Proceso industrial de fabricación de pinturas

El proceso industrial de fabricación de pinturas se basa en la mezcla de pigmentos con componentes base, como resinas sintéticas o aglutinantes que ayudan a los pigmentos a estabilizarse y disolverse. Las pinturas son suspensiones que contienen partículas suficientemente grandes (pigmentos) para ser visibles a simple vista. El proceso de elaboración de pinturas es realmente simple, ya que no requiere gran inversión en maquinarias, sin embargo, requiere de pericia para realizar pesadas y mezclas de componentes.

Diferentes tipos de pinturas. Imagen de harvestcoatings

En este artículo describiremos el proceso de fabricación de pinturas, los conceptos básicos, las materias primas utilizadas y los productos que se obtienen del proceso de fabricación de pinturas.

Tabla de contenidos

1. ✔Conceptos básicos
2. ✔Clasificación de las pinturas
3. ✔Materias primas e insumos para el proceso de fabricación de pinturas
4. ✔Descripción del proceso de fabricación de pinturas
5. ✔Sub-procesos de producción de pinturas
6. ✔Productos que se obtienen del proceso de fabricación de pinturas

Conceptos básicos

Fábrica de pinturas área de completación. Imagen de pinterest

Para comprender el proceso de fabricación de pinturas es necesario tener en cuenta algunos conceptos importantes, sobre todo, relacionados a las materias primas, los cuales describiremos a continuación:

Pigmentos

Es un material que tiene la capacidad de cambiar el color de la luz que refleja, gracias a la absorción selectiva del color. Para lograr este cometido, el pigmento absorbe selectivamente ciertas ondas de luz, dependiendo de su longitud de onda. Un pigmento debe tener una gran capacidad de teñir superficies de cualquier tipo y debe ser estable en forma sólida a temperatura ambiente.

Aglutinantes

Son sustancias utilizadas para albergar al pigmento y mantenerlo fijo al soporte. Las principales características que deben tener los aglutinantes son las siguientes:

• Poseer una gran capacidad de mezclado con el pigmento
• Ser muy resistentes cuando se encuentren secos
• Tener una textura que permita su aplicación

Solventes

Los solventes son sustancias utilizadas para disolver el aglutinante en el caso de que este se encuentre en fase sólida, y en el caso de que el aglutinante sea líquido, permiten que este pueda fluir con facilidad.

Aditivos menores

Se trata de sustancias que son adicionadas a la pintura en pequeñas proporciones respecto a las materias primas y que le otorgan a la pintura diferentes características o funciones específicas, que no se logran con los componentes originales de la mezcla.

Clasificación de las pinturas

Existen diferentes tipos de clasificación para las pinturas, los cuales, van a depender directamente del proceso de fabricación, de las materias primas, de los aditivos menores y del tipo de uso dado a la pintura. Seguidamente, describiremos las diferentes clasificaciones para las pinturas:

Según el nivel de capa específica de la pintura

Este tipo de clasificación se basa en las capas de la pintura, y puede ser:

• Pinturas de imprimación
• Pinturas selladoras
• Pinturas de acabado

Las pinturas de imprimación son las primeras capas que se aplican sobre una pieza y están diseñadas y formuladas para poder proteger la pieza de la oxidación y corrosión. También son utilizadas como base para una segunda capa de pintura.

Las pinturas selladoras son capas intermedias de pintura que, por lo general, van sobre capas de imprimación. Son utilizadas cuando se ha aplicado masilla a una pieza, de modo, que sellan y aíslan la capa de masilla del acabado, permitiendo mejorar la adherencia y la compatibilidad con próximas capas de pintura.

Las pinturas de acabado representan a todo el conjunto de pinturas que son utilizadas para dar color a la pieza, son resistentes a la abrasión, a los agentes químicos, a la humedad, etc, ya que es la capa de pintura que se encuentra en contacto con el exterior.

Según el sector al cual se destina la aplicación

En esta clasificación, podemos encontrar:

• Pinturas para automóviles
• Pinturas marinas
• Pinturas industriales
• Pintura para edificaciones y construcciones
• Pintura decorativa (hogar)

El diseño de las pinturas se basa según el sector al cual serán destinadas, ya que cada sector tiene requerimientos y materiales diferentes para las pinturas, lo que les otorga características específicas.

Según el número de capas aplicadas en el sistema

En esta clasificación, tenemos:

• Pintura directa
• Pintura monocapa
• Pintura bicapa
• Pintura tricapa

La pintura directa, como su nombre lo indica, se aplica directamente sobre la superficie. Ofrece cierta resistencia a la oxidación, a la radiación ultra violeta, a los agentes externos y aporta directamente color, brillo y estética final a la superficie.

La pintura monocapa emplea el sistema clásico de aplicación de dos capas, una de imprimación y otra de esmalte o acabado (siendo esta la monocapa). La primera capa protege frente a la oxidación y la corrosión, mientras que la segunda capa, protege de los elementos externos y aporta color y brillo.

La pintura bicapa corresponde a un sistema de aplicación compuesto de 3 capas: Imprimación, base de color y laca. El acabado final se consigue por medio de dos capas diferentes, una de color o efectos metalizados y una de barniz o laca.

Las pinturas tricapas están compuestas por un sistema de 4 capas: Una de imprimación y tres capas de acabado.

Según la emanación de compuestos volátiles

En esta clasificación, podemos encontrar:

• Pinturas al polvo
• Pinturas al agua
• Pinturas de alto contenido de sólidos
• Pinturas al disolvente

Las pinturas al polvo no requieren ninguna concentración de solventes, y las pinturas al agua contienen una ínfima concentración de solventes

Las pinturas de alto contenido de sólidos tienen una cantidad de solvente menor a las pinturas al disolvente.

Los tres primeros tipos de pintura de esta clasificación son formuladas y diseñadas para disminuir las emanaciones de compuestos orgánicos volátiles (COV) al ambiente.

Según el número de componentes de la pintura

Según la cantidad de componentes de la pintura, pueden ser:

• De 1 componente
• De 2 componentes
• De n componentes

Según la resina base de la pintura

Tenemos una gran variedad de pinturas, como las siguientes:

• Pinturas epoxi
• Pinturas poliuretano
• Pinturas acrílicas
• Pinturas alquídicas
• Pinturas de poliéster
• Pinturas vinílicas
• Pinturas de caucho
• Pinturas de silicatos
• Pinturas de silicona

Materias primas e insumos para el proceso de fabricación de pinturas

Flujograma del proceso de fabricación de pinturas. Imagen de sannopco

Materias primas

Pigmentos

Los pigmentos, por lo general, son polvos insolubles por sí solos en el medio líquido de la pintura. Suministran color, poder cubridor y protección anti corrosión. Entre los pigmentos más utilizados podemos encontrar: Zinc en polvo, compuestos en base a Cr y Pb, dióxido de titanio, sulfato de bario, aluminio en polvo, negro de humo y óxido de hierro, entre otros.

Dentro de la formulación de las pinturas encontramos de igual manera a las denominadas cargas, las cuales, permiten extender el pigmento y contribuir con un efecto de relleno. Entre estos materiales, tenemos: Baritas, tizas, caolines, sílices, talcos, entre otros. También existen cargas sintéticas, como caolines tratados, creta y sulfato de bario precipitado.

Los pigmentos son clasificados según el punto de vista tecnológico, en dos tipos:

1. Tintes o colorantes
2. Pigmentos (solos o en mezclas)

La diferencia entre ellos, es que los tintes son solubles en los vehículos de la composición, mientras que los pigmentos están conformados por material particulado, por lo general insolubles.

Los pigmentos también pueden clasificarse según su color. Esta última clasificación utiliza una letra mayúscula inicial “P” si se trata de un pigmento, o una “S” si es un tinte o colorante soluble.

Luego, se coloca una segunda letra separada con un punto que indica el tono del color, y que puede ser:

• Azul “B”
• Negro “Bk”
• Marrón “Br”
• Verde “G”
• Metálico “M”
• Naranja “O”
• Rojo “R”
• Violeta “V”
• Blanco “W”
• Amarillo “Y”

Seguido de la segunda letra, se coloca un punto y luego un número de dos o tres dígitos que identifica al colorante. Un ejemplo de este tipo de clasificación de color es: P.R.101 que identifica a un pigmento: Óxido de rojo.

Existe otra clasificación basada en el punto de vista químico del pigmento, dividiendo a los pigmentos en funcionales para cada pintura o recubrimiento en particular (para proteger superficies), y en pigmentos expendedores o cargas empleados para formulaciones de mejoras de características físico-químicas de la pintura.

Aglutinantes

Son sustancias generalmente de origen orgánico, cuya función principal es proteger al pigmento. Son utilizados en forma sólida, disueltos en compuestos orgánicos volátiles, en soluciones acuosas o en emulsiones a base de agua. Los aglutinantes pueden ser: Resinas naturales, resinas sintéticas y aceites secantes.

Las resinas naturales suelen ser de origen vegetal. Su uso ha disminuido en la actualidad debido al creciente desarrollo de las resinas sintéticas. Estas últimas combinan resinas naturales con aceites generando un aglutinante mucho más resistente al agua y a los agentes químicos. Entre las principales resinas sintéticas utilizadas tenemos: Resinas alquímicas, acrílicas, fenólicas, vinílicas, epóxicas, de caucho clorado, de poliuretano y de silicona. El aceite secante más utilizado es el aceite de linaza.

Entre los aglutinantes más comunes en el proceso de fabricación de pinturas, encontramos al acrílico 3, vinilo-acrílico, alquídico y éster epóxico. El acrílico es mucho más eficaz y más costoso, y es ideal para protección de superficies en climas extremos. Los aglutinantes no acrílicos tienden a degradarse ante una larga exposición a la luz ultra violeta.

Insumos

Solventes

Los solventes son también conocidos como vehículos volátiles. Se trata de sustancias en estado líquido que aportan a las pinturas el estado de fluidez requerido para su aplicación. El solvente debe evaporarse una vez que se aplica la pintura En la industria se utiliza una gran gama de solventes distintos, aunque las restricciones ambientales han logrado disminuir el uso de los solventes. Entre los solventes más utilizados, se encuentran:

• Tolueno
• Acetato de etilo

Aditivos menores

Estas sustancias al ser añadidas en pequeñas dosis, permiten adicionar características extra a las pinturas. Entre los aditivos más utilizados se encuentran los materiales secantes de cobalto que facilitan el secado de la pintura sin tener que adicionar aceites, y los aditivos plastificantes, compuestos por hormigón y polímeros. Este tipo de aditivo permite suavizar el acabado final de las pinturas.

Descripción del proceso de fabricación de pinturas

Diagrama de bloques del proceso de fabricación de pintura

El proceso de fabricación de pinturas posee una gama de productos muy amplia que abarca pinturas a base de agua y pinturas a base de solventes, además de barnices, lacas, impermeabilizantes, recubrimientos anti corrosivos, pinturas marinas, pinturas automotrices, etc. El proceso de fabricación de pinturas sigue un esquema uniforme alrededor del mundo, adicionando (según el lugar) algunas variaciones. A continuación, describiremos un esquema estándar, que puede variar según el tipo de pintura que se desee fabricar.

Recepción de la materia prima

El primer paso en el proceso de fabricación de la pintura es la recepción de la materia prima. Una vez que llega la carga de materia prima y de insumos de los proveedores, se clasifica como materiales estándar y materiales peligrosos e inflamables.

Inspección de la materia prima

Esta inspección puede realizarse de dos formas:

1. Basándose en los certificados de análisis realizados por los proveedores certificados y homologados.
2. Realizando análisis de laboratorio propios para confirmar el cumplimiento de las especificaciones.

La inspección es un paso muy importante, ya que permite verificar que las materias primas y los insumos cumplen con las especificaciones requeridas, y en el caso de los solventes, las concentraciones necesarias para el proceso de fabricación de pinturas.

Pesaje de la materia prima para el proceso de fabricación de pinturas

El pesaje de la materia prima variará según la fórmula de cada producto y en función del tipo de pintura que se desee producir. Una vez hecho el pesaje, se organiza y se almacena, para posteriormente utilizarla en las partes del proceso de fabricación en donde se requiera.

Empastado o premezcla

En esta parte del proceso se mezclan los componentes sólidos. Se crea una pasta conformada por los pigmentos, resinas, aditivos dispersantes y una pequeña parte de disolvente. Lo primero que se hace es adicionar la resina al mezclador y luego de a poco, se van adicionando los pigmentos uno a uno y seguidamente, el dispersante.

La idea es lograr un primer punto de estabilidad de mezcla, ya que los pigmentos deben diluirse de manera progresiva y así, con la pequeña cantidad de solvente adicionado se forma una masa de aspecto pastoso. Este proceso se realiza aproximadamente en 30 minutos y la velocidad de mezcla recomendada es de 500 RPM.

Dispersión

Una vez que se tiene la premezcla se debe incrementar la velocidad del dispersor a unas 800 RPM, de modo, que se logre una dispersión efectiva de los pigmentos en las resinas. Se va adicionando una pequeña parte de disolvente durante la operación de dispersión, que debe durar aproximadamente 40 minutos.

Molienda

Una vez que la mezcla sale de la dispersión, se transporta mediante un sistema de bombeo hacia la zona de molienda, allí se introduce la mezcla en un molino de perlas en donde la pasta anteriormente lograda se somete a un proceso de cizallamiento mecánico, en el cual, los pigmentos pasan a ser aglomerados en partículas del orden de 5 a 10 micrones.

El molino debe tener un 75% de su volumen con perlas cerámicas y debe poseer una camisa de refrigeración para evitar el recalentamiento.

Completación

Esta es una de las etapas importantes del proceso de fabricación de pinturas. Cuando se obtiene el tamaño de partículas deseado durante la molienda (fineza), la pasta se retira del molino y es transferida a tanques de completación. Estos tanques son cilíndricos y cuentan con un sistema de agitación. Allí, se van adicionando las resinas necesarias para completar el producto según la fórmula definida. También son adicionados otros aditivos, según la fórmula que se esté utilizando.

La pasta diluida en estos tanques forma la base de la pintura, al agregarle los aglutinantes y los aditivos en concentraciones tales que no alteren la concentración de los pigmentos, formando así las propiedades que caracterizan a la pintura que se está fabricando.

Ajuste de viscosidad

Al finalizar la completación del proceso de fabricación de pintura, se adiciona la cantidad de solventes requeridos para garantizar que la pintura tenga la viscosidad especificada. Se adiciona más solvente, ya que la viscosidad de la pintura determinará la cantidad de área que se cubrirá por cada película de pintura que se aplique a una superficie.

Descarga y envasado

En esta etapa, se realiza un procedimiento de filtrado y envasado del producto en diferentes presentaciones (galón, litro, etc) según la presentación del producto final. Luego, los envases son almacenados y dispuestos para el despacho.

Despacho y transporte

El producto almacenado es dispuesto en paletas, y una vez ubicados sus destinos finales, son colocadas dentro de camiones, en donde serán transportadas hacia las instalaciones de los distribuidores autorizados o hacia puertos o aeropuertos, según el pedido del producto.

Sub-procesos de producción de pinturas

Esquema gráfico de una planta de fabricación de pintura

Podemos apreciar dos sub-procesos dentro del proceso general de producción de pinturas. Dichos sub-procesos están en función del producto final y son los siguientes:

Producción de base incolora (pintura blanca, sub-proceso 1)

Para elaborar pintura blanca o base incolora, se deben realizar las siguientes operaciones:

1. Dispersión de la base concentrada incolora en un 30% de concentración de sólidos.
2. Mezclado de terminación de base incolora.

Al culminar estas dos operaciones, se obtiene una base incolora o pintura blanca, la cual puede envasarse directamente o seguir el proceso de fabricación de pintura de color.

Producción de pintura de color (sub-proceso 2)

Este sub-proceso se caracteriza por presentar las siguientes operaciones:

1. Dispersión del pigmento de modo que se forme una pasta coloreada con una concentración de sólidos del 45%.
2. Molienda de la pasta.
3. Mezclado del producto de la molienda con resinas y solventes.

Al finalizar estas operaciones se obtiene un concentrado de color. Este concentrado es mezclado con base incolora para finalizar la producción de pintura de color, luego es envasado, pasando previamente por control de calidad.

Productos que se obtienen del proceso de fabricación de pinturas

Proceso de mezcla. Imagen de mar-kov

Los principales productos que se obtienen del proceso de fabricación de pinturas antes descrito, se fabrican según las fórmulas específicas para cada tipo de producto, y son los siguientes:

Pintura en base de agua

Se encuentra integrada por pigmentos extensores de tiempo de secado, agentes dispersantes, preservantes, amoníaco o aminas, agentes anti espumantes y emulsión de resinas. El proceso se inicia con la adición de agua, amoníaco y agentes dispersantes dentro de un tanque de premezcla, luego se van adicionando los pigmentos y agentes extensores.

Al finalizar la premezcla, se pasa la pasta por un proceso de molienda donde ocurre la dispersión, para luego pasar a un tanque de mezclado con agitación donde se adicionan las resinas, plastificantes, preservantes y anti espumantes, para finalizar con la adición de la emulsión de resinas.

Luego de que todo esté integrado, se adiciona agua hasta lograr la consistencia deseada. Finalmente, se hace pasar la pintura por un proceso de filtración para remover pigmentos no disueltos, para luego, envasar y embalar.

Cabe destacar, que sólo los esmaltes al agua pasan por la molienda. Los látex y pastas, se dispersan y terminan en el tanque de mezclado.

Pintura en base de solvente

Estas pinturas están constituidas por pigmentos, resinas, sustancias secantes, agentes plastificantes y solvente. Los pasos de fabricación son similares al de la pintura en base de agua: Se mezclan los pigmentos, los agentes secantes y las resinas en un mezclador de alta velocidad, luego se adiciona el solvente y los agentes plastificantes. Al finalizar el mezclado, la pasta se transfiere a otro tanque de mezclado en donde se le adicionan tintes solventes.

Cuando se logra la consistencia deseada, la pintura es filtrada, envasada y almacenada. A este proceso se le puede adicionar un tanque de premezcla y un molino, para de esta manera, reemplazar el mezclador de alta velocidad.

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