Pintura en aerosol

Antecedentes

La pintura en aerosol es un producto en aerosol diseñado para dispensarse como una fina niebla. En comparación con los métodos de pintura convencionales con brocha, la pintura en aerosol es más rápida y proporciona una aplicación más uniforme. Mientras que la pintura en aerosol industrial se basa en compresores de aire especiales que rompen las partículas de pintura en una fina niebla, las pinturas en aerosol comerciales son latas de aerosol autónomas que utilizan gases licuados para atomizar la pintura.

Historial

El arte y la ciencia de la pintura se remontan a más de 30.000 años. Los humanos primitivos pintaban toscas representaciones de sus vidas en las paredes de las cuevas que aún hoy son visibles. A lo largo de los siglos, a medida que se desarrollaron métodos y materiales mejorados, la pintura evolucionó como una forma de expresar el arte y como una herramienta funcional. En 1700, Thomas Child construyó en Boston el primer molino de pintura registrado en Estados Unidos. Las primeras pinturas listas para usar para el consumidor fueron desarrolladas más de 150 años después por D. R. Averill en Ohio.

Si bien estas pinturas eran deseadas comercialmente por los consumidores, también eran muy caras de enviar a todo el país debido a su peso. A medida que los métodos de producción en masa se volvieron cada vez más disponibles, los fabricantes aprendieron cómo hacer pintura de manera más eficiente. Comenzaron a surgir pequeñas fábricas por todo el país. Este sistema de pequeñas plantas de fabricación descentralizadas permitió a los fabricantes vender pintura en todo el país. Este sistema persistió en la industria hasta mediados del siglo XX.

En la década de 1940, la industria de la pintura dio un paso más con la invención de la lata de aerosol. Desarrollado originalmente por los militares como una herramienta para dispensar insecticidas, los sistemas de aerosol se adaptaron rápidamente a otras categorías de productos, incluida la pintura en aerosol. En 1948, Chase Company en Chicago se convirtió en una de las tres empresas autorizadas por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos para fabricar repelentes de mosquitos en aerosol. Usando tecnología y equipos similares, unos años más tarde se convirtieron en los primeros productores comerciales de pintura en aerosol.

Desde su nacimiento en la década de 1950, la industria de la pintura en aerosol ha disfrutado de un éxito considerable, pero también se ha enfrentado a muchos desafíos. A fines de la década de 1970, los legisladores prohibieron que las pinturas usaran propelentes de clorofluorocarbonos (CFC) debido al papel que se cree que estos solventes juegan en el agotamiento del ozono atmosférico. A fines de la década de 1990, la Junta de Recursos del Aire de California (CARB) comenzó a imponer límites a la cantidad de compuestos orgánicos volátiles (COV) que se pueden usar en la pintura en aerosol. Se ha demostrado que los COV contribuyen a la contaminación del aire. Estos mandatos regulatorios han afectado dramáticamente la calidad de las formulaciones de pintura en aerosol. A pesar de estos desafíos, las pinturas en aerosol continúan siendo un bien de consumo popular. En 1997, casi 25 millones de galones (94 millones 1) de pintura en aerosol se produjeron solo en los Estados Unidos.

Materias primas

Pigmentos

Los pigmentos se utilizan en la pintura en aerosol para proporcionar color y opacidad. Hay cuatro tipos básicos de pigmentos que se utilizan en la pintura en aerosol. Los pigmentos blancos como el dióxido de titanio se utilizan para dispersar la luz y hacer que la superficie pintada sea más opaca. Los pigmentos de color, como su nombre lo indica, dan color a la mezcla de pintura. Estos incluyen una variedad de productos químicos sintéticos. Los pigmentos inertes se utilizan como cargas que alteran las características de película de la pintura. Por último, los pigmentos funcionales proporcionan características de rendimiento adicionales, como la protección de los rayos ultravioleta.

Los pigmentos deben elegirse con cuidado porque también pueden afectar ciertas características de la formulación, como la viscosidad. Si los pigmentos no se dispersan adecuadamente, pueden aglomerarse, es decir, pueden unirse para formar grumos más grandes que se asentarán en el fondo del recipiente. Cuando esto ocurre, los pigmentos no pueden separarse en partículas lo suficientemente pequeñas para rociar a través de la válvula.

Disolventes

Los solventes son los líquidos que transportan el resto de ingredientes de la pintura. Si bien el agua es un buen solvente para muchos materiales, se seca lentamente y tiende a causar corrosión en las latas de metal. Por tanto, se utilizan disolventes no acuosos de secado rápido. La selección del solvente también puede afectar la estabilidad de la dispersión del pigmento. Algunos solventes pueden absorber la capa externa de la partícula y hacer que se hinche; esta interacción ayuda a estabilizar la dispersión. Otros tipos de disolventes, por otro lado, pueden tener un efecto negativo sobre la dispersión del pigmento. Si los solventes cubren completamente la superficie de la partícula, pueden prevenir la interacción de otros ingredientes y pueden desestabilizar la fórmula.

Propelentes

Los propulsores son gases que fuerzan a la pintura a salir de la lata al expandirse rápidamente cuando se abre la válvula. Los gases de clorofluorocarbono (CFC) se utilizaron originalmente como propulsores, pero se prohibió su uso en 1978 porque se descubrió que agotan la capa de ozono. Se utilizaron otros gases como el butano y el propano como sustitutos de los CFC. Estos hidrocarburos se clasifican según la cantidad de presión que crean en la lata. El butano 40, por ejemplo, es una mezcla de butano y propano y tiene una presión de vapor de 40 psi (2,8 kgf / cm ² ) por pulgada cuadrada. Los propulsores de hidrocarburos se utilizaron como propulsores primarios hasta la década de 1980, cuando la Junta de Recursos del Aire de California determinó que estos productos químicos contribuyen al smog. Aprobaron regulaciones que limitaban la cantidad que se podía usar en pintura en aerosol. Para resolver estos problemas, se desarrolló una nueva clase de propulsores conocidos como hidrofluorocarbonos (HFC) para su uso en aerosoles. Estos incluyen 1,1, -difluoroetano (Propelente 152A) y 1, 1, 1, 2, -tetrafluorometano (Propelente 134A).

Otros ingredientes

Se incluyen otros ingredientes en la fórmula para estabilizar la dispersión del pigmento, controlar el pH y la viscosidad y prevenir la corrosión en la lata.

Embalaje

Las pinturas en aerosol se envasan en latas de aluminio o acero estañado. La lata está sellada con una válvula que controla cómo se dispensa la pintura. La parte superior de la válvula es un botón que controla la forma del aerosol; está unido al cuerpo de la válvula que actúa como una cámara de mezcla para el concentrado de pintura líquida y el propulsor. En la parte inferior de la válvula se adjunta un tubo de plástico que lleva la pintura hacia arriba desde el fondo de la lata.

El
proceso de fabricación

Dosificación del concentrado

• 1 El primer paso en la fabricación de pintura en aerosol es preparar el concentrado líquido en tanques grandes de metal o vidrio. Este proceso implica mezclar los ingredientes líquidos como disolventes, inhibidores de corrosión y agentes de control de viscosidad y pH con grandes mezcladores de tipo impulsor impulsados ​​por motores eléctricos.

Dispersión de los pigmentos

• 2 El paso crítico en el proceso de fabricación es asegurar que las partículas sólidas de pigmento se dispersen adecuadamente. Se debe tener cuidado para asegurar que el líquido desplace todo el aire que rodea a las partículas. La simple mezcla con una pala de hélice no es suficiente para dispersar los pigmentos, por lo que se utiliza un equipo de mezcla especial, como un molino de bolas. Un molino de bolas es un recipiente circular, como un tambor, que se llena con bolas de cerámica o de acero inoxidable. Los pigmentos secos se mezclan con algo del concentrado de pintura para formar una suspensión que se vierte en este tambor. Luego, el tambor se coloca sobre un par de rodillos de metal giratorios; como El interior de una lata de pintura en aerosol y cómo funciona. gira, las bolas caen en el tambor y rompen las partículas de pigmento.

  Otro tipo de mezclador que se puede utilizar en este proceso es un molino de rodillos que consta de dos cilindros de metal giratorios muy próximos. La lechada de pigmento pasa a través de los rodillos a medida que giran uno contra el otro. Las partículas de pigmento se rompen por la acción de los rodillos hasta que solo las partículas más pequeñas pasan a través del espacio; las partículas agregadas más grandes se rompen.

• 3 Una vez que los pigmentos se hayan humedecido adecuadamente, la lechada se puede agregar al resto del concentrado líquido en el tanque de dosificación. Esta mezcla se agita luego hasta que sea homogénea. En este punto del proceso, se puede tomar una muestra del concentrado de pintura para verificar la consistencia y el color. Si el color no coincide adecuadamente, se pueden hacer adiciones al lote para ajustar el color. Se pueden hacer ajustes para aumentar la carga de pigmento para realzar el color o para agregar más solvente para diluirlo. Una vez que se sabe que el lote cumple con las especificaciones adecuadas, se puede transferir a un tanque de llenado.

Proceso de llenado

• 4 Los procesos de llenado utilizados para aerosoles están altamente automatizados. Las latas vacías viajan por una cinta transportadora para llegar al equipo de llenado. Los chorros de aire comprimido eliminan el polvo o la suciedad que pueda haber en las latas antes de que se llenen con el concentrado mediante los cabezales de llenado. Estos cabezales son una serie de boquillas que están conectadas a tubos que transfieren la pintura desde el tanque de llenado. Un mecanismo de pistón controla la cantidad de líquido que se inyecta en la lata. Después de llenar las latas, continúe por la línea de ensamblaje hasta un dispositivo de gaseado que inyecta propulsor licuado en la lata y luego aprieta inmediatamente la válvula contra el borde de la lata para sellarla.
• 5 Después de gasear, las latas pasan a través de una cubeta de agua caliente para que puedan observarse para verificar si hay fugas. Si la lata tiene un agujero o si la válvula no está sellada correctamente, se verán pequeñas burbujas en el baño de agua. Las latas defectuosas se retiran y se desechan. Después de pasar por el abrevadero, las latas se secan con más aire comprimido. Al final de la línea de montaje, se coloca una tapa sobre la válvula para proteger el aerosol de una activación accidental. Finalmente, las latas se empaquetan en cajas de cartón y se colocan en palés para su envío.

Control de calidad

La calidad del producto de pintura en aerosol se evalúa en varias etapas. Durante el procesamiento por lotes, se verifica el concentrado para asegurarse de que tenga el tono adecuado. Esto se puede hacer simplemente comparando visualmente una muestra del lote fresco con un estándar aprobado. Se puede esparcir una pequeña cantidad de pintura sobre un fondo blanco para ayudar en esta comparación. Además, se pueden utilizar métodos de análisis instrumentales fotométricos o colorimétricos más sofisticados. Se utilizan métodos de prueba analíticos, como la prueba de punto de flujo de Daniels, para garantizar que la dispersión de la pintura sea estable. Durante el proceso de llenado de aerosol, se extraen muestras aleatorias de la línea de montaje para su verificación. Las evaluaciones críticas incluyen el peso de llenado, la concentración de sólidos y la presión de la lata. La tasa de pulverización (la cantidad de pintura administrada por unidad de tiempo) y el patrón de pulverización (el tamaño y la forma de la pulverización) también se evalúan cuidadosamente. Una vez finalizada la fabricación, se pueden realizar estudios de envejecimiento acelerado para garantizar que las latas se rocíen sin obstruirse y que el interior de las latas permanezca libre de óxido.

El futuro

La industria de la pintura en aerosol se enfrenta a una variedad de desafíos futuros que involucran aspectos técnicos y de marketing. A medida que el mercado ha madurado, los fabricantes luchan por encontrar nuevas formas de comercializar sus productos. La empresa Krylon (una división de Sherwin-Williams) está orientando los esfuerzos de marketing futuros en dos nuevas áreas. Una nueva línea de productos está dirigida a mujeres y niños con pinturas que ofrecen nuevos colores brillantes, mayor capacidad de lavado y una nueva fragancia fresca. La otra línea está dirigida a aplicaciones específicas de contratistas de viviendas, como pintura para puertas / contraventanas, pintura para ventilación y pintura para pisadas y agarres.

Además de los desafíos de marketing, los futuros formuladores de pinturas deberán continuar buscando formas de reducir costos o mejorar el rendimiento. Se pueden encontrar ejemplos de tecnología futura en dos nuevos enfoques de formulación. Uno trata de dos nuevos solventes que mejoran la apariencia de la película de pintura después del secado y el otro involucra una relación de pigmento-relleno-aglutinante reducida que mejora la cobertura de la superficie. Finalmente, otros desafíos futuros que enfrentan las pinturas en aerosol incluyen regulaciones ambientales destinadas a controlar las emisiones de COV y el calentamiento global, problemas legales con respecto al etiquetado de seguridad y el abuso continuo de productos por parte de los artistas del graffiti.

Dónde obtener más información

Libros

Johnsen, Montfort A. El manual de aerosoles. Wayne Dorland Company, 1982.

Publicaciones periódicas

Johnsen, Montfort A. "Aerosoles:el desafío de los VOC avanza hacia el siglo XXI". Tecnología de pulverización 11 (1999):21.

Otro

"Valor económico de pinturas y recubrimientos". Página web de la Asociación Nacional de Pinturas y Recubrimientos. Diciembre de 2001. .

Randy Schueller