El recubrimiento epoxi adherido por fusión , también conocido como recubrimiento epoxi en polvo por fusión y comúnmente conocido como recubrimiento FBE , es un recubrimiento en polvo a base de epoxi que se usa ampliamente para proteger contra la corrosión las tuberías de acero utilizadas en la construcción de tuberías . También se usa comúnmente para proteger barras de refuerzo (aunque se eliminará gradualmente a partir de 2005 [1] ) y en una amplia variedad de conexiones de tuberías, válvulas, etc. [2] Los recubrimientos FBE son recubrimientos de polímeros termoestables . [3] Se incluyen en la categoría de revestimientos protectores en pinturas y nomenclatura de revestimientos. El nombre de epoxi de unión por fusión se debe a la ausencia de reticulación y al método de aplicación, que es diferente al de una pintura convencional. En 2020, el tamaño del mercado se cotizaba en 12 mil millones de dólares. [4]
Los componentes de resina y endurecedor en el polvo seco FBE permanecen sin reaccionar en condiciones normales de almacenamiento. A temperaturas típicas de aplicación de recubrimiento, generalmente en el rango de 180 a 250 °C (356 a 482 °F), el contenido del polvo se funde y se transforma en una forma líquida. La película líquida de FBE se moja y fluye sobre la superficie de acero sobre la que se aplica, y pronto se convierte en un recubrimiento sólido mediante reticulación química, asistida por calor. Este proceso se conoce como “unión por fusión”. La reacción química de reticulación que se produce en este caso es irreversible. Una vez que se produce el curado, el recubrimiento no puede devolverse a su forma original de ninguna manera. La aplicación de calentamiento adicional no "derrite" el recubrimiento y, por lo tanto, se lo conoce como recubrimiento " termoestable ".
Desde su introducción como recubrimiento protector a principios de la década de 1960, las formulaciones de recubrimiento FBE han experimentado grandes mejoras y desarrollos. Hoy en día, se encuentran disponibles varios tipos de recubrimientos FBE, que están hechos a medida para cumplir con diversos requisitos. Los FBE están disponibles como recubrimientos independientes y como componentes en varias capas. Hay disponibles recubrimientos FBE con diferentes propiedades para adaptarse a la aplicación de recubrimiento en el cuerpo principal de la tubería, superficies internas, soldaduras circunferenciales y accesorios.
Los componentes esenciales de un recubrimiento en polvo son: [5]
La parte conjunta de resina y endurecedor se conoce como "Aglutinante". Como su nombre lo indica, en los recubrimientos epoxi adheridos por fusión la parte de resina es una resina de tipo "epoxi". La estructura “ epoxi ” u “oxirano” contiene un anillo cíclico de tres miembros (un átomo de oxígeno conectado a dos átomos de carbono ) en la molécula de resina. Esta parte es el grupo más reactivo de las resinas epoxi. Las resinas FBE más utilizadas son derivados del bisfenol A y la epiclorhidrina . Sin embargo, también se utilizan comúnmente otros tipos de resinas (por ejemplo, tipo bisfenol F ) en formulaciones de FBE para lograr diversas propiedades, combinaciones o adiciones. Las resinas también están disponibles en varias longitudes moleculares, para proporcionar propiedades únicas al recubrimiento final.
La segunda parte más importante de los recubrimientos FBE es el agente de curado o endurecedor. Los agentes de curado reaccionan con el anillo epoxi o con los grupos hidroxilo, a lo largo de la cadena molecular del epoxi. Varios tipos de agentes de curado utilizados en la fabricación de FBE incluyen diciandiamida, aminas aromáticas, diaminas alifáticas y anhídridos de ácidos orgánicos . [6] El agente de curado seleccionado determina la naturaleza del producto FBE final: su densidad de reticulación, resistencia química, fragilidad, flexibilidad, etc. La proporción de resinas epoxi y agentes de curado en una formulación está determinada por sus pesos equivalentes relativos.
Además de estos dos componentes principales, los recubrimientos FBE incluyen cargas, pigmentos, extensores y varios aditivos para proporcionar las propiedades deseadas. Estos componentes controlan características como permeabilidad, dureza, color, espesor, resistencia al desgarro, etc. Todos estos componentes son normalmente sólidos secos, aunque se pueden usar pequeñas cantidades de aditivos líquidos en algunas formulaciones de FBE. Si se usan, estos componentes líquidos se rocían en la mezcla de formulación durante la premezcla en el proceso de fabricación.
La norma para el recubrimiento de tuberías con FBE es la ISO 21809 Parte 2.
Las partes esenciales de una planta de fabricación de recubrimientos en polvo son:
Los componentes de la formulación FBE se pesan y premezclan en mezcladores de alta velocidad. Luego, la mezcla se transfiere a una extrusora de alto cizallamiento. Las extrusoras FBE incorporan una configuración de tornillo simple o doble, que gira dentro de un cilindro tipo almeja fijo. Dentro del cilindro del extrusor se utiliza un rango de temperatura [ vago ] de 50 °C a 100 °C. Esta configuración comprime la mezcla FBE, mientras la calienta y la funde hasta obtener una forma semilíquida. Durante este proceso, los ingredientes de la mezcla fundida se dispersan completamente. Debido al rápido funcionamiento del extrusor y a la temperatura relativamente baja dentro del cilindro, los componentes epoxi y endurecedor no sufrirán una reacción química significativa. Luego, el extruido fundido pasa entre rodillos fríos y se convierte en una lámina sólida y quebradiza. Luego pasa a un “Kibbler”, que lo corta en trozos más pequeños. Estas virutas se muelen utilizando molinos (clasificadores) de alta velocidad hasta un tamaño de partícula de menos de 150 micrómetros (las especificaciones estándar requieren un paso del 100% en tamices de 250 micrómetros y un máximo de 3% retenido en un tamiz de 150 micrómetros). El producto final se envasa en recipientes cerrados, poniendo especial cuidado en evitar la contaminación por humedad. Las temperaturas normales de almacenamiento de los recubrimientos en polvo FBE son inferiores a 25 °C (77 °F) en almacenes con aire acondicionado.
Independientemente de la forma y el tipo de superficie de acero a recubrir, la aplicación del recubrimiento en polvo FBE tiene tres etapas esenciales:
La ventaja de las tuberías y barras de refuerzo es que su forma redonda permite una aplicación lineal continua sobre la superficie exterior, mientras las piezas se mueven en un transportador a través de la cabina de aplicación de polvo, lo que garantiza un alto rendimiento. En griferías, etc., el recubrimiento se aplica mediante pistolas pulverizadoras manuales. Otro método de aplicación es el proceso de "inmersión en fluido", en el que los componentes calentados se sumergen en un lecho de polvo fluidizado (ver más abajo).
La limpieza con chorro de arena es el método más utilizado para la preparación de superficies de acero. [7] Esto elimina eficazmente el óxido, las incrustaciones, los listones, etc., de la superficie y produce una limpieza de grado industrial y un acabado superficial rugoso. La rugosidad del acero lograda después del granallado se denomina perfil y se mide en micrómetros o mils . Los rangos comúnmente utilizados para perfilar recubrimientos FBE son de 37 a 100 micrómetros (1,5 a 4 mils). El perfil aumenta la superficie efectiva del acero. La limpieza lograda se evalúa según los grados ISO 8501-1 : estos se originaron a partir de un conjunto de diapositivas fotográficas en una norma sueca (SIS) que muestran ejemplos de la terminología común de metal blanco, casi metal blanco, etc. Normalmente, SA 2½ es utilizado para tuberías (equivalente a NACE N°2).
Es importante eliminar la contaminación por grasa o aceite antes de realizar la limpieza con chorro de arena. Para este propósito se utilizan comúnmente limpieza con solventes, quemado, etc. En el proceso de limpieza por chorro, se utiliza aire comprimido (90 a 110 psi/610 a 760 kPa) para forzar un abrasivo sobre la superficie a limpiar. Los abrasivos más utilizados son óxido de aluminio, arena de acero, perdigones de acero, granate, escoria de carbón, etc. Otro método de limpieza con chorro de arena es la limpieza con chorro de arena centrífugo, que se utiliza especialmente para limpiar el exterior de las tuberías. En este método, se lanza abrasivo al cuerpo de la tubería giratoria mediante una rueda especialmente diseñada, que gira a alta velocidad, mientras que el abrasivo se alimenta desde el centro de la rueda.
El calentamiento se puede lograr mediante varios métodos, pero los más utilizados son el "calentamiento por inducción" o el "calentamiento en horno". La pieza de acero pasa a través de un campo magnético de corriente alterna de alta frecuencia, que calienta la pieza metálica a la temperatura requerida para la aplicación del recubrimiento FBE. La temperatura de aplicación típica para un FBE independiente es de 225° a 245°C. Cuando se utiliza como imprimador en un sistema de poliolifina multicapa, la temperatura de aplicación se puede reducir según las recomendaciones del fabricante de FBE, para cumplir con los parámetros de "adhesión entre capas". Algunos fabricantes de polvos FBE han desarrollado recientemente recubrimientos FBE de grado especial que se pueden aplicar a temperaturas tan bajas como 175 °C. Otros métodos de calentamiento son el “calentamiento en horno”, el “calentamiento por infrarrojos”, etc. El polvo de FBE se coloca sobre un “lecho de fluidización”. En un lecho fluidizado, las partículas de polvo se suspenden en una corriente de aire, en la que el polvo se "comportará" como un fluido. Una vez que se corta el suministro de aire, el polvo permanecerá en su forma original. El polvo fluidizado se pulveriza sobre el sustrato caliente mediante pistolas pulverizadoras adecuadas. Una pistola pulverizadora electrostática incorpora un electrodo ionizador que proporciona a las partículas de polvo una carga eléctrica positiva. El acero a recubrir se "conecta a tierra" a través del transportador. Las partículas de polvo cargadas se envuelven uniformemente alrededor del sustrato y se funden en forma líquida. Las superficies internas de las tuberías se recubren mediante lanzas pulverizadoras, que se desplazan de un extremo al otro del tubo calentado a una velocidad uniforme, mientras el tubo gira en su eje longitudinal.
El rango de espesor de recubrimiento estándar de los recubrimientos FBE independientes está entre 250 y 500 micrómetros, aunque se pueden especificar rangos de espesor más bajos o más altos, dependiendo de las condiciones de servicio. El polvo fundido "fluye" hacia el perfil y se adhiere al acero. El polvo fundido se convertirá en un recubrimiento sólido cuando finalice el "tiempo de gelificación", lo que generalmente ocurre unos segundos después de la aplicación del recubrimiento. La parte de resina del recubrimiento sufrirá reticulación, lo que se conoce como "curado" en condiciones de calor. El curado completo se logra mediante el calor residual del acero o con la ayuda de fuentes de calor adicionales. Dependiendo del sistema de recubrimiento FBE, el curado completo se puede lograr en menos de un minuto o en unos pocos minutos en el caso de los FBE de curado prolongado, que se utilizan para aplicaciones de recubrimiento interno de tuberías.
Las barras de refuerzo se recubren de manera similar a la aplicación de recubrimiento, en el exterior de las tuberías. Para la aplicación del recubrimiento FBE en el interior de la superficie de la tubería, se utiliza una lanza. La lanza entra en el tubo precalentado y comienza a pulverizar el polvo desde el extremo opuesto, mientras el tubo gira sobre su eje y la lanza sale a una velocidad predeterminada.
En accesorios como T, codos, codos, etc., se puede pulverizar polvo utilizando pistolas pulverizadoras manuales. Los accesorios de tamaño pequeño también se pueden recubrir sumergiéndolos en un lecho fluidizado de polvo, después de calentar el acero a la temperatura requerida para la aplicación del polvo. Después de soldar en campo los extremos de la tubería, también se puede aplicar FBE en el área de soldadura.
Las ventajas de la aplicación de FBE sobre la aplicación de recubrimiento líquido convencional son:
Hay varios modos potenciales de falla para el epoxi adherido por fusión. Uno de estos modos de falla es por degradación ultravioleta. [8]
Los principales fabricantes de FBE del mundo son Sherwin-Williams (Valspar), SolEpoxy (antes Henkel/Dexter), KCC Corporation , Jotun Powder Coatings , 3M , Axalta Coating Systems , Akzo Nobel , BASF y Rohm & Haas . [9]
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