摘要

：静电喷涂是一种新型喷涂技术，由于其具有原料节约、涂覆效率高、涂膜性能强、工业化连续操作可行等优点，受到各领域的广泛关注。目前该技术发展十分迅速，国内外涂料工业、农业、食品等行业均已有大量研究与应用。主要阐述静电喷涂技术基本原理，分类及特点、影响因素以及静电喷涂在食品工业上的应用进展。

关键词：

静电喷涂技术；影响因素；食品工业；应用

0 引言

静电喷涂是近年来快速发展的新型喷涂技术，是一种利用高压静电场使物料微粒沿着电场线定向运动至被涂物表面，沉积成均匀牢固薄膜的喷涂方法[1]，一般而言，以被涂物作为阳极，接地；粉末物料或经雾化的液态物料作阴极，接电源负高压。相较于常规的涂膜方法如浸涂、刷涂与加压喷涂，静电喷涂能够通过对物料加载电荷，使其与靶标间存在静电吸引，从而减少物料损失、提高效率[2]，该技术也能使物料更细微均匀，改善涂层性能[3]，所以，静电喷涂在涂料工业、农业等领域都有广泛应用。1962年，法国Sames公司发明粉末静电喷涂设备用于喷粉涂装，到20世纪末，英国Nevos公司研究开发了可控的静电涂敷系统用于粉状颗粒状调味品、增强剂等的涂敷。自此，静电喷涂设备逐渐应用于食品添加剂、保鲜剂等物料喷涂应用上[4]，以改善涂料在产品表面的分布。然而，静电喷涂在食品工业领域的理论研究尚处于起步阶段，特别是关于物料性能对涂覆效率与涂膜性能影响以及该技术在不同食材上的实际应用效果方面鲜有系统和深入的研究报道。本文主要综述了静电喷涂技术基本理论、喷涂效果影响因素的研究状况及该技术在食品工业中的应用进展。

1 静电喷涂基本理论

静电喷涂按物料性质不同可分固体粉末静电喷涂及液体静电喷涂[1]。固体粉末静电喷涂应用相当广泛，一般在200益不发生变形的粉末微粒均可采用该方法。粉末静电喷涂充电过程一般通过两种机制来实现：电晕充电和摩擦充电。在电晕充电过程中，粉末颗粒通过离子区，得到带电离子。随后，带电颗粒被运向靶向目标，依靠电荷差异而沉积。而摩擦充电是粉末通过特定材料(如聚四氟乙烯、金属或其它粉末颗粒)的管道输送，与管壁摩擦而充电[5]。而液体静电喷涂原理与粉末静电喷涂不同，在静电场作用下，液体物料经雾化后带电。这一过程中，液体表面张力与粘滞阻力是雾化过程的主要阻力[1]。液体静电喷涂可依据喷射模式及液滴分裂方式分为两种基本类型[1]：滴液模式(即在离喷嘴出口一定距离时细碎液滴会收缩成球形液滴)与喷射模式(即液体被拉成细长喷射流，以平稳或其它常规模式向外运动)。液体静电喷涂中最重要的一种是锥体喷射模式。此模式下，液体喷嘴顶点曲面表现为常规轴对称椎体，沿毛细管轴伸展[2]，如图1。

该模式由于其形成的液体曲面与电场线分布均匀，雾化颗粒尺寸大小一致，故常被用作理论研究的基础[1]。经过理论分析和实验结果证实，Delamora和Loscertales[4]提出一种椎体喷射模式中的液滴直径公式：

式中：α为取决于喷涂条件与液体介电常数的一个常数；y1为液体电导率；E0为指自由空间介电常数；Er为液体介电常数；Q为液体流速。

Ganan-Calvo等[6]得到另外一个静电喷涂椎体喷射模式的液滴直径公式：

式中：α 被假定为常数2.9；p1为液体密度；δ1为液体表面张力。由该式可看出：液滴直径随液体流速下降或液体电导率及表面张力增加而降低。以上两个等式均未考虑液体黏度，但实际上从曲面带出高黏度液体需要更多能量，其液滴的产生频率较低。

 Barrero等[7]经过研究得到椎体喷射模式中液体稳定的最低流速公式：

在最低流速下，当液体电导率在10-3 S/m时，液滴直径达到1µm。关于喷射电流大小，Delamora和Loscertales[4]提出以下电流公式：

Ganan-Calvo等[6]在理论上确定了低电导率液体在椎体喷射模式下的电流公式：对于导电液体的电流公式则为：

对于导电液体的电流公式则为：

式(1)到式(5)已为众多椎体喷射试验所证实[1]。

2 静电喷涂的影响因素 

静电喷涂技术作为一种新型技术，开始被广泛应用到各个领域中。经过试验与实践研究发现，静电喷涂效果不仅受控制参数影响，还与物料性能紧密相关。

2.1 静电喷涂效果受控制参数影响

2.1.1 施加电压 

施加电压对静电喷雾过程中物料的荷质比有极大影响。对于液体静电喷涂，随施加电压上升，液滴荷质比一般呈先增后降的趋势。荷质比增大时，液滴间排斥力上升，生成的涂层覆盖更广[8]。施加电压对滴液模式、液滴数量与尺寸也会产生重大影响。研究表明施加15kV电压即可使液体巧克力形成锥体射流；而低于15kV时，即使持续增加电压，样品还是以滴液模式为主，这主要归因于外加电场不足以平衡液体表面张力[9]。Aykas和Barringer[10]发现，施加电....