El sistema de fosfatación orgánica en una sola etapa está reduciendo el costo y el impacto al medio ambiente al pretratar sustratos metálicos.
por Mary Carpenter
La preparación de superficies metálicas es desde todo punto de vista una operación sucia. Se han hecho mejoras en la fase de pintura, incluyendo notables cambios de pinturas convencionales a pinturas de altos sólidos y a recubrimientos en polvo. Sin embargo, el pretratamiento de superficies metálicas no ha cambiado significativamente durante muchos años.
Con el inicio del año 2000, fue introducida una clase diferente de pretratamiento en Norte América. La tecnología fur desarrollada en Italia en los años 70 por el inventor Dr. Gianluigi Guidetti, propietario de Paikor SRL (ahora Chemtec srl) en Milán, Italia, quien diseñó el sistema de fosfatación expresamente para que fuera “verde” (amigable al medio ambiente). Entendiendo los problemas que afectan los sistemas convencionales de acabado de metales, el Ing. Guidetti decidió analizar el problema de pretratamiento a fondo, desde un nuevo punto de vista más amigable al medio ambiente, y también desde una perspectiva de ahorro en costos. El resultado: un sistema de fosfatación orgánica de un sólo paso* que está cambiando la forma en que muchas empresas que preparan y pintan productos metálicos cambiando el enfocan en el proceso de pretratamiento.
Tecnología básica
El sistema es en una sola etapa y sin enjuague, y se puede hacer por inmersión o por aspersión. Opera a temperatura ambiente (desde 16 a más de 38°C [60 a >100°F] en la Planta). Se aplica a la pieza durante 60 a 90 segundos el líquido, después se escurre y/o sopla, se seca y queda lista para ser pintada. También se puede almacenar la pieza durante semanas antes de darle el acabado porque no se oxidará.
Un malentendido común, basado en la tecnología convencional, es que un proceso de una etapa no puede producir buenos resultados. En el sistema convencional, cada etapa realiza una función diferente y no puede ser combinada con otra etapa. Por lo tanto un sistema de una etapa base agua podría llevar a cabo solamente un paso, tal como el de la limpieza, pero no otros como el enjuague, el fosfatado, o la aplicación de un sello. Sin embargo, el sistema de fosfatación de una etapa no es base agua, y todos los pasos pueden ser combinados debido a su química diferente.
En solo un minuto de tiempo de tratamiento, se desarrollan varias funciones diferentes: Los aceites y la suciedad (polvos y partículas metálicas) son lavados de las piezas por los solventes, los cuales simultáneamente solubilizan los aceites. Luego el ácido fosfórico en el baño reacciona con la superficie metálica, creando una capa de fosfato inorgánico en el sustrato de metal. En el acero, esa capa de fosfato es fosfato de hierro, mientras que en el metal galvanizado es fosfato de zinc. En el aluminio no se crea una capa de fosfato; sin embargo, se desarrolla una superficie que promociona la adhesión y resistencia a la corrosión que procede de la limpieza, el grabado y el sellado.
Después del lavado y de la creación de la capa de fosfato, la pieza queda lista para removerla del baño. El exceso de solución se escurre de la pieza (también puede ser soplado el exceso) y es reciclado al tanque para volver a ser usado. Las partículas que son retiradas de las piezas al comienzo del tratamiento de un minuto, son separadas del baño por un sistema de filtrado tipo bolsa.
La siguiente etapa del proceso ocurre durante el secado. Como se estableció previamente, los aceites son removidos de las piezas y solubilizados en los solventes durante el tratamiento. Una resina especial en el baño es capaz de absorber hasta cuatro veces su propio peso en aceites. Esta propiedad se traduce en una capacidad de absorción de hasta un promedio de cuatro veces la cantidad de aceites hallado en el acero cold rolled. Los aceites removidos de las piezas por los solventes en el baño son transferidos a la resina y esa resina, a su vez, sale del baño en las piezas tratadas.
Cuando las piezas están secas, la resina permanece en la superficie y efectúa dos funciones importantes: Primero, forma un sello continuo en las piezas para evitar la oxidación durante semanas y hasta meses antes de pintar. Segundo, captura químicamente los aceites (que no pueden migrar hacia la superficie e interferir con la adhesión) y los utiliza como plastificante. Los aceites capturados le dan flexibilidad a la resina e incrementan la resistencia al agrietamiento y al astillamiento y por lo tanto mejorando la adhesión a la pintura.
Perfil del medio ambiente
El proceso de fosfatación orgánica de un paso es básicamente un sistema autónomo que usa sus propios materiales en proporción. Debido a sus características, el baño no necesita ser vaciado nunca, ni recargado, sino simplemente se repone el nivel cuando se necesite. Las partículas que están en las piezas cuando llegan, son filtradas; los aceites son removidos continuamente ya que son atrapados por la resina y sacados del baño en las piezas; y la resina, el fluido y el ácido fosfórico son usados en proporción. El proceso es tan estable que el análisis de laboratorio del baño solo necesita ser llevado a cabo cada dos meses en lugar de cada hora o diario, como es requerido con los sistemas de pretratamiento convencionales.
No se utiliza agua en el proceso, y no se requiere de un enjuague posterior. Esto quiere decir que no entran contaminantes en el caudal de agua y no se requieren instalaciones de tratamiento ni permisos. El proceso evita completamente el tema de fosfatos como efluentes así como también otras basuras de la Planta que pudieran encontrarse en el agua de desecho.
En contraste con un sistema convencional, el proceso de fosfatación orgánica de una sola etapa no crea lodos ni otros sólidos contaminantes. Los únicos sólidos que se desechan son las partículas que vienen en las piezas en primer lugar.
En un sistema convencional base agua, los aceites del proceso removidos de las piezas, son un contaminante significativo. En el sistema de pretratamiento por fosfatación orgánica, los aceites no son desnatados ni eliminados, sino que son, por el contrario, capturados y usados como plastificante en la resina de sellado.
Debido a que el proceso opera a temperatura ambiente, el baño de pretratamiento no necesita ni gas natural, ni de ninguna otra energía térmica. Este factor representa cada vez más, un ahorro en costos significativo, y además un beneficio al medio ambiente.
También el proceso requiere un mínimo de energía eléctrica porque es una tecnología de una etapa, de baja presión, y de poco escape, que utiliza pocas bombas de pequeño caudal y pocos ventiladores, comparado con los métodos de pretratamiento convencionales. En un sistema de aspersión, la presión de la aspersión es de solamente 3 a 5 psi (en realidad es un baño por aspersión). El escape es mínimo y solo lo suficiente para crear una pequeña presión de aire negativa desde la Planta hasta dentro del túnel.
Si bien el sistema de fosfatación orgánica de una etapa utiliza solventes en lugar de agua para realizar la función de limpieza, los solventes cumplen varios objetivos tanto en el proceso como con el medio ambiente. Sus características químicas los hacen altamente eficiente al absorber el rango normal de aceites usados por la industria. Además, los solventes son de baja emisión porque tienen altos puntos de inflamabilidad (con rangos desde 65 a >100°C [149 a >212°F]) y altos puntos de ebullición (desde 170 a 229°C [338 a 444°F]), así como también bajas presiones de vapor (desde 0.85 a 0.02 mm de mercurio). Para poner en contexto el problema de la presión de vapor, las regulaciones en San Diego, CA permiten únicamente el uso de solventes con una presión de menos de 20 mm de mercurio (asumiendo que los solventes cumplan con otros requerimientos, lo cual cumplen los químicos de fosfatación orgánica de una etapa). Los reglamentos en otras jurisdicciones permiten el uso del proceso basado en los altos puntos de ebullición de los solventes.
También, los solventes son amigables al medio ambiente porque no contienen contaminantes de aire peligrosos, ni cancerígenos o mutágenos, ni compuestos halogenados ni clorofluorocarbones, ni sustancias que agoten la capa de ozono.
Las únicas sustancias en los solventes que van a la atmósfera son los compuestos orgánicos volátiles COV (o VOC por sus siglas en inglés), y aún aquellos, son emitidos a bajo nivel debido a su baja presión de vapor y sus altos puntos de inflamabilidad. Tomando un volumen de producción de rango-medio como ejemplo, un usuario que trata 50.000 pies cuadrados de metal en una planta diseñada apropiadamente para aspersión, emitirá solamente 170 libras de VOCs. En una planta de inmersión que trata la misma cantidad de metal, las emisiones estarán tan solo un poco por encima de las 100 libras. Las emisiones no suben mucho en una planta que trata muchos más metros cuadrados, porque el aire en la zona de aspersión se satura rápidamente y casi todos los vapores regresan al tanque.
* Mary Carpenter es presidente de Carpenter Chemicals y de Químicos Carpenter de México, ambos distribuidores del sistema de fosfatación orgánica de una etapa. Para mayor información acerca de ésta tecnología en México, llame al +52 33 3699 6537, mande correo a [email protected], o visite la página www.cc-lc.com. Para Colombia, llame a ESIN Andina S.A.S. al +57 331 202 4347 o mande correo a [email protected]
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