup isolasi pengukur tekanan.

3. Buka katup masuk/keluar pendingin segel poros pompa UF (0,2 MPa).

4. Mulai pompa pasokan cat.

5. Buka sedikit saluran masuk cat untuk mengisi sistem secara perlahan.

6. Secara bertahap buka katup masuk hingga tekanan dasar mencapai 0,15 MPa, lalu nyalakan pompa.

7. Sesuaikan katup masuk dan keluar hingga perbedaan tekanan mencapai 0,2 MPa (masuk: 0,35 MPa, keluar: 0,15 MPa).

8. Periksa kebocoran membran; ganti O-ring atau modul membran jika perlu.

9. Waktu pembuangan permeat harus minimal 10 menit.

10. Buka katup permeat-ke-penyimpanan dan tutup katup pembuangan.

3.3 Tindakan Pencegahan Selama Operasi UF

1. Tangani modul membran, rumah, dan aksesori dengan lembut untuk menghindari kerusakan akibat benturan.

2. Pemadaman tak terduga (kegagalan daya, dll.) tidak boleh melebihi 2 jam. Bersihkan membran segera jika diperpanjang untuk mencegah pengendapan cat dan penyumbatan.

3. Catat semua parameter pembersihan dan sistem elektroforesis untuk pemecahan masalah.

4. Perbedaan tekanan masuk-keluar harus <0,08 MPa. Ganti kantong filter 25 μm jika terlampaui.

5. Jangan pernah menjalankan sistem UF dengan katup permeat tertutup.

6. Jangan nyalakan pompa dengan katup pembuangan terbuka untuk menghindari kerusakan membran.

7. Hindari aliran permeat yang berlebihan; sesuaikan katup dalam laju yang ditentukan.

8. Minimalkan carryover bahan kimia dari pra-perlakuan. Bilas akhir sebelum elektroforesis harus memiliki konduktivitas tetesan <10 μS/cm.

Pembilasan UF pasca-elektroforetik menghilangkan cat mengambang, meningkatkan penampilan, dan memulihkan cat. Peralatan serupa dengan sistem bilas air pasca-fosfatasi. Bilas air murni akhir menghilangkan ion pengotor untuk mencegah cacat kontaminasi. Untuk menghindari tanda aliran sekunder di celah karena pembilasan yang tidak memadai, pembilasan perendaman penuh diperlukan.

Pembilasan UF biasanya menggunakan 2–3 tahap untuk mengurangi carryout cat. Misalnya:

• Luas permukaan kendaraan: 80–100 m²

• Carryout cat per kendaraan: 7–10 L (20% padatan)

• Bilas ke-1: 4–5% padatan → Bilas ke-2: <1%

• Permeat UF segar: <0,5% padatan

Dengan ED-RO (UF + reverse osmosis), permeat yang dimurnikan menggantikan air deionisasi untuk bilas akhir, mencapai bilas pasca-loop tertutup yang sebenarnya, secara drastis mengurangi air limbah dan secara signifikan meningkatkan pemanfaatan cat.

Permeat UF mengandung air dan kosolven cat. Digunakan dalam pembilasan, sistem loop tertutup ini mengkompensasi hilangnya cat dan menurunkan konduktivitas bak.

4. Proses dan Langkah Pembersihan Peralatan UF

Larutan pembersih: Pembersih pekat : air murni = 1:99, suhu 38–43°C, pH 2,0–2,2. Karena viskositas tinggi, sirkulasikan air murni dalam tangki pembersih menggunakan pompa hingga >32°C, tambahkan pembersih, sirkulasikan hingga 35°C, lalu sesuaikan pH menjadi 2,0 dengan HCl. Buka katup pembersih untuk pembersihan inti membran, mempertahankan pH ≥2,2.

Kepatuhan ketat terhadap proses sangat penting. Setelah penggunaan yang lama, kegagalan membran UF dapat terjadi: penyumbatan kantong filter, aliran/perbedaan tekanan yang tidak mencukupi. Lacak pembersihan per SOP untuk mengidentifikasi dan menyelesaikan masalah, mengoptimalkan proses dan meningkatkan kualitas.

4.1 Tindakan Pencegahan

1. Bersihkan saat aliran permeat turun menjadi 70% dari normal; penundaan menyebabkan penyumbatan yang tidak dapat diperbaiki.

2. Filter pra-presisi (25 μm) mencegah penyumbatan membran. Ganti kantong per SOP dan bersihkan filter/perpipaan secara teratur.

3. Bersihkan segera setelah pemadaman tak terduga untuk mencegah penyumbatan membran.

4. Operasikan secara ketat per SOP; catat semua parameter UF.

4.2 Langkah Pembersihan

1. Tutup katup masuk/keluar cat dari modul UF target.

2. Kuras cat sepenuhnya dari modul.

3. Buka katup masuk/keluar pompa pembersih.

4. Buka katup masuk/keluar pembersih utama ke tabung membran.

5. Buka katup masuk/keluar pembersih modul target.

6. Mulai pompa pembersih.

7. Bilas dengan air deionisasi yang mengalir hingga efluen jernih.