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電泳陽極系統作用及構成設計

時間：2021-11-26

1、電泳涂裝原理

在電泳涂裝過程中，必須保證電泳槽液pH值和電導率參數穩定，以保證獲得穩定優質的電泳涂膜。而在電泳過程中，當施加外部直流電場會在陰極和陽極區域發生水的電解反應分別產生OH^-和氫氣、H⁺和氧氣。

而電泳漆是水不溶的電泳漆樹脂通過添加酸或堿，使之變成水溶性的帶正電荷或負電荷離子。該水溶性的帶電荷離子會與工件附近電解產生的OH^-或H⁺發生反應，在工件表面均勻析出和沉積形成不溶于水的電解漆膜。

陰極區的水電解反應式:2H₂O+ 4e^-→2OH^-+H₂↑

陽極區的水電解反應式:2H₂O- 4e^-→4H⁺+ O₂↑

例如在陰極電泳涂裝中（工件接負極作為陰極，陽極接正極），陰極電泳漆（R-N）通過醋酸CH₃COOH（或者乳酸等其他有機酸）中和形成水溶性的R-NH⁺和CH₃COO^-。接通直流電源施加外加電場后，工件附近因為水的電解產生OH^-形成高堿性界面，各帶電荷離子定向移動，水溶性的R-NH⁺移動到陰極區域與OH^-反應生成不溶性電泳涂膜，并沉積在車身表面。其在陰極區的反應式：RNH⁺+ OH^-→RN（不溶性沉積漆膜）+H₂O。

同時，電泳槽液中不斷產生CH₃COO^-，當它聚積過多時將直接導致pH降低和電導率增高。為了除去電解過程不斷產生的CH₃COO^-，以及陽極區域產生的H⁺就需要增加陽極系統，將電泳槽液中的CH₃COO^-轉移到陽極液中，與陽極區域的H⁺反應生成CH₃COOH通過陽極液循環排放，得以保持電泳槽液的pH和電導率穩定，從而獲得穩定優質的電泳漆膜。其在陽極區的反應式：CH₃COO^-+ H⁺→CH₃COOH。

圖1. 陰極電泳涂裝原理[1]

2、陽極系統作用及構成、原理及設計

陽極系統在電泳涂裝中主要是提供穩定的電場，并排除電泳過程中持續產生的CH₃COO^- 和H⁺維持電泳槽液pH和電導率的穩定。其主要構成包括：陽極液箱、極液循環泵、極液流量計、閥門和陽極（陽極內裝有陽極管和陰離子交換膜）等構成，其最核心的單元就是陽極（見圖2）。陽極的核心組件是陽極管和離子交換膜。

在陰極電泳涂裝中，陽極使用的是陰離子交換膜，這種膜具有選擇透過性，允許電泳槽液中過量的CH₃COO^-及其他負離子透過，而有用的涂料陽離子RNH⁺及某些助劑卻不能透過膜。離子交換膜一般是立體網狀結構的季銨型高分子化合物[結構式R-N⁺(CH₃)₃OH^-]，具有離子交換基團，其離子交換膜的孔隙和離子交換基團的作用確保其具有選擇透過性。在陰極電泳過程中，陰離子交換膜上的堿性基團發生解離，解離出OH^-，膜上留有帶正電荷的基團R-N⁺(CH₃)₃,形成強烈的電場，在施加直流電流作用下，由于異型電荷相吸，陰極區域CH₃COO^-被吸引傳遞通過微孔進入膜的另一側至陽極液中，而樹脂陽離子R-NH⁺被排斥，同時陽極區陽極液中產生的H⁺受到排斥作用，只能停留在陽極區。