国内涂装行业用超滤技术之过去与未来10年

张智

（长春安特涂装技术工程有限公司    130062）

       摘要：叙述了过去20年国内涂装行业使用超滤（UF）设备的情况，从最初国内只能生产阳极电泳外压管式超滤设备，到消化、吸收国外技术开发生产的阴极电泳管式（内压单管或多管）超滤设备，以至后来采用进口卷式超滤膜组装的国产超滤设备已完全替代进口产品的变化过程。说明了在未来10年电泳超滤设备将以卷式超滤膜为主，而且向高效、低能耗方向发展。此外，列举了超滤技术未来在涂装行为中其他方面的应用。

关键词：超滤技术；卷式膜；型式；应用

       1． 前言

       电泳涂装技术自20世纪60年代工业化应用以来，以其高效、优质等诸多优势在汽车、家电等金属涂装行业得到突飞猛进的发展，成为当今世界金属涂装应用最广泛的一项技术。伴随着电泳涂装技术工业化的应用，超滤（Ultrafiltration，简称UF）技术作为电泳涂装中必不可少的配套技术，也同时取得了日新月异的发展。

       2． 过去20年涂装用超滤技术状况

       20世纪80年代初期，国内采用电泳涂装的行业主要以阳极电泳涂装为主，当时国内生产阳极电泳涂装用超滤设备厂家主要有沙市水处理设备厂和昆山超滤设备厂两家，而超滤设备采用形式都是外压膜管式结构，膜材质基本上是单一的醋酸纤维素。无论从形式上还是从材质上都与当时国际先进水平差距很大。

       1986年，一汽、二汽、济汽联合从英国引进汽车阴极电泳涂装技术、投入工业化应用，所用阴极电泳涂装超滤设备是美国ABCOR公司生产的管式超滤器。当时国内尚无阴极电泳涂装专用的超滤设备，一度国内采用阴极电泳涂装技术的企业，全部从国外引进超滤设备。针对这种状况，当时一汽工艺研究所组织有关技术人员及生产厂家联合攻关，终于在1990年于无锡开发出专用于阴极电泳涂装的内外压套管式超滤器，并于当年在一汽车箱厂投入使用。虽然从膜材质、制膜工艺和设备形式上与国外产品尚存一定差距，但由于当时价格比进口便宜60%~70%，一度成为替代进口的同类产品，在国内市场占有一定份额。

       随着中国改革开放的推进，国外先进的电泳超滤设备不断涌入，继一汽、二汽和济汽联合引进美国Abcor管式超滤器后，北京、天津、吉林的汽车厂家又先后引进了板式、中空纤维管式、卷式阴极电泳超滤设备。由于不同形式的超滤器性能上各有优劣（见表1），对使用条件和管理水平又有不同要求，通过使用经验的积累，20世纪90年代中期，国内市场上采用较多的是管式超滤器。当时国内无锡、沙市、天津等厂家吸收、消化国外相关技术，自行开发的管式（内压）超滤器也陆续在国内电泳涂装线上得到应用，致使管式超滤器在当时国内电泳涂装中占据主导地位。随着涂装管理水平的提高和电泳涂料制造水平及产品质量的提高，至20世纪90年代末，卷式超滤器以其低能耗、高效能以及良好的性价比逐渐得到越来越多的用户认可，逐步取代管式超滤器，在国内市场上占有额超过了管式超滤器。特别是进入21世纪，新上电泳涂装线，卷式超滤膜完全占据主导位置而成为首选。从国际上看，超滤技术应用更加具体化，不同行业上超滤器形式各有所侧重。据2001年美国GE集团OSMONICS公司年度报告，卷式超滤膜到2000年底已占据了超滤膜市场上主导地位。不同形式超滤膜性能对比见图1。

表1  不同形式超滤膜性能对比

       目前，国内采用的卷式膜几乎全部为进口产品。吉林辽源某厂引进德国技术和设备于1992年开始生产卷式超滤膜，便仅限于4英寸一种规格，且透过液量和使用寿命与国外国类产品有一定差距，在国内电泳涂装行业中仅占少部分市场。

       从超滤膜材质上看，20世纪80年代，国内电泳涂装超滤膜技术材料主要是酸醋纤维素（CA），聚砜（PS）。进入90年代，又出现了聚砜酰胺（PSA），聚偏氟乙烯（PVDF），聚丙烯腈（PAN）等合成高分子超滤膜。超滤膜也从单一膜向复合膜发展，针对电泳涂装中的不同应用，超滤膜又由中性膜发展到荷电膜（区分阴、阳极电泳，膜面分别带有正、负电荷）。但近几年来，国际上趋向采用中性膜，阴阳极电泳涂装通用。目前国内电泳涂装超滤膜性能与进口超滤膜相比还有明显差距，所以关键设备都选用进口超滤器。

       综上所述，过去20年来，我国电泳涂装行业应用超滤技术取得了巨大进步，经过科研、生产及使用单位技术人员的共同努力，从最初只能生产外压膜管式超滤器，到管式、卷式、中空纤维管式和板式超滤器均能自主生产，并出现多家专来生产电泳涂装超滤设备的厂商。近年来，采用进口卷式超滤膜组装的国产超滤器已完全达到国外同类产品水平，其市场拥有量在国内电泳涂装线上已逐步占据主导地位。

       3．未来10年的发展展望

       3．1向高效、低能耗发展

       目前国内外电泳涂装超滤设备以卷式膜为主导地位，普遍采用直供式供料，可靠的预过滤装置，具有独立清洗功能（CIP）设施。超滤膜材质以高效、抗污染的复合膜为主。为了进一步降低能耗，超滤膜的使用压力向低压化发展，如美国OSMONICS公司的ED系列超滤膜，使用压力由通用的0.3~0.4MPa可降到0.2~0.3MPa。

       3．2多用途化发展

       a．超滤设备和专用反渗透设备组合（即EDRO）应用于电泳涂装后冲洗，组成彻底的完全闭路清洗（见图1），越来越被广大用户所接受，特别是环保要求日益严格的今天，其应用价值越来越大。

图1   电泳UF+RO封闭清洗流程

       b．水性涂料施工使用UF回收实用化。

图2  水性漆回收流程

       随着环保要求涂装行业对VOC排放的更加严格，这样，低VOC排放的水性涂料应用越来越广。水性涂料喷涂施工中，采有UF设备回收喷漆室循环水中喷溅的涂料，回收涂料的浓度可以达到这样一个水平，即回收涂料与原涂料完全对应，无需进一步处理即可再使用（见图2），是非常经济的，因为涂料没有损失，又无需絮凝剂，废水排放的费用显著降低。国外专用于水性涂料的UF膜已实用化，长春安特涂装技术工程有限公司采用进口膜开发的水性涂料UF回收设备已取得了试验成功。

       c．超滤设备在含油废水处理中的应用。

       过去的超滤膜只能在低温度下（35℃以下）对含油污水进行处理分离。随着耐高温（80℃）超滤膜问世投入使用（2001年美国OSMONICS公司  M系列油水分离用UF膜实用化），生产线上脱脂含油废水分离处理采用UF膜法已成为可能。国外超滤膜法处理含油污水配以辅助设备，可使废水中的油含量浓缩到40%。长春安特涂装技术工程有限公司开发的脱脂废水超滤设备正在一汽涂装线上试用。

       d．涂装行业污水处理采用UF膜法。

       国外采用真空负压中空纤维管式超滤设备处理污水，即从污水集中池中把净水回收通过UF设备分离出来。而这种负压中空纤维管式UF设备可移出进行机械刷洗和化学清洗重复投入使用。相信随着环保要求的日益严格，国内在不久的将来，采用此法处理涂装排放污水将成为可行。