Pretratamientos de conversión sol-gel base silanos para pintura

El pretratamiento de superficies metálicas es fundamental en el comportamiento a largo plazo de los metales pintados, proporcionando una protección adicional contra la corrosión así como una mejora en la adherencia de la capa de pintura. Hasta hace pocos años, la tecnología más usual para esta finalidad era la fosfatación, seguida de un pasivado crómico. Sin embargo, es sabido el alto nivel tóxico de las sales de cromo(VI) y el riesgo que su uso significa para la salud de los trabajadores y el medio ambiente. Por esta razón, a pesar de su elevada eficiencia, los procesos basados en cromo(VI) han sido progresivamente eliminados de todas sus aplicaciones, dejando en numerables casos únicamente un pretratamiento basado en la fosfatación y posteriores lavados de las piezas metálicas, lo que conlleva una cierta  pérdida de calidad.

Durante la última década se han desarrollado nuevos sistemas con el fin de sustituir las sales de cromo (VI). Uno de ellos son los pretratamientos basados en silanos, derivados orgánicos del acido silícico. Estos procesos se basan en la formación de enlaces covalentes entre el metal base y la capa de pintura mediante la polimerización de los productos derivados de los silanos. Estos productos no presentan toxicidad, a la vez que son seguros medioambientalmente.

La estructura general de un silano es (XO)₃Si(CH₂)_nY, donde XO es un grupo alcóxido hidrolizable, ya sea metóxido o etóxido, y el radical Y es un grupo funcional orgánico que puede reaccionar con la capa orgánica de la pintura. Los diferentes grupos funcionales Y permiten la generación de una gran variedad de productos con diferentes propiedades.

Los grupos silanoles se adsorben en la superficie metálica por medio de la formación de enlaces por puente de hidrogeno entre los grupos SiOH y los grupos hidroxilo de la superficie metálica (metal-OH). Posteriormente, durante el secado posterior o durante el curado de la pintura, dichos enlaces se convierten en enlaces covalentes metal-siloxano (metal-O-Si) con liberación de agua.

Este proceso de curación genera una capa hidrofóbica y homogénea sobre la superficie metálica que favorece el efecto barrera a la entrada de oxigeno mejorando las prestaciones anticorrosivas del pretratamiento.

La capa formada tiene entre 10 y 100 nanómetros de espesor, tal como puede observarse en la imagen obtenida mediante SEM en la que en este caso concreto se ha formado una capa de 15-30 nm.

La aplicación industrial de este tipo de procesos consiste en una primera etapa donde la superficie es convenientemente limpiada de toda impureza (grasas, aceites, etc.), generándose a su vez una capa formada por hidroxilos (OH) que, una vez realizado el lavado para eliminar los excesos de producto, recibe la aplicación de una solución basada en silanoles que forma una capa de conversión anclada sobre la superficie metálica una vez secado el metal tratado. La tecnología usada para formar esta capa de conversión se denomina sol-gel.

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Esta tecnología es aplicable a numerosas instalaciones, pero se convierte en especialmente interesante en las instalaciones de pintura denominadas ‘pintores a terceros’ (job-coaters). Este tipo de instalaciones se caracteriza por la amplia variedad de materiales y formas de las piezas a ser pintadas: acero de diferentes especificaciones, acero galvanizado de diferentes orígenes, aluminio de varias aleaciones, e incluso magnesio u otros materiales.

Hasta el presente, el tratamiento habitual en la industria de ‘pintores a terceros’ ha consistido en la fosfatación amorfa seguida de lavados. Para poder tratar los diferentes materiales se deben incluir diferentes modificaciones en el proceso, todo ello con un éxito relativo, ya que en muchas ocasiones las condiciones aptas para uno metal no lo son para el resto.

El uso de los nuevos procesos CONVERCOAT desarrollados por PROQUIMIA, basados en la deposición de silanos mediante tecnología sol-gel, permite su amplio uso en instalaciones de 3 ó 4 etapas de ‘pintores a terceros’, basadas en el siguiente esquema de pretratamiento:

Proceso 3 etapas                                  

 Proceso 4 etapas

El proceso CONVERCOAT aporta numerosas ventajas:

• Capacidad de tratar diferentes materiales al mismo tiempo.
• Baños de larga duración: los baños de desengrase son más duraderos que los de fosfatación amorfa, reduciendo los costes por cambios de baños. El uso de tecnologías de separación de aceites o limpieza en continuo permiten baños de larga duración.
• Reducción de costes de mantenimiento: los baños de desengrase generan menos incrustaciones que los de fosfatación amorfa, permitiendo reducir las limpiezas de las instalaciones.
• Reducción de los controles químicos de los baños: los parámetros de uso de los desengrases son mucho más amplios que los de la fosfatación amorfa, así como los controles de los productos CONVERCOAT.
• Tecnología ‘NO RINSE’: reducción en el consumo de agua de lavado.
• Reducción del consumo de energía: los baños de desengrase pueden operar a temperaturas más bajas (35-40ºC) frente a los de la fosfatación amorfa (50-55ºC)

AUTOR: Josep Vives

Referencias bibliográficas:

1.- B.Arkles, Chemtech, 7, 766, 1977

2.- Innovative pre-treatment techniques to prevent corrosión of metallic surfaces.  European Federation of Corrosion Publications. Number 54.

3.- Imagen SEM realizada en Laboratorio Microscopías Avanzadas. Universidad de Zaragoza, Zaragoza, España.

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