Un poco de historia de la pintura automotriz
Contenido
La pintura de nitrocelulosa fue altamente productiva, pero el recubrimiento final requería ser pulido para lograr un alto brillo.
Los químicos de la pintura en la década de 1930 se preguntaban si de alguna manera podrían encontrar un sistema aglutinante para la pintura que proporcionara tanto productividad como una apariencia brillante mejor que el de una resina de aceite natural.
Lo que resultó de este trabajo fue el desarrollo del primer sistema de pintura alquídalica.
Este fue el primer «polímero» hecho para recubrimientos, ya que se sintetizó usando tres monómeros: anhídrido ftálico, glicerol y ácido linoleico.
De esta manera, la química combinó monómeros sintéticos y productos naturales, proporcionando un sistema de resina de recubrimiento que proporcionó un rendimiento intermedio entre lacas sintéticas y aceites naturales.
Dado que esta tecnología proporcionó propiedades de película sobresalientes, esta nueva pintura alquídica se comercializó por primera vez como una imprimación automotriz. Importante para la ciencia de los recubrimientos, tenga en cuenta que en este caso se eligió una tecnología de resina para una capa de recubrimiento específica de un sistema de recubrimiento total, un concepto fundamental utilizado en recubrimientos hoy en día.
Además, la química alquídica continúa como un pilar de la tecnología de recubrimiento actual.
La pintura automotriz en los Años 50
No fue hasta la década de 1950 que se produjo el siguiente avance importante en recubrimientos automotrices: el uso de Laca Acrilica termoplástica.
Rohm and Haas Co. había desarrollado un nuevo polímero sintético como reemplazo de vidrio a base de polimetacrilato de metilo, y la industria de los recubrimientos investigó si esa tecnología podría usarse en recubrimientos.
Esta química, por supuesto, se basa en la polimerización controlada de varios monómeros acrílicos, para obtener una resina de polímero de peso molecular y temperatura de transición vítrea deseados.
Resultó que la tecnología de resinas acrílicas termoplásticas dominó el mercado de la capa superior automotriz en recubrimientos automotrices durante aproximadamente dos décadas, desde la década de 1950 hasta la de 1970. La razón de esto fue la excelente apariencia de la capa superior que se podía obtener con estos acabados.
Acabados Metalicos con laca automotriz
Los pigmentos de efecto metálico proporcionan colores brillantes que mejoran la percepción de la curvatura de la carrocería. Estos pigmentos llevaron el estilo de color automotriz a un nuevo nivel.
Sin embargo, para lograr el máximo efecto visual de los pigmentos metálicos planos en forma de placa, los pigmentos deben alinearse paralelos a la superficie pintada. El perfil reológico de una pintura de laca acrílica es perfecto para obtener este efecto: una baja viscosidad inicial (dados los bajos sólidos) para permitir que las escamas metálicas se mantengan planas, y luego un rápido aumento de la viscosidad para mantener los copos en su lugar.
Esta tecnología de recubrimiento tenía tal ventaja para el estilo de color que, en la década de 1960, General Motors pintó prácticamente todos los automóviles con capas de acabado de Laca Acrilica.
La PROTECCIÓN de la CARROCERÍA
La tecnología de la capa superior estaba mejorando constantemente para los sistemas de recubrimientos de automóviles, pero los automóviles aún tenían un problema importante: la oxidación de la carrocería del automóvil.
Un avance importante de los recubrimientos en la década de 1970 resolvió este problema: los cebadores de electrodeposición, comúnmente conocidos como «e-coat». El primer electrocoat automotriz fue un producto anódico desarrollado por el Dr. George Brewer en Ford alrededor de 1957. Sin embargo, hubo inconvenientes en la tecnología y PPG Industries introdujo el primer sistema catódico de recubrimiento electrónico para carrocerías automotrices en 1973. Debido a que estos recubrimientos esencialmente detienen el cuerpo automotriz de oxidación, esta nueva tecnología de imprimación fue uno de los mayores avances en tecnología de recubrimientos automotrices.
Las imprimaciones automotrices de electrorevestimiento modernas se aplican sumergiendo totalmente la carrocería ensamblada en un tanque grande que contiene el revestimiento electrónico a base de agua, y el revestimiento se aplica mediante electrodeposición catódica.
Esto asegura una cobertura de casi el 100% de todas las superficies metálicas por la imprimación. La química del recubrimiento es un esmalte a base de agua a base de epoxi, un aducto de aminoalcohol e isocianato bloqueado, que se reticulan al hornear para formar un sistema de resina de epoxi-uretano ( Figura 3) . Esta tecnología de resina, combinada con la excelente cobertura proporcionada por la electrodeposición, ofrece uno de los recubrimientos más efectivos para la protección contra la corrosión conocidos. Prácticamente todos los automóviles usan la tecnología e-coat como la base de su sistema de recubrimiento hoy en día.
Aunque e-coat proporciona una excelente protección contra la corrosión, tiene dos puntos débiles para un sistema de recubrimiento automotriz: apariencia inadecuada y mala fotoestabilidad. Para remediar estos problemas, se desarrollaron nuevos imprimadores automotrices de esmalte en la década de 1980. Estas superficies de imprimación se diseñaron para aplicarse al revestimiento electrónico curado para proporcionar una superficie más lisa y mejorar la apariencia de la capa superior, a la vez que proporcionan opacidad para proteger los imprimadores de revestimiento electrónico de la degradación UV. Las superficies de imprimación a menudo proporcionaron una resistencia al impacto mejorada para reducir también el astillado del revestimiento. La combinación de electrocoat más imprimación-superficie proporcionó un sistema total de imprimación automotriz con excelente protección contra la corrosión y una superficie sobresaliente para la capa superior. Eso puso en marcha el próximo gran avance en la tecnología de recubrimientos automotrices: capas base con capas transparentes.
Capa transparente y base color
Como se discutió anteriormente, los recubrimientos automotrices de laca acrílica termoplástica, dada su excelente apariencia, fueron la capa superior automotriz más utilizada en los años 1950-70. Sin embargo, estos acabados de laca tenían un inconveniente significativo: tenían una durabilidad exterior débil. Después de aproximadamente uno o dos años de exposición, los recubrimientos comenzarían a degradarse y se necesitaba un pulido para «devolver el brillo» a estos sistemas.
En la década de 1980, los fabricantes de automóviles solicitaban una mayor durabilidad para las capas superiores de automóviles, ya que los consumidores ahora esperaban que sus automóviles duraran al menos cinco años, y querían que el automóvil siguiera pareciendo cuando lo vieron por primera vez en la sala de exposición. Al mismo tiempo, la Agencia de Protección Ambiental comenzó a promulgar nuevas regulaciones de compuestos orgánicos volátiles (COV) que limitaban la cantidad de solvente que una instalación automotriz podía emitir a la atmósfera. El alto contenido de VOC y la débil durabilidad de los recubrimientos de laca acrílica ya no eran aceptables en el mercado automotriz.
Entonces, ¿cómo lograron los formuladores de recubrimientos automotrices sólidos más altos, mejor durabilidad y al mismo tiempo mejorar el aspecto del recubrimiento?
La respuesta es el siguiente paso de avance en el cambio que ocurrió en los recubrimientos automotrices: tecnología de capa base más capa superior de esmalte transparente. Ahora, en lugar de una capa superior de una sola capa, los formuladores diseñaron un sistema de dos capas que consiste en una capa base que contenía los pigmentos para proporcionar efectos de color, seguido de una capa de recubrimiento de polímero transparente que protegía la capa base.
Tanto la capa base como la capa transparente eran esmaltes, que se basaban en resinas acrílicas hidroxifuncionales reticuladas .
Este nuevo concepto de capas finales de esmalte de capa base / capa transparente tenía muchas ventajas:
1. Se logró un contenido reducido de solvente dado el bajo peso molecular de las resinas acrílicas hidroxifuncionales y el reticulante de melamina de baja viscosidad.
2. El recubrimiento curado a una alta densidad de reticulación en el horneado para proporcionar mejores propiedades.
3. La capa de capa base Color única permitió el uso de pigmentos de efecto aún más por los estilistas de color.
4. La capa de capa transparente fue formulada para proporcionar una mejor apariencia y la máxima protección para el sistema de recubrimiento a continuación.
Estos sistemas de capa base y la capa transparente lograron un equilibrio de propiedades previamente inalcanzable para el sistema de recubrimiento automotriz, proporcionando una apariencia visual sorprendente y una durabilidad a largo plazo.
Base agua en pintado automotriz
En la década de 1990, se produjo otro desarrollo importante en la formulación de recubrimientos para automóviles: el uso de capas base a base de agua. La química de estas capas base puede variar desde acrílicos y poliésteres reducibles con agua hasta látex acrílicos y dispersiones de poliuretano, pero el factor común es el uso del agua como uno de los principales componentes volátiles. Por lo general, el motivo para usar tecnología a base de agua es obtener VOC más bajos y reducir la huella ambiental del proceso de recubrimiento, pero ese no es el único beneficio de usar capas base a base de agua en automóviles. Resulta que las capas base automotrices a base de agua, dados sus sólidos formulados más bajos y sus perfiles reológicos únicos, a menudo pueden proporcionar una apariencia mejorada y efectos metálicos. Por lo tanto, de alguna manera,
En las últimas dos décadas, también se han desarrollado recubrimientos automotrices que utilizan muchas nuevas químicas de reticulación. Las capas transparentes han sido el foco de estas nuevas químicas, por lo que además de los sistemas originales de resina acrílica / melamina, ahora hay sistemas acrílico / silano / melamina, ácido / epoxi, carbamato / melamina y acrílico / isocianato. Se pueden lograr nuevas propiedades importantes para las capas transparentes con estas nuevas químicas de reticulación, como una mejor apariencia y durabilidad, una mejor resistencia al grabado ácido y resistencia al rayado y al desgaste.
El último cambio importante en la tecnología de recubrimientos automotrices ocurrió en la década de 2000, y este avance se centró en la eficiencia del proceso. En la típica planta de ensamblaje automotriz, la operación de pintura puede ocupar hasta la mitad del espacio de toda la instalación, representa aproximadamente el 40% del costo de capital de una planta de ensamblaje, utiliza el 80% de la energía y produce la gran mayoría de CO 2 y emisiones de COV! Los fabricantes OEM han pedido a los proveedores de pintura que encuentren una manera de reducir esta huella y el costo de aplicar el sistema de recubrimiento. Esto ha requerido que los formuladores de pintura desarrollen recubrimientos que se puedan aplicar de manera más eficiente, en menos pasos y con un menor requerimiento de energía.
▶Diferencia de Colores metálicos y colores perlados◀
En la actualidad, existen muchos procesos nuevos en las plantas automotrices que cumplen con estos criterios. Como ejemplo, Figura 5compara un diagrama de un proceso típico de sistema de pintura de imprimación / pintura de acabado automotriz versus el proceso de recubrimientos más reciente que Ford ha implementado en muchas de sus plantas de ensamblaje. El proceso típico para una imprimación a base de agua, una capa base a base de agua y un sistema de capa transparente a base de solvente incluye dos hornos de horno y un flash calentado, todo lo cual requiere tiempo y energía. Compare eso con el nuevo proceso “3-Wet” en Ford, donde se aplica una imprimación a base de solvente, una capa base a base de solvente y una capa transparente a base de solvente una después de la otra, y se realiza un solo horneado después de la aplicación de las tres capas del sistema de recubrimientos. Este método de aplicación 3-Wet reduce la huella de la línea de recubrimientos, acorta el tiempo total del proceso de pintura y ahorra costos de energía. Interesantemente La mayor parte del ahorro de energía proviene de la eliminación de la cabina de imprimación, no del horno de imprimación. El movimiento de hasta varios cientos de miles de pies cúbicos por minuto de aire acondicionado (temperatura y humedad) a través de una cabina de pintura consume mucha más energía que el gas natural utilizado para calentar un horno. Otros fabricantes de automóviles han introducido otros procesos «compactos» y utilizan nombres como B1 / B2 o 3 capas 1 horneado. Todos eliminan esencialmente la cabina de imprimación y el horno independientes, lo que resulta en ahorros significativos sin comprometer la calidad. Claramente, estos cambios en el proceso de aplicación requieren una reformulación del sistema de recubrimiento de imprimación / capa superior para tolerar los procesos húmedo sobre húmedo.
El movimiento de hasta varios cientos de miles de pies cúbicos por minuto de aire acondicionado (temperatura y humedad) a través de una cabina de pintura consume mucha más energía que el gas natural utilizado para calentar un horno. Otros fabricantes de automóviles han introducido otros procesos «compactos» y utilizan nombres como B1 / B2 o 3 capas 1 horneado. Todos eliminan esencialmente la cabina de imprimación y el horno independientes, lo que resulta en ahorros significativos sin comprometer la calidad.
Claramente, estos cambios en el proceso de aplicación requieren una reformulación del sistema de recubrimiento de imprimación / capa superior para tolerar los procesos húmedo sobre húmedo. El movimiento de hasta varios cientos de miles de pies cúbicos por minuto de aire acondicionado (temperatura y humedad) a través de una cabina de pintura consume mucha más energía que el gas natural utilizado para calentar un horno. Otros fabricantes de automóviles han introducido otros procesos «compactos» y utilizan nombres como B1 / B2 o 3 capas 1 horneado. Todos eliminan esencialmente la cabina de imprimación y el horno independientes, lo que resulta en ahorros significativos sin comprometer la calidad. Claramente, estos cambios en el proceso de aplicación requieren una reformulación del sistema de recubrimiento de imprimación / capa superior para tolerar los procesos húmedo sobre húmedo. lo que resulta en ahorros significativos sin comprometer la calidad. Claramente, estos cambios en el proceso de aplicación requieren una reformulación del sistema de recubrimiento de imprimación / capa superior para tolerar los procesos húmedo sobre húmedo. lo que resulta en ahorros significativos sin comprometer la calidad. Claramente, estos cambios en el proceso de aplicación requieren una reformulación del sistema de recubrimiento de imprimación / capa superior para tolerar los procesos húmedo sobre húmedo.
Es interesante notar que comencé esta historia de la tecnología de recubrimientos para automóviles con una discusión sobre el desarrollo de un nuevo recubrimiento para mejorar la productividad de la pintura negra de Henry Ford, y ahora, un siglo después, los últimos avances en tecnología de recubrimientos para automóviles han regresado a centrándose en ese objetivo.
▶Espesor de Pintura Automotriz desde fabrica OEM◀