ELETRODEPOSIÇÃO CATÓDICA
APLICAÇÃO DE TINTA POR
ELETRODEPOSIÇÃO
CATÓDICA
ELETRODEPOSIÇÃO CATÓDICA
ÍNDICE
Página
1.- Introdução 3
2.- Características gerais da pintura 4
3.- Fundamentos da Cataforese 6
3a. Reacções químicas básicas 6
3b. Processos electroquímicos 8
4.- Instalações 10
4a. Considerações gerais sobre o transportador 10 4b. Considerações gerais sobre o tratamento de superfícies 11
4c. Cuba da tinta 13
4d. Circulação da tinta 14
4e. Cuba de armazenamento 18
4f. Ultrafiltração 19
4g. Circuitos de adição 22
4h. Circuítos eléctrico e do anólito 25
4i. Lavagem 31
4j. Forno de polimerização 36
5.- Controlo dos parâmetros e sua influência na qualidade da pintura
39
5a. Correcções dos parâmetros da pintura 42
5b. Influência da variação dos parâmetros da pintura e instalação na película
de cataforese 45
6.- Problemas comuns das linhas de cataforese 49
6a. Parâmetros relacionados com diferentes defeitos na película de tinta
49 6b. Guia para corrigir os defeitos na película de tinta 52
ELETRODEPOSIÇÃO CATÓDICA
1. INTRODUÇÃO
A electrodeposição catódica é um processo de pintura por imersão, totalmente automatizado e baseado na deslocação de partículas carregadas dentro de um campo eléctrico, que se dirigem para o pólo de sinal oposto (Cataforese = Deslocação em direcção ao cátodo).
Aplica-se únicamente em peças metálicas, devido à necessidade de condução da corrente eléctrica, conseguindo-se assim uma película uniforme e garantindo-se uma pintura perfeita inclusive nos interiores e partes ocas. Este tipo de pintura oferece uma grande protecção anti-corrosiva, resistência a deformações mecânicas (testes anti-gravilha, embutido, dobragem, impacto, etc.).
Esquema do principio da electrodeposição catódica
Figura 1
Antes da pintura, as peças devem ser submetidas a um processo de fosfatação que garanta uma aderência perfeita da tinta sobre o metal. Posteriormente, devem passar pelo forno, para serem estufadas, afim de garantir a obtenção total das vantagens da pintura.
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2.- CARACTERÍSTICAS GERAIS DA PINTURA
A pintura por cataforese é uma dispersão de resinas e pigmentos num meio aquoso, com um conteúdo de solventes orgânicos baixo (inferior a 4%) e com três componentes básicos:
- Água Desmineralizada - Ligante Catiónico - Pasta Pigmentada.
Incorporam-se directamente sobre a pintura para compensar o consumo da mesma na pintura de peças, evaporações, arrastes, etc. Ao serem três componentes permitem regular e controlar os parâmetros de trabalho rápida e eficázmente.
* Água Desmineralizada: É imperativo que a condutividade seja inferior a 10µS/cm e que esteja isenta de micro-organismos.
* Ligante Catiónico: É uma resina especialmente epoxi (utilizam-se também as de natureza acrílica e outras) com grupos nitrogenados para a disolver.
Epoxinitrogenada Ácido orgânico Sal de amónio quaternário
não solúvel em água solúvel em água
Esta cadeia epoxi comporta grupos OH que, além de contribuirem para a solubilidade da resina na água, constituem os pontos de reticulação através de grupos isocianatos aromáticos.
Além da resina, o ligante inclui solventes tais como o Metoxipropanol, Butilglicol, Fenoxipropanol e Água Desmineralizada, sendo comercializado na forma de um líquido leitoso, de viscosidade baixa e com um conteúdo de seco de 36%, medido a 105 ºC 3h.
* Pasta Pigmentada É o componente pigmentado da tinta que se obtém através da moagem dos distintos pigmentos com uma resina epoxi modificada, do mesmo tipo da resina do ligante.
Os pigmentos são seleccionados tendo em conta as suas propriedades anti-corrosivas, cor, cobertura, etc. No momento da coagulação da tinta, estes pigmentos ficam retidos na película da resina, devido a possuirem uma carga superficial que assegura a união pigmento-ligante e facilita o transporte do pigmento pelo ligante até ao cátodo (peça a pintar).
Além da resina e pigmentos, a pasta inclui solventes, tais como Butilglicol, Água desmineralizada e catalizadores de polimerização. É comercializado em forma de um líquido geralmente cinzento ou negro (pode ser de diferentes cores), com um conteúdo de seco que varia entre os 45% a 60%
(medidos a 105 ºC 3h), segundo o tipo de tinta.
Para se manter correctamente os parâmetros de trabalho da pintura por cataforese, utilizam-se também aditivos para regular o pH e solventes, ainda que em quantidades bastante inferiores às da alimentação da tinta.
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3.- FUNDAMENTOS DA CATAFORESE
- Reações Químicas Básicas A. Dissociação da molécula da tinta:
provocada pela aplicação da corrente contínua.
B. Reações no cátodo:
* Electrólise da água
2H2O + 2eO 2 OHO + H2
* Coagulação da pintura:
Na zona perto do cátodo, devido ao aumento da concentração dos iões de hidróxilo provenientes da eletrólise da água, produz-se um grande aumento do pH, fazendo com que a tinta perca estabilidade e coagule sobre a peça metálica.
À medida que a tinta vai coagulando, aumenta a espessura da película depositada e por consequência, aumenta a sua resistência eléctrica, terminando a formação da película quando já não se alcança a densidade mínima da corrente necessária para a deposição.
Espessura (µ) Corrente (A)
Tempo (minutos) O hidrogénio que se vai
produzindo no cátodo, através da electrólise da água, atravessa a camada da tinta que se vai depositando, o que permite a continuação das mudanças electroquímicas entre o banho e o cátodo.
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C. Reações no anodo
* Electrólise da água 2H2O 4H + O2 + 4 e-
* Neutralização do ácido
{ R - COO } - + H R - COOH
O ácido produzido na electrodeposição é retirado do banho através de um circuíto específico (anólito) para manter o pH, como veremos mais adiante.
3.b Processos electroquímicos
A aplicação da pintura por cataforese baseia-se no principio da deslocação de um campo eléctrico de partículas carregadas (electroforese). As partículas da tinta em suspensão no banho experimentam uma ionização, por dissociação electroquímica e uma deslocação ao longo das linhas de força do campo eléctrico até à peça a pintar, que está ligada a uma tensão eléctrica negativa contínua (cátodo), enquanto que o electrodo positivo está ligado a umas lâminas de aço (anodos), submergidas na tinta, fechando-se assim o circuíto.
Os fenómenos fundamentais que se dão no cátodo são:
A. Electrólise da água
2H2O + 2 e - 2OH - + H2
Deve manter-se dentro de certos limites para evitar a detereorização da película em formação, por um desprendimento gasoso (H2) demasiado violento, tornando-se por isso necessária a utilização de Água Desmineralizada com uma conductividade máxima de 10µS cm -1 (medida a 25ºC) e diminuir ou eliminar os arrates da linha de pré-tratamento.
B. Electróforese
Consiste na deslocação das partículas da tinta até ao cátodo, fenómeno que apenas se dá nas proximidades da peça catódica. A pintura electródepositada é compensada pela agitação.
C. Electrocoagulação
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D. Electro-osmose
Consiste na deslocação da fase líquida através da película permeável da tinta em formação.
+ - Rectificador
Deposição da película
de cataforese H2 O2
Cátodo Anodo
2H2O+O4H+O2+4e-
2H2O+2e- 2OH- + H2
Figura 3
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4.- INSTALAÇÕES
As recomendações seguidamente indicadas resultam da experiência da PPG no mundo da gestão dos banhos de cataforese e na concepção de instalações. Todas estas recomendações não são indispensáveis para realizar uma instalação correcta, mas são necessárias para atingir uma maior qualidade, assim como uma maior fiabilidade no processo.
4.a Considerações gerais sobre o transportador
Decem instalar-se calhas (de preferência em inox) no túnel de tratamento de superfícies (TTS) e no túnel de cataforese, para proteger as carroçarias das gotas de óleo e poeiras. Devem ser o mais largas possível e estar concebidas para que nenhuma gota possa cair dentro do banho da tinta.
Figura 4
Os transportadores de TTS e cataforese devem ser independentes, para evitar a transferência de produtos.
É aconselhável a instalação de duas “curvas” na cadeia por cima da cuba da cataforese, para deslocar as bolhas de ar do tecto e se poder pintar correctamente.
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4.b Considerações gerais sobre o tratamento de superfícies
É aconselhável um pré-desengordurante à saída da secção de chaparia, para eliminar ao máximo óleos, gorduras e sujidade, para que sobre a carroçaria apenas haja o mínimo de óleo necessário entre as secções de chaparia e pintura.
A camada fosfatada deve ser uniforme, sem riscos ou manchas de auto-secagem, densa, com cristais pequenos e com um peso de camada apropriado ao método de fosfatação utilizado (aspersão ou imersão).
As águas provenientes da última lavagem com água desmineralizada não devem ter uma conductividade superior a 25µS cm-1.
A ventilação no túnel deve ser suficiente para evitar condensações.
A carroçaria fosfatada deve ter a superfície exterior completamente seca à entrada do banho de cataforese e se para isso for necessário uma sopragem de ar quente, deve-se ter em conta que a diferença da temperatura entre o banho e a carroçaria, à entrada desta na cataforese, deve ser no máximo 5 ºC. Se não for possível secar completamente a carroçaria, é conveniente humedecê-la uniformemente.
A zona entre o TTS e a cataforese deve estar totalmente fechada por um túnel, para evitar qualquer contaminação da carroçaria fosfatada.
4.c Cuba da tinta
A cuba da tinta é construida em aço normal, revestido interiormente com um isolante eléctrico, que normalmente é uma resina epoxi modificada ou um poliester reforçado com fibra de vidro. Este revestimento deve ser quimicamente compatível com a tinta e possuir uma resistência eléctrica suficiente para evitar perdas de corrente. Deve ser testado antes de ser utilizado na instalação: com uma tensão de 450 volts a corrente não deve ultrapassar o valor de 0.1 A/m2.
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Como é uma emulsão, a tinta tem tendência a decantar. Para o evitar, a cuba de imersão deve ser concebida para que a tinta esteja em permanente agitação: na superfície, no sentido do transportador, o qual necessita de um compartimento à saída da cuba e no fundo deve movimentar-se no sentido inverso. Isto permite um movimento constínuo da tinta no banho.
Figura 5
Para evitar a formação de sujidade, devido à secagem da tinta ao longo das paredes interiores da cuba, é necessário manter o nível do banho constante. Para isso, é necessário adicional contínuamente Pasta e Ligante e, para compensar as quantidades perdidas devido à evaporação e arrastes, adicionar ultrafiltrado ou água desmineralizada.
O tempo de imersão recomendado é de 2 minutos frente aos anodos e o primeiro destes deve situar-se depois da imersão completa da carroçaria.
A longitude da cuba depende do tipo de transportador (ângulos de entrada e saída) e a largura deve permitir assegurar uma distância de 30 a 40 cm entre o anodo e o cátodo.
