Año: 2017

LA Fosfatación orgánica, aspectos químicos, tecnológicos e instalaciones «Segunda parte»

Aspectos prácticos relacionados con la estabilidad del baño polifosfático

Es evidente que el interés industrial de la fosfatación orgánica es su capacidad de absorber aceites, y cuando esta capacidad de absorción es elevada el proceso no requiere sustituciones periódicas.
La experiencia practica , además de las consideraciones matemáticas y teóricas , indican en otros estudios que para ser eficiente el polífosfato debe poseer la propiedad de absorber aceites y grasas en tal grado que pueda contrarestar las introducciones de grasas y aceites en la cuba.
Para profundizar mas sobre estas cuestiones recomendamos la bibliografía apuntada en el apéndice 1 y a cuanto exponemos en el capitulo de este estudio “ dimensiones optimas de las instalaciones”.

Datos prácticos sobre las características del tratamiento de la «Fosfatación orgánica»

Como ha sido anteriormente expuesto , el proceso de la fosfatación órganica es un proceso en frio que está caracterizado por un tiempo de tratamiento muy breve y origina un depósito cristalino recubierto de un polímero orgánico que presenta excelentes características mecánicas y optimas propiedades anticorrosivas.
Las características físico-quimicas del proceso son sintetizadas como sigue:

Constantes físicas del proceso de la fosfatación orgánica

• PH de la solución 1.5 – 2.5
• Peso especifico de la solución 1.02 Apx
• Extracto seco de la solución en condiciones de uso 2- 3 %
• Espesor de la capa fosfática sobre las piezas tratadas de 1 – 3 micras
• Homogeneidad de las capa : film continuo que no presenta porosidad
• Temperatura de descomposición de la capa fosfática: El recubrimiento puede ser pintado o barnizado pero sin sobrepasar los 220ºC de horneado.

Tiempo del tratamiento y del secado

• Tiempo del tratamiento : 60 segundos
• Tiempo de secado de 8 a 10 minutos ( pudiendo reducir el mismo con aire forzado )

Rendimiento del proceso de fosfatación orgánica

Se estima que con un litro de solución se pueden tratar unos 30 metros cuadrados

Idoneidad de la capa fosfórica orgánica en relación a la protección de acabado

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Introducción al fosfatado orgánico

El fosfatado orgánico, es un proceso que permite desengrasar y fosfatar las superficies metálicas en una sola operación.
El agente de este proceso es un polifosfato orgánico especial con una alto peso molecular y que gracias a sus características lipofílicas, permite en una sola operación desengrasar las superficies contaminadas de aceites , grasas y jabones . Después de este tratamiento, las superficies presentan un tenues estrato de fosfatos de hierro y zinc y una película polimérica.
A diferencia de los productos fosfo-desengrasantes o de los productos fosfatantes a base de sales de zinc, manganeso o hierro que funcionan en base acuosa, la fosfatación orgánica funciona en sistema anhidro , siendo el polifosfato de dicho proceso disuelto en una mezcla apropiada de disolventes orgánicos.
El proceso se desarrolla en una sola operación por inmersión o aspersión según el proceso. Para explicar mas fácilmente lo que sucede sobre las piezas, el proceso puede ser dividido en las siguientes fases:

1. Inmersión de las piezas a tratar en la cuba que contiene el polifosfato orgánico.
2. Disolución operada por los disolventes sobre los aceites y grasas presentes en la superficie del metal.
3. Absorción de los contaminantes por el polifosfato
4. Formación sobre la superficie del metal de un estrato cristalino de fosfatos mixtos de hierro y zinc recubiertos de una película polimerica.
5. Extracción de la pieza inmersa en la cuba de tratamiento y evaporación de los disolventes

¿Cómo funciona el fosfatado orgánico?

Como parece evidente, las fases claves del proceso son las fase 2 y 3. En realidad la fase 4 no podría llegar si la superficie metálica no fuera depurada de los contaminantes oleosos y grasas.

Segunda fase del fosfatado orgánico

Por cuanto respecta a la fase 2, deseamos resaltar algunas propiedades de la mezcla de disolventes que poseen y en la cual es disuelto el polímero orgánico.
Con este fin, es oportuno recordar los conceptos termodinámicos del parámetro de solubilidad debido a Burriell, Lieberman y colaboradores. En efecto, una sustancia es soluble en un disolvente o en una mezcla de disolventes, si el parámetro de solubilidad del disolvente ( o mezcla de disolventes) y si la fuerza de enlace hidrógeno ( fuerza de unión por puente de hidrogeno) de la sustancia está próxima a la fuerza de enlace hidrógeno del disolvente ( o mezcla de disolvente).
El parámetro de solubilidad está definido como la raíz cuadrada de la energía de evaporización por unidad de volumen y puede ser calculada por varios métodos.
Para la fuerza de enlace hidrógeno, los autores antes citados han elaborado una tabla asignando valores a diversas sustancias químicas que van desde 0.3 a 1.7.
Además del parámetro de solubilidad y de la fuerza de enlace hidrógeno se beneficia de la “ propiedad de adición “ y por tanto es posible calcular esta magnitud para una mezcla de disolventes ponderando la cooperación de cada uno de los disolventes.

Debido a que los aceites de laminación y en general las sustancias grasas se caracterizan por una larga cadena de átomos de carbono, tiene un parámetro de solubilidad comprendido entre 8.8 y 9.1 y una fuerza de enlace hidrogeno que en la escala de Burrell y Lieberman está próxima a 0.3 , se puede demostrar con el auxilio de la tabla apéndice que , utilizando una adecuada mezcla de disolventes , el proceso de fosfatación orgánica posee la propiedad indicada en la fase 2.
Antes de pasar a la discusión de las fases 3 y 4 del proceso deseamos subrayar que éstas no pueden advenir si falta la fase 2 .
En efecto con la extracción de las grasas es posible el contacto químico entre los grupos ácidos del polifosfato y el soporte metálico con la consiguiente formación de un depósito cristalino recubierto de un film polimérico.

Tercera fase del fosfatado orgánico

Con el fin de explicar la fase 3 recordamos que el promotor del proceso de la fosfatación orgánica es un polímero polifosfático muy peculiar que se mantiene en equilibrio con acido fosfórico y fosfato ácido de zinc.
Para que los aceites y grasas puedan ser englobados en el polímero es necesario que este último posea un valor en el parámetro de solubilidad y de fuerza de enlace hidrogeno próximo a los valores que posean los citados contaminantes.
Como resultado de cuanto hemos afirmado antes, las condiciones necesarias para garantizar el englobamiento de los contaminantes en el polímero sol las siguientes.

• El parámetro de solubilidad del polímero debe estar comprendido entre 8.8 y 9.1
• La fuerza de enlace hidrogeno del polímero debe estar próximo a 0.3

Cuarta fase del fosfatado orgánico

Entre las diversas hipótesis emitidas para interpretar la compleja naturaleza de las reacciones que se producen entre el polifosfato y el soporte metálico en la fase 4 , opinamos que, el siguiente modelo puede ser aunque de forma simplista , interprete correcto del proceso.
Considerando que , el polímero base es esencialmente lineal y está ligado a grupos fosfóricos parcialmente sustituidos por zinc, las macromoléculas pueden ser representadas así:

Estas macromoléculas están en equilibrio con moléculas de fosfato ácido de Zinc y con acido fosfórico. El ácido fosfórico y los fosfatos ácidos reaccionan con el metal de forma preferencial sea en el caso del ácido fosfórico por la mayor reactividad del primer hidrógeno , sea por motivos de movilidad molecular.
En la cuba tendremos por consiguiente , en un primer tiempo , las reacciones esencialmente análogas a las de un proceso normal de fosfatación aunque teniendo una intensidad muy inferior respecto a las del proceso tradicional .
Después de la emersión permanecen grupos ácidos sobre las macromoléculas polifosfáticas. Estos reaccionan con el metal del soporte a tratar y conducen a la formación del polímero tridimensional que puede representarse esquemáticamente según esquema superior.
De ahí resulta una fina película continua que debido a su estructura tridimensional es insoluble en los disolventes orgánicos.
Por otra parte y de acuerdo con la teoría clásica de la plastificación , esta estructura tridimensional del polimero impide la emigración de los aceites englobados.
La polaridad de la estructura final explica la excelente adhesión que los esmaltes y barnices poseen sobre los soportes tratados con fosfatación orgánica.

Sistemas de tratamiento superficial «La calidad principal objetivo durante décadas»

Como sabemos desde hace décadas la industria en general se ha movido en una sola dirección. “la calidad”
Sin una filosofía orientada a este concepto es difícil obtener prestigio en el mercado.
Esto ha hecho que dentro del capítulo recubrimiento y pintado se haya ido realizando un cambio sustancial en la mentalidad y en los procesos.
Hasta no hace mucho tiempo e incluso actualmente el pintado para la industria era considerado solo algo decorativo.
Esto ha provocado que en muchos casos el pintado se realice con sistemas de muy baja calidad.
Afortunadamente las exigencias y normas actuales han evitado que esto sea una practica común.
Las necesidades y exigencias de una resistencia a la corrosión, a los golpes y a los agentes químicos hacen que nos encontremos con una mentalidad totalmente diferente a las practicas anteriores.
Es evidente que cada empresa e industria decide cual va a ser el grado de calidad que quiere dar a su producto pudiendo decidir entre revestimientos convencionales y de baja calidad, o revestimientos con tratamientos químicos y pinturas de alta calidad.
Según decidamos aplicar un sistema u otro obtendremos calidades y resistencia diversas
Nuestro objetivo en este articulo es dar las nociones y conocimientos para que se conozca que es cada cosa y poder decidir que es lo que se necesita.
Decir que se está realizando un revestimiento de calidad, es decir que se comienza por la base, por una buena limpieza del material, es decir por un pretratamiento del acero
Dentro de los métodos de pretratamiento y según el objetivo final del mismo encontramos una gran variedad de procesos:
Teniendo en cuenta que el objetivo principal de un pretratamiento es:

• Asegurar la limpieza y eliminación total de aceites, grasas y demás impurezas de la superficie.
• Dar un medio seguro para que exista un buen anclaje y adherencia del recubrimiento posterior
• Y si el fin lo requiere por exigencias dar un tratamiento anticorrosivo previo a la pintura.

Como es conocido estos requisitos son imprescindibles si se quiere obtener un grado de calidad aceptable.
Ya sea por evitar que se desprenda la pintura, que salte en los montajes o que se oxide pasado pocos meses desde su instalación.
Para obtener dichos objetivos en la industria de la tubería se emplean diversos sistemas que garanticen dicha calidad final.

Sistemas de tratamiento mediante abrasión «GRANALLADO»

Es un sistema muy generalizado e la industria de la tubería de acero grandes estructuras metálicas y muy recomendado para aquellas actuaciones en la que se requiere unas exigencias extremas. Con este sistema obtenemos mediante la proyección de un material abrasivo y a gran presión sobre la tubería la eliminación de todo tipo de suciedad, grasas y demás elementos extraños
Consiguiendo de esta manera una superficie irregular que nos permitirá al aplicar la pintura una adherencia excelente…

Sistemas de tratamiento superficial mediante disolventes

Uno de los sistemas mas empleados en los años 70 y 80 era la limpieza mediante sistemas con disolventes. Es el sistema más rudimentario y más utilizado en dichas décadas.el sistema consiste que mediante trapo, papel o brocha y aplicando disolvente sobre el material a limpiar se intenta la limpieza del acero
Con este sistema conseguimos una limpieza deficiente y con riesgo de dejar excesivos restos de grasas, y aceites, sin poder eliminar los restos metálicos adheridos a los tubos de acero derivados de la propia fabricación del tubo.
Actualmente este sistema está en des-uso por ser un sistema muy rudimentario, costoso y de nula fiabilidad en la limpieza ( las zonas internas de tubos quedan sin limpiar.)
Con este sistema solo medio limpiamos las zonas de acceso fácil, siendo materialmente imposible limpiar en zonas ocultas o semi ocultas,
Segundo al ser un sistema manual no se garantiza absolutamente nada, pudiendo tener zonas prácticamente limpias y otras haber quedado sin limpiar.
De esta manera nos podemos encontrar con zonas de desperfecto en la pintura, falta de adherencia, desprendimientos de pintura, oxidaciones tempranas, etc.

Sistemas de tratamiento superficial con Tricloroetileno

Existe un sistema algo más fiable que es mediante la limpieza con disolventes clorados en fase vapor.
Sistema muy empleado hasta finales de los 90 y que actualmente y ante el problema de emisiones de disolventes al medio ambiente y los controles de seguridad e higiene en las empresas se está dejando de usar.
Consiste en un método de condensación en una cuba con resistencias que caliente un derivado clorado ( Percloro) él mas empleado y que al comenzar su calentamiento genera un niebla de vapor de disolvente que al tomar contacto con los materiales y por efecto de la condensación se genera la limpieza de las piezas. Cayendo el disolvente al fondo de la cuba y generando el ciclo de nuevo.

Con este método de limpieza obtenemos una limpieza de aceites y grasa perfecta aunque el grado de adherencia y resistencia a la corrosión no es todo lo bueno que se desea en un recubrimiento superficial correcto.

Sistemas de tratamiento superficial mediante fosfatación orgánica

Cuando las exigencias del mercado hacen que el recubrimiento sea de mas calidad hay que ir a sistemas de protección química mediante conversión o filiforme
Entre los sistemas filiformes se encuentra EL PHOSGREEN sistema que sustituye al sistema de desengrase por fase vapor y que no-solo se consigue una perfecta eliminación de aceites y grasas, sino que aporta un tratamiento químico a la superficie permitiendo garantizar una perfecta adherencia sobre el material de cualquier tipo de pintura y gran capacidad de resistencia a la corrosión.
Este sistema es un sistema que sin ser novedoso puesto que lleva mas de 15 años en el mercado es actualmente y debido a la necesidad de sustituir los sistemas clorados de desengrase y aumentar la calidad de los recubrimientos el que sé esta comenzando a implantar mas en toda la industria del recubrimiento

Sistemas de tratamiento superficial mediante túneles de tratamiento

Paralelamente al sistema de PHOSGREEN y debido a la necesidad de obtener otras opciones al desengrase y tratamientos de la superficie existe desde hace mas de 20 años los tratamientos químicos en sistemas automáticos.
Sistemas empleados desde hace muchos mas años en la industria del automóvil y electrónica entre otros y que desde hace unos 15 años es cada vez más frecuente ver plantas de pintado con estos sistemas
Sistemas basado en la limpieza mediante procesos de lavado por aspersión y con productos jabonosos alcalinos y en caliente con un posterior tratamiento de la superficie totalmente limpia de un ácido fosforico y que según los diversas exigencias tendremos diversos tipos de fosfatación
Con este sistema nos permite una limpieza perfecta con la eliminación total de grasas, aceites así como de todo tipo de impurezas que se encuentre adheridas a la pieza.
En este tratamiento como en el mencionado anteriormente de PHOSGREEN el sistema consiste en una conversión química del material a través de la actuación de un ácido Fosforito que nos permitirá dar una película de protección frente a la corrosión.

Así como una optima adherencia de las pinturas sobre la superficie.