[发明专利]使含水分散体再生的方法和用于电渗析的池组

说明书

本发明涉及使用电渗析降低有机粘合剂或无机固体的含水分散体的离子强度或某些多价离子的方法，以及适于本发明方法的池组(cell pack)。本发明方法使得可通过调节离子强度或某些多价离子的浓度稳定分散组分的含水组合物，并且由此显著延长例如镀槽的使用寿命。具体地，这种方法用于从阴离子稳定的含水粘合剂分散体去除多价金属阳离子。一种具体的应用在于，从自泳槽去除锌、铁和铝的多价阳离子，所述自泳槽含有阴离子分散的有机粘合剂和任选存在的无机颜料，用于在金属部件上形成保护性涂层，在大量部件通过期间由于浸洗过程其阳离子富集在槽中，所述部件的表面至少部分由锌、铁和/或铝制成。

在多种用于部件和半成品的表面处理的工业过程中使用含有分散的活性组分的含水组合物，其中通常通过喷雾或浸渍使部件和半成品与含水分散体接触。在大多数情况下，出于表面精加工的目的与部件和半成品接触的含水分散体在分散体变得缺少活性组分以致于对于期望的成功处理必须添加附加的活性组分之前可应用多次。因此，用于表面处理的含水分散体在与部件接触之后收集或储存在浸渍槽中，并任选地进行处理和再生，以使其可再次应用于表面处理。这种类型的重复或连续应用产生粘附到部件的污染物，所述污染物被含水分散体吸收并随时间而富集。尤其严重的是含水分散体的盐化，即夹带盐，因为这导致分散的活性组分的稳定性显著降低。随着离子强度增加，分散体趋向于聚结，因为分散的活性组分的带相同电荷的电解双层之间的静电排斥力显著减弱，因此对热力学有利的聚结的抑制较不强烈。分散的活性组分的进行性聚结产生技术问题，一方面，由于沉降的活性组分不再可用于表面精加工，另一方面，由于表面精加工的结果通常在一定程度上取决于分散的活性组分的尺寸分布。

例如，防腐蚀磷酸盐化之前的车体活化可用微溶性磷酸盐或钛盐的含水胶质组合物实现，其在金属表面上形成晶核以用于后续的磷酸盐化。这种类型的活化槽描述于EP 0977908或WO 94/029495中。活性组分仅在其不超过特定的粒子尺寸的情况下拥有形成晶核的能力。在汽车制造中，在磷酸盐化流水线中，通常通过喷雾或浸渍使车体与活化溶液接触，期间，污染物特别是盐由车体引入活化溶液中。将某些不想要的多价离子从例如待处理的金属主体夹带到这些用于磷酸盐化的活化槽中可由于伴随的聚结加速而导致活化溶液更快速地消耗，因此，这个溶液不得不过早地丢弃或通过添加浓缩液而再生。因此，这种类型的特殊盐化或夹带不想要的离子仅在特定的浓度范围内才容许。

有机粘合剂分散体的稳定性在一定程度上也受多价离子的引入影响。例如，在汽车工业中，在喷漆房的湿式洗涤中，通常使用铝盐作为用于分离涂层组分的辅助物质。然而，在许多应用中，着重于保持含水粘合剂分散体的稳定性。例如，在防腐蚀磷酸盐化之后，通常给车体提供浸渍涂料。浸渍涂料是一种或多种有机粘合剂的水基分散体，其以无电方式或在施加外部电压下在浸没于浸渍涂料中后沉积在车体上。浸渍涂料中粘合剂的沉积机制基于以下事实：车体表面的紧邻区域中分散的粘合剂的表面电荷被去除，由此发生粘合剂粒子的聚结和沉积。因此，如果特定离子物质的浓度过大，浸渍涂层往往由于其施加而聚结。相反，这意味着，某些离子的夹带或富集可显著地降低浸渍涂料的稳定性。通常，阳极或自泳浸渍涂料基本上由阴离子稳定的粘合剂组分组成，所述粘合剂组分在多价阳离子存在下可快速聚结。

因此，需要调节无机固体和/或有机粘合剂的含水分散体的离子强度或其中某些多价离子的浓度，以在长时间内保持分散体的稳定性。为此，需要建立使含水分散体中的多价阳离子选择性缺少而不会显著降低分散的活性组分的比例的方法。

先前技术中存在多种已经建立的用于这个目的的分离方法，其中通过膜发生选择性质量转移。当然，本领域的技术人员众所周知，可利用排阻限恰好低于分散的活性组分的平均粒子尺寸的过滤从水相分离活性组分。然而，所谓的“滤饼形成”过滤方法并不适于获得含有多余或不想要的多价离子的滤液，因为由保留的活性组分组成的滤饼仅可在付出极大努力下再分散。作为错流过滤操作的膜过滤方法原则上适于获得滤液，其中，不想要的离子还可使用离子交换膜从渗余物选择性地去除。然而，含水分散体在所谓的错流过滤中经受高剪切应力，从而导致分散的成分在过滤器单元和泵中聚结。这种现象通常在有机粘合剂的分散体中发生，因此，例如浸渍涂料的错流过滤不能用于降低离子强度。以下事实为过滤方法所共有：在将滤液能够进料回分散体之前多余或不想要的多价离子必须通过例如沉淀首先从滤液去除，从而导致分散体的离子强度或某些多价离子的浓度总体降低。因此，从过程工程的角度来看，使用过滤方法降低离子强度极其复杂，甚至在分散体对于剪切应力存在足够高的稳定性的情况下。