Electrostatic Powder Coating/es

Datos de ubicación

Mapa	Cargando mapa... +− Folleto | © Colaboradores de OpenStreetMap
Ubicación	Kingston , Canadá
Coordenadas	44° 13' 50.47" N, 76° 28' 52.76" O

El recubrimiento electrostático en polvo surgió a principios de la década de 1960 con el recubrimiento de tuberías para aumentar su durabilidad y aislar componentes eléctricos. En esa misma década, el recubrimiento electrostático ya se utilizaba en numerosas industrias para el acabado con pinturas que contenían disolventes. ^{[ 1 ]} Con la introducción de los recubrimientos en polvo, se prescindió de la necesidad de disolventes, por lo que se eliminaron los compuestos orgánicos volátiles que se evaporaban a la atmósfera y el riesgo para la salud que su inhalación suponía. Otra ventaja ambiental y económica del recubrimiento en polvo es que el exceso de pulverización se puede recoger y reciclar en el proceso de recubrimiento. Por esta razón, la eficiencia del material de los recubrimientos en polvo puede acercarse al 100 %. La industria del recubrimiento en polvo ha experimentado un rápido crecimiento en las últimas dos décadas debido al aumento de la productividad y la eficiencia derivadas del cambio de las pinturas con disolventes convencionales. En comparación con los recubrimientos líquidos tradicionales, los recubrimientos en polvo son más duraderos, resistentes al impacto, a la corrosión y a los productos químicos. Los recubrimientos en polvo se decoloran menos que los líquidos y pueden adaptarse a diversas aplicaciones modificando el color, el brillo, el espesor y la textura. ^{[ 2 ]} El proceso de recubrimiento en polvo consta de cuatro pasos principales: carga, transporte, adhesión/deposición y, finalmente, curado. ^{[ 1 ]} El principio básico del recubrimiento en polvo consiste en que una partícula cargada, generalmente un polímero, se acelera hacia una pieza de trabajo conectada a tierra y se adhiere a ella mediante atracción electrostática . La pieza recubierta se cura posteriormente a temperatura elevada, transformando el recubrimiento en polvo en una película de polímero lisa y uniforme.

Proceso de recubrimiento en polvo

Carga, transporte y deposición de pólvora

Existen dos métodos comunes de carga de polvo: la carga corona y la carga triboeléctrica. El método de carga utilizado modifica las características de transporte del polvo, así como su deposición sobre la pieza de trabajo.

Carga Corona

La carga de corona del polvo se realiza mediante una pistola pulverizadora eléctrica. El polvo se alimenta a la pistola pulverizadora desde contenedores de almacenamiento utilizando aire comprimido. En la punta de la pistola pulverizadora hay un electrodo de corona puntiagudo cargado con un voltaje muy alto. Este alto voltaje crea un campo eléctrico entre la corona y la pieza de trabajo conectada a tierra. Cuando el campo eléctrico en la proximidad del electrodo es de 30 kV/cm o superior, el aire en esta área comenzará a descomponerse y formará una liberación continua de iones libres . ^{[ 3 ]} A medida que el flujo de partículas de polvo pasa por los iones libres, se unen a algunas de las partículas y las cargan negativamente. Las partículas cargadas siguen las líneas de campo eléctrico creadas por el electrodo hacia la pieza de trabajo. Los iones libres que no se unen a una partícula también siguen las líneas de campo eléctrico hacia la pieza de trabajo. Algunas partículas no se cargan y son dirigidas a la pieza de trabajo por fuerzas neumáticas. La ecuación 1 es la magnitud de la carga en una partícula debido a la carga de corona. Donde Q = carga, A = constante de composición de la partícula, r = radio de la partícula, E = intensidad del campo eléctrico, t = tiempo, tau = constante de tiempo. ^{[ 4 ]}

Deposición de partículas cargadas de corona

El exceso de iones libres creado por el electrodo de corona afecta las partículas depositadas. Al utilizar una pistola de corona, el espesor de la capa de polvo se limita debido a un fenómeno denominado retroionización. ^{[ 1 ]} A medida que las partículas cargadas y los iones se acumulan en la pieza de trabajo, comienzan a repeler las partículas entrantes, lo que limita el espesor del polvo y causa una capa de polvo picada. Por esta razón, las pistolas de corona se utilizan principalmente para aplicar una capa fina de recubrimiento. Dado que las partículas cargadas siguen las líneas del campo eléctrico, la uniformidad del recubrimiento se ve afectada. Las partículas se concentran más en la zona más cercana a la pistola y a los bordes de la pieza de trabajo. ^{[ 3 ]}

Carga triboeléctrica

Las pistolas triboeléctricas cargan las partículas de polvo mediante fricción al entrar en contacto con las paredes de la pistola y el tubo de alimentación. La magnitud de la carga de una partícula es proporcional al número de veces que entra en contacto con la pared y a la fuerza con la que la impacta. El material más utilizado para las paredes de una pistola triboeléctrica es el politetrafluoroetileno (PTFE), también conocido como Teflón™. El PTFE ha demostrado ser el material más eficiente para cargar los polvos por fricción. Dado que las paredes de la pistola también experimentan cambios durante este proceso, la pistola y el tubo deben estar conectados a tierra para disipar la carga acumulada en el PTFE. La carga triboeléctrica no crea campo eléctrico, ya que no hay electrodo. En ausencia de campo eléctrico, las partículas cargadas se transportan a la pieza de trabajo únicamente mediante flujo de aire. ^{[ 3 ]}

Deposición de partículas cargadas triboeléctricas

Dado que la deposición triboeléctrica no implica campo eléctrico ni exceso de iones libres, se puede lograr un recubrimiento más grueso y uniforme que con una pistola corona. La superficie del recubrimiento también es más lisa, ya que no hay iones libres. La única desventaja de la pistola de carga triboeléctrica es que la velocidad de deposición es menor que con las pistolas de carga corona. Con una pistola triboeléctrica se pierde productividad, pero el resultado final es un acabado superficial de mejor calidad. ^{[ 3 ]}

Curado

Una vez adherido el polvo a la pieza de trabajo, este debe curarse mediante calor hasta obtener el producto final. Las temperaturas para curar polvos oscilan entre 140 y 220 °C. A esta temperatura elevada, el polvo comienza a fluir y forma una película continua. El método más común para curar el recubrimiento en polvo adherido a un sustrato metálico es mediante un horno de convección. El calentamiento por convección utiliza ventiladores para circular aire caliente en una habitación aislada y es el método más popular para curar piezas metálicas. El curado de una pieza en un horno de convección tarda entre 15 y 30 minutos. Una alternativa a los hornos de convección son los hornos de radiación infrarroja (IR). En los hornos IR, el recubrimiento en polvo y solo una pequeña parte de la pieza directamente debajo del recubrimiento absorben la radiación IR. En los hornos de convección, se calienta un mayor volumen de la pieza para alcanzar la temperatura de curado. Por esta razón, el tiempo que tardan los hornos IR en alcanzar la temperatura de curado es mucho menor que en un horno de convección. Una limitación inicial de los recubrimientos en polvo era la imposibilidad de utilizar materiales sensibles a la temperatura, como maderas y plásticos, debido a las altas temperaturas de los hornos. Una solución reciente a este problema es el uso de radiación ultravioleta (UV). Se utilizan polvos especialmente formulados con fotoiniciadores que curan con radiación UV. Los fotoiniciadores permiten que la radiación UV reticule el recubrimiento de polímero a baja temperatura. ^{[ 5 ]} La pieza sensible a la temperatura con polvo curable por UV se coloca en un horno convencional a 90 °C durante solo 1-2 minutos para calentar el polvo. A continuación, la pieza se somete a radiación UV y cura en segundos.

resinas

Las resinas son los ingredientes más importantes de la mezcla de recubrimiento en polvo y determinan las propiedades del material del producto final. Existen muchos tipos diferentes de resinas de recubrimiento en polvo, cada una con propiedades variables. La mayoría de las resinas que se procesan para aplicaciones de recubrimiento en polvo se pueden clasificar en dos tipos de polímeros: polímeros termoestables y polímeros termoplásticos.

Polímeros termoendurecibles

Los polímeros termoendurecibles constituyen el 95% ^{[ 2 ]} de las resinas utilizadas para recubrimientos de polvo. Cuando un polímero termoendurecible se calienta hasta alcanzar un estado líquido y continúa calentándose, se produce una reacción química que crea la reticulación de las cadenas poliméricas para formar un material con propiedades diferentes a las que tenía antes del calentamiento. La película sólida final sobre la pieza de trabajo, al enfriarse, es una capa resistente al calor y a los productos químicos. ^[ 6^{] Algunos ejemplos de polímeros termoendurecibles comúnmente utilizados para recubrimientos de polvo son el epoxi} , el híbrido epoxi-poliéster, el poliéster uretano, el poliéster TGIC y el acrílico ^.

Termoplásticos

A diferencia de los polímeros termoestables, los termoplásticos mantienen las mismas propiedades tras fundirse y solidificarse sobre la pieza de trabajo. El acabado superficial de un termoplástico es más liso que el de un polímero termoestable. Los termoplásticos se utilizan comúnmente para objetos que no estarán expuestos a entornos agresivos. Algunos ejemplos de termoplásticos de uso común son el cloruro de polivinilo, las poliolefinas, el nailon, el poliéster y el fluoruro de polivinilideno.

Mejora de la eficiencia energética y la productividad

El paso del proceso de recubrimiento en polvo que consume más energía y tarda más tiempo es el curado. Hoy en día, muchas empresas utilizan hornos de convección para curar recubrimientos en polvo. Estos hornos requieren mucha energía para elevar la temperatura al arrancar, mantenerla estable y operar los motores de los ventiladores que hacen circular el aire. Se logra un ahorro de energía sustancial y un aumento de la productividad al utilizar un horno infrarrojo en lugar de un horno de convección o en serie con él. Los hornos infrarrojos son más eficientes que los de convección porque alcanzan la temperatura de curado en menos tiempo. Además, ahorran energía gracias a su arranque muy rápido en comparación con los hornos de convección. Los tiempos de curado de los hornos infrarrojos son mucho más rápidos y no requieren ventiladores para la circulación del calor. Al utilizar hornos de gas natural, el consumo de gas puede reducirse en un 25 %. La productividad aumenta gracias al aumento de la velocidad de la línea y a la reducción del tiempo de enfriamiento de la pieza, ya que solo se calienta una pequeña parte de la pieza durante el proceso. Se observan aumentos de productividad del 50 %. ^{[ 7 ]}

Referencias