artículo técnico

ARTÍCULO TÉCNICO
(Versión libre tomado del artículo Spanning 25 Years of Development in Heavy-Duty Coatings By Michael
Donkin, International Paint Ltd.)
En los últimos 25 años se han producido muchos cambios en la formulación de
revestimientos para el mercado de alto desempeño. Hay dos factores clave que
explican el cambio:
• Niveles más exigentes en la legislación y la regulación para proteger el medio
ambiente y la contaminación del aire reduciendo los compuestos orgánicos
volátiles (VOC) procedentes de los recubrimientos, y eliminando de estos cualquier
materia prima que pueda implicar riesgos para la salud y seguridad del trabajador
y el medio ambiente (HSE); y
• Expectativas más altas del cliente sobre el rendimiento de los recubrimientos y la
necesidad de aumentar la vida útil de los activos recubiertos.
Estos factores han impulsado avances en las tecnologías ya existentes y han
introducido nuevas tecnologías como los polisiloxanos. Los métodos de prueba para el
rendimiento de los recubrimientos también han cambiado significativamente. Por
ejemplo, la industria se ha movido desde el uso de niebla salina caliente y constante
hacia ensayos cíclicos más significativos que tienen mucha mejor correlación con las
condiciones de tiempo real. Estos cambios en las pruebas han mejorado la capacidad
de comparar y evaluar con precisión el rendimiento del producto en el campo.
A mediados de la década de 1980, la mayoría de los revestimientos para el mercado
de trabajo pesado eran productos de un solo componente, siendo los alquídicos,
vinílicos, y caucho clorados los que dominaban.
El principal inconveniente de los recubrimientos termoplásticos eran sus niveles muy
altos de VOC, por lo que ellos nunca iban a ser sostenibles cuando las normas sobre
VOC comenzaran a introducirse. También en la década de 1980, los formuladores
estaban empezando a entender cómo los productos de dos componentes (por
ejemplo, resinas epoxi y poliuretanos) podrían ser explotados y las posibles mejoras de
rendimiento que pudieran ofrecer.
A mediados de los años 1990, los materiales de dos componentes comenzaron a
dominar el mercado; la legislación sobre VOC estaba sólo en sus primeras etapas de
desarrollo.
El mayor desafío para la industria de recubrimientos ha sido seguir manteniendo y
mejorando el rendimiento de los revestimientos de dos componentes, mientras se
reducía el nivel de los compuestos orgánicos volátiles, lo cual no es una tarea fácil.
El aumento de los sólidos en volumen conduce a una serie de problemas, incluyendo
secado más lento con películas más suaves, mayor viscosidad, y desafíos de aplicación
cuando se requieren bajos espesores de película seca (DFT), pero disminuyendo los
espesores de película húmeda (WFT). En efecto, el rango de WFT disminuye a medida
que aumentan los sólidos. Por ejemplo, un poliuretano de acabado con 50% de sólidos
requiere una película húmeda cerrada WFT de 100 micras para obtener un espesor de
película seca de 50 micras (2 mils), que por pulverización es relativamente fácil de
lograr. Sin embargo, a 80% de sólidos, el mismo espesor seco DFT de 50 micras requerirá
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un 62,5 micras (2,5 milésimas de pulgada) de espesor húmedo WFT, que es
considerablemente más difícil de lograr debido a la reducción en el disolvente. Lograr
DFT deseados con recubrimientos con más altos solidos sigue siendo uno de los retos
clave para los formuladores de hoy.
UNA BREVE HISTORIA DE REGULACIONES SOBRE VOC
• 1980: Habían muy pocas regulaciones para VOC. Algunos distritos en California,
comenzaron a introducir normas para revestimientos de mantenimiento
arquitectónico e industrial (AIM). Muchos distritos en California tomaron acciones
para controlar la formación de los precursores de ozono como los VOC o
compuestos orgánicos volátiles.
• 1990: En los EE.UU., la revisión de la Ley de Aire Limpio (CAA) dió como resultado
normas nacionales de VOC, una de los cuales fue para los revestimientos AIM. A
medida que la década de los 1990 progresaba, comenzó la revisión de los límites
de VOC de las ya establecidas reglas de los distritos de California.
• 2000 al presente: En 2006, el distrito Costa Sur de Calidad del Aire de California
estableció un límite más estricto aún para recubrimientos de mantenimiento
Industrial-100 g/l.
En octubre del 2005, las primeras restricciones de la Directiva de Emisiones de
Disolventes (SED) de la Unión Europea (UE) comenzaron a aplicarse, aunque la SED se
había publicado en 1999 en la UE recién formada.
Desde 2007, muchos otros países como Corea del Sur, Hong Kong y Taiwán han
comenzado a desarrollar sus propias reglas y regulaciones de VOC.
ELECCIÓN DE MATERIAS PRIMAS
El segundo factor clave para el cambio ha sido el número de materias primas objeto
de escrutinio debido a preocupaciones sobre HSE. Los ejemplos típicos incluyen
• pigmentos de plomo,
• alquitranes de carbón,
• pigmentos de cromato,
• plastificantes de ftalato para emulsiones acrílicas, y
• resinas epoxi senzibilizantes.
Afortunadamente para el formulador, hay una corriente constante de nuevos
productos proveniente de la industria de revestimientos. Algunos son sustitutos de los
materiales actuales, y otros son totalmente nuevas tecnologías que ofrecen nuevas
soluciones de marca. El reto para el formulador es reemplazar materias primas
potencialmente tóxicas o peligrosas, ya sea igualando o por supuesto mejorando el
rendimiento del recubrimiento nuevo o reformulado. El trabajo del formulador 'nunca
se termina.
ALTOS SÓLIDOS (> 80% EN VOLUMEN)
El mayor cambio en la industria de los recubrimientos HD fue explorar plenamente la
química de los amina epoxi.
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Hace veinticinco años, muchos productos de epoxi amina estaban en el mercado,
pero los químicos sólo empezaban a descubrir cómo explotar mejor esta tecnología
con, por ejemplo, nuevos agentes de curado. Cuando los formuladores se dieron
cuenta de que el rendimiento obtenido a partir de epóxicos era significativamente
mejor que la de la mayoría de los análogos de un solo componente, los años 80 vieron
una oleada de formulaciones al mercado. Bases anticorrosivas, recubrimientos epoxi
capa barrera de alto desempeño, y revestimientos resistentes a productos químicos y
para recubrimiento de tanques estaban entre las nuevas formulaciones, y todos
demostraron propiedades mecánicas mejoradas y resistencia a la corrosión en
comparación con los productos de un solo componente. A finales de la década de
1990 en el mercado HD, la mayoría de los productos de un solo componente habían
sido sustituidos por recubrimientos de dos componentes.
Los epóxicos han proporcionado la mayor parte de los recubrimientos con alto
contenido de sólidos. Un avance clave ha sido el movimiento hacia sistemas de curado
más rápido. Los productos con bajos sólidos eran formulados principalmente con
resinas epoxi sólidas y tenían la ventaja adicional de secado de la laca. A medida que
el contenido de sólidos en los revestimientos aumentó, se hizo más difícil de formular
con resinas solidas debido a las viscosidades de aplicación más altas, por lo que resinas
líquidas, con viscosidades más bajas, tuvieron que utilizarse. Las resinas líquidas
presentan sus propios problemas, siendo uno de los más importantes una flexibilidad
reducida. El ciclo térmico de las resinas epoxi para determinar la resistencia al
agrietamiento, particularmente a más altos DFT que el estándar, se ha convertido en
una prueba clave para el formulador.
La introducción de aminas de nueva tecnología también ha visto grandes cambios
para la industria, y los formuladores se han apresurado en explotarlos. El uso de
fenalcaminas ha mejorado significativamente la velocidad de curado y los tiempos de
secado de los epoxis HS y ha permitido utilizarlos a 0° C (32° F) en muchas situaciones.
La tecnología de fenalcamina fué una enorme mejora sobre el agente de curado con
poliamida tradicional y se utilizó para acelerar la producción en nuevas construcciones
y en la construcción naval en áreas emergentes como Corea.
El impulso para acabados con bajo VOC ha continuado, con poliuretanos que están
siendo formulados por debajo de 420 g/l. Las nuevas tecnologías que no contienen
isocianato libre surgieron con nuevos mecanismos de curado. Sistemas epoxícos ácidos
se han formulado por debajo de 340 g/l. Poliuretanos con más altos sólidos se pueden
formular en los EE.UU. usando disolventes exentos de VOC, pero, en general, ha
resultado difícil bajar el costo al reducir el VOC de poliuretanos a 250 g/l o por debajo.
Una tecnología desarrollada recientemente que ofrece una ruta para recubrimientos
por encima de 80% de sólidos es la química de la poliurea. Un tipo específico de
química es la de los poliaspárticos. Los polyasparticos se basan en la reacción de un
poliisocianato alifático y un éster poliaspártico, que es una diamina alifática. Las
principales ventajas de esta tecnología son que puede ser formulada para aplicarse
como un revestimiento (DTM) directo al metal y que ofrece curado rápido, resistencia
a la corrosión, y durabilidad en una sola capa.
En un esfuerzo para reducir los niveles de VOC y los costos, ha habido un movimiento
para utilizar menos capas en una especificación. Una forma de reducir el número de
capas es utilizar un revestimiento que tenga tanto propiedades de base como
acabado. Este tipo de revestimiento, que puede ser aplicado DTM, ofrece protección
contra la corrosión y acabado estético en una única formulación, a menudo
conduciendo a la sustitución de muchos sistemas de dos capas en ambientes de
agresividad media (C3) según la norma ISO 12944. Las bases/acabados han sido, tanto
epóxicos, cuando se requiere tenacidad y resistencia a los daños mecánicos, como
poliuretanos, cuando se necesitan una mayor durabilidad y retención del color.
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En ambientes más agresivos, el movimiento para reducir el número de capas debe ser
tomado con cuidado, sobre todo en alta mar, donde los sistemas estándar de tres
capas ocasionalmente se han sustituido con dos capas. El problema con el uso de
sistemas de dos capas en ambientes agresivos es que hay falta de control del espesor
de la película, y revestimientos en configuraciones complejas de acero pueden tener
muchos puntos de bajo espesor, que conducen a problemas de corrosión. Hasta la
introducción de poliasparticos, ningún producto había sido capaz de proporcionar una
buena resistencia a la corrosión y excelente estética con brillo y retención de color.
La investigación ha demostrado que los poliasparticos se pueden formular por debajo
de 250 g/l, lo que da resistencia a la corrosión en ambientes C3 y con propiedades
similares a las de una combinación de epoxi y poliuretano.
A medida que los niveles de sólidos se han incrementado, el equipo de aplicación
también ha tenido que adaptarse en los últimos años desde pulverización sin aire
estándar hacia pluri-componente. Aunque en el momento de escribir esto, la mayoría
de los recubrimientos de alto contenido de sólidos aún se aplican por pulverización sin
aire, el uso de pulverización pluri-componente está empezando a aumentar y se
convertirá en un método de aplicación más importante en los próximos diez años.
Una forma efectiva de reducir los VOC es utilizar revestimientos base agua. Hace
veinticinco años, la principal tecnología disponible se limitaba mayormente a
emulsiones acuosas de un solo componente, que no se adaptaban de manera ideal a
situaciones de construcciones nuevas, donde el secado rápido, la dureza temprana, y
la resistencia al bloqueo (de modo que los artículos se pueden apilar unas sobre otras
sin distorsionar el recubrimiento) son propiedades clave. Las emulsiones también tenían
una baja tolerancia a la formación de película a bajas temperaturas y se adherían
pobremente a sustratos mínimamente o mal preparadas. Al principio, el uso de
recubrimientos de base acuosa era lento y restringido a clientes con talleres de pintura
con calefacción y un buen control del sustrato, como en la fabricación de equipos
originales (OEM). A principios de la década de 1990, el número de tecnologías base
agua se multiplicó para incluir no sólo nuevos materiales de un solo componente, sino
también una serie de productos de dos componentes, tales como epóxicos y
poliuretanos. Con una comprensión de las cuestiones clave, como la temperatura
mínima para formación de película (MFFT) y la tolerancia a los sustratos comprometidos,
los formuladores podrían apuntar más fácilmente el producto final hacia un uso final
apropiado. El desarrollo de resinas epoxi de dos componentes con un rendimiento
similar a sus análogos base solvente es ya una realidad.
Los silicatos de zinc base solvente se pueden formular a un nivel de VOC hasta 340 g/l,
pero conseguir un nivel inferior ha resultado difícil debido a problemas de estabilidad
con el aglutinante. Sin embargo, hay una solución base agua, por lo general basado
en el uso de silicatos con metales alcalinos tales como silicato de potasio, que puede
dar recubrimientos cero-VOC. Los silicatos de zinc a base de agua tienen la ventaja
añadida de cura excelente con una humedad relativa baja (RH) en comparación con
los análogos de base solvente, que a menudo tienen mala cura por debajo de 30% RH.
Las tecnologías disponibles actualmente para recubrimientos base agua están
mejorando constantemente. Muchos sistemas de dos componentes ahora pueden
ofrecer un rendimiento equivalente a, o mejor que la de sus homólogos con disolventes.
En los próximos 25 años, es probable tener más opciones base agua frente a los HS en
el mercado de trabajo pesado.
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