Los fabricantes de automóviles están haciendo cambios para consolidar la economía circular. Para ello, están produciendo vehículos más ligeros con el fin de reducir las emisiones del tubo de escape, en el caso de los vehículos motor de combustión interna, y conseguir más kilómetros por carga en los coches eléctricos. Además, toda la industria automovilística tiene como misión reducir las emisiones de gases invernadero (GEI) de alcance 1, alcance 2 y alcance 3, lo que influye en la elección de materiales y procesos.

“Para proteger el planeta del cambio climático y a la población de los efectos nocivos de los compuestos orgánicos volátiles (COV), los requisitos normativos y las iniciativas de los fabricantes están obligando a la industria automovilística a reducir emisiones y residuos con vistas a mejorar el consumo energético y apoyar normas más estrictas para una mayor eficiencia en el consumo de combustible. Como respuesta, la industria automovilística está desarrollando materiales más ligeros para las carrocerías y estructuras de los vehículos, y utilizando materias primas más sostenibles en las fábricas”, comenta Sanghamitra Sircar, gerente global de productos en el negocio Mobility Coatings de Axalta.

La industria de pinturas y recubrimientos ha progresado mucho desde la aplicación manual de esmaltes a principios del siglo XX, cuando las paletas de colores eran limitadas y los tiempos de secado más largos. Actualmente, ofrece varias aplicaciones sin imprimación, pinturas base agua, pinturas de altos sólidos (tanto base agua como base disolvente) y la gama de Tecnologías de Recubrimientos Armonizadas, junto con campanas robotizadas o aplicaciones mediante una campana, y una amplia gama de colores metalizados y perlados. Esto ya ha tenido como consecuencia la reducción significativa de las emisiones de disolventes orgánicos y del consumo energético en el taller de pintura. Por ejemplo, de acuerdo a los informes de responsabilidad social de Axalta, el consumo energético ha descendido de los aproximadamente 2.500 KWh/vehículo en 2010 a menos de 700 Kwh/vehículo en la actualidad. Igualmente, las emisiones de COV están disminuyendo de >600g/l hace sólo unos años a 420g/l en las pinturas base agua.

¿Qué implicaciones tiene el diseño de una carrocería ligera?

En la actualidad, los diseños de automóviles ligeros realizados por los fabricantes con múltiples sustratos tienen como objetivo reducir el peso global de la carrocería. Axalta da respuesta a los desafíos que presentan estos nuevos materiales ligeros, como el acero de alta resistencia, el aluminio, el magnesio, los plásticos reforzados con fibra de carbono, los compuestos de moldeo de hoja (SMC) y la poliolefina termoplástica (TPO), que ayudan a incrementar el kilometraje en los vehículos eléctricos y reducen las emisiones. Pero estos sustratos crean desafíos para las tecnologías de pinturas y recubrimientos en términos de:

• Uniformidad de la pintura y armonía de los colores en múltiples sustratos.
• Deformación de los sustratos plásticos por el calor.
• Procesos de adherencia y sellado que pueden influir en el secado de adhesivos y pinturas.

Diseño de carrocerías ligeras y sistemas de secado a baja temperatura

Los sistemas de secado a baja temperatura se han diseñado para diferentes sustratos, que normalmente están formados por plásticos y materiales mixtos que no son resistentes a las altas temperaturas. Actualmente, ya se están utilizando algunas soluciones para el secado de pinturas a baja temperatura. Entre ellas se incluyen procesos consolidados para numerosas tecnologías de piezas plásticas de automoción y camiones de carga, que requieren una apariencia y unos niveles de calidad cada vez más exigentes de las imprimaciones y acabados de secado a baja temperatura; y también fabricantes de automóviles especializados, donde los sistemas de mezcla con secado a baja temperatura proporcionan pequeños lotes de colores específicos de cada cliente, de edición especial.

Sin embargo, todavía se necesitan más soluciones y procesos para dar respuesta a los desafíos que presentan las diferentes mezclas de sustratos. Las fórmulas de pintura más nuevas tienen que adherirse a las superficies de alto rendimiento y mantener un aspecto y durabilidad superiores.

“La construcción de vehículos ligeros está claramente impulsando la innovación de las pinturas de secado a baja temperatura”, explica Sircar. “A lo largo de la próxima década, los fabricantes de automóviles acelerarán la sustitución del acero de alta resistencia, el aluminio, los plásticos y los materiales compuestos. También reducirán el peso de los componentes eléctricos, de comunicación y de seguridad, en un esfuerzo por hacer que los vehículos sean más ligeros y puedan recorrer más kilómetros por carga en el caso de los vehículos eléctricos, o reduzcan las emisiones y el consumo de combustible en el caso de los vehículos con motor de combustión interna (ICE)”.

Axalta ya posee sistemas de pintado con un secado a temperatura más baja que en el caso de los sistemas tradicionales. El objetivo de la compañía es ayudar a los fabricantes de automóviles a reducir los costes energéticos de toda la cadena, ya que pueden pintar las piezas metálicas y no metálicas al mismo tiempo y en la misma línea.

La compañía también posee un recubrimiento electrolítico con un amplio rango de temperaturas de secado para temperaturas de cataforesis que van desde los 140º a los 200º C, con el fin de permitir un pintado homogéneo de los vehículos eléctricos sin reducir la velocidad de la línea. “En muchos de los nuevos sistemas de Axalta, la sostenibilidad y la productividad son esenciales. Todos estos sistemas comparten la capacidad de reducir el número de pasos en el horneado, al mismo tiempo que tienen como objetivo ofrecer el mismo rendimiento del acabado de pintura que los procesos de pintado tradicionales”, afirma Sircar.

Posibles tecnologías de pintura para sistemas de secado a baja temperatura

Actualmente, la tecnología punta para las pinturas de secado a baja temperatura son los poliuretanos 2K. Varias tecnologías que no contienen isocianatos, como la melamina acrílica 2K con catalizador desbloqueado, o la melamina acrílica 1K con catalizador bloqueado, tienen el potencial de reducir las temperaturas de secado hasta la temperatura deseada. Otras estrategias de reacción de secado que se han utilizado tradicionalmente en las aplicaciones industriales han demostrado resultados interesantes en las condiciones de secado de automóviles a baja temperatura. En todos los casos, Axalta destaca que el desafío consiste en combinar la reactividad de la tecnología de secado con la estabilidad del sistema y las propiedades de la película en estas condiciones de secado restrictivas.

Una opción prometedora es la química del (poli) aspartato, que es accesible a través de un sencillo procedimiento sintético. Muestra resultados alentadores cuando se trata de conseguir unas muy buenas propiedades tecnológicas como la durabilidad y la resistencia química, incluso con el secado a temperatura ambiente a través de una reacción de secado muy rápida. Según Sircar, “esto también ofrece la posibilidad de formular pinturas con mayor contenido de altos sólidos para combinar los beneficios del secado a baja temperatura con la reducción de las emisiones de disolventes”.

El futuro

El diseño de carrocerías ligeras impulsará una mayor innovación en el área de las pinturas, los materiales y los procesos de secado a baja temperatura. Algunas de estas tecnologías ya están disponibles, pero todavía se siguen desarrollando para dar respuesta a los desafíos que presentan los nuevos materiales.

El siguiente paso que permitirá reducir al máximo las emisiones de CO2 de las pinturas es que todas las piezas se puedan pintar juntas en la misma línea. Esto implicará reducir la temperatura de horneado del barniz. En el caso de los vehículos eléctricos, que tienen el pesado carro de la batería debajo de la carrocería, esto también requerirá un amplio rango de temperaturas de secado para que el sistema de batería con un mayor contenido de masa térmica se pueda pintar de manera uniforme, al mismo tiempo que otras partes de la carrocería del vehículo.