SERIE DE ARTICULOS DE TRATAMIENTO DE PIEZAS METÁLICAS POR FOSFATACIÓN
«Tratamiento de piezas metálicas, guía de fosfatación.
Introducción
Seguímos con la guía de fosfatación que anteriormente habíamos introducido con el primer artículo. Este artículo tratará con más profundidad la fosfatación multiorgánica que anteriormente solo había quedado anunciada.
La fosfatación multiorgánica
La fosfatación orgánica, proceso relativamente reciente permite desengrasar y fosfatar las superficies metálicas en una sola operación.
El agente de este proceso es un polifosfato orgánico especial con una alto peso molecular y que gracias a sus características lipofílicas, permite en una sola operación desengrasar las superficies contaminadas de aceites, grasas y jabones. Después de este tratamiento las superficies presentan un tenues estrato de fosfatos de hierro y zinc y una película polimérica.
A diferencia de los productos fosfo-desengrasantes o de los productos fosfatantes a base de sales de zinc, manganeso o hierro que funcionan en base acuosa, la fosfatación orgánica funciona en sistema anhidro, siendo el polifosfato de dicho proceso disuelto en una mezcla apropiada de disolventes orgánicos.
Proceso de fosfatado en una sola operación
El proceso se desarrolla en una sola operación por inmersión o aspersión según el proceso.
Para explicar mas fácilmente lo que sucede sobre las piezas, el proceso puede ser dividido en las siguientes fases:
- 1. Inmersión de las piezas a tratar en la cuba que contiene el polifosfato orgánico.
- 2. Disolución operada por los disolventes sobre los aceites y grasas presentes en la superficie del metal.
- 3. Absorción de los contaminantes por el polifosfato.
- 4. Formación sobre la superficie del metal de un estrato cristalino de fosfatos mixtos de hierro y zinc recubiertos de una película polimerica.
- 5. Extracción de la pieza inmersa en la cuba de tratamiento y evaporación de los disolventes.
Como parece evidente, las fases claves del proceso son las fase 2 y 3. En realidad la fase 4 no podría llegar si la superficie metálica no fuera depurada de los contaminantes oleosos y grasas.
Por cuanto respecta a la fase 2, deseamos resaltar algunas propiedades de la mezcla de disolventes que poseen y en la cual es disuelto el polímero orgánico.
-
- Cuba de inmersión para líneas de tratamiento discontinuo
-
- cuba de inmersión para línea continua
-
- Cuba de inmersión
termodinámica del proceso de fosfatación
Con este fin, es oportuno recordar los conceptos termodinámicos del parámetro de solubilidad debido a Burriell, Lieberman y colaboradores.
En efecto, una sustancia es soluble en un disolvente o en una mezcla de disolventes, si el parámetro de solubilidad del disolvente (o mezcla de disolventes) y si la fuerza de enlace hidrógeno (fuerza de unión por puente de hidrogeno) de la sustancia está próxima a la fuerza de enlace hidrógeno del disolvente (o mezcla de disolvente).
El parámetro de solubilidad está definido como la raíz cuadrada de la energía de evaporización por unidad de volumen y puede ser calculada por varios métodos.
Para la fuerza de enlace hidrógeno, los autores antes citados han elaborado una tabla asignando valores a diversas sustancias químicas que van desde 0.3 a 1.7.
Además del parámetro de solubilidad y de la fuerza de enlace hidrógeno se beneficia de la “propiedad de adición“ y por tanto es posible calcular esta magnitud para una mezcla de disolventes ponderando la cooperación de cada uno de los disolventes.
Debido a que los aceites de laminación y en general las sustancias grasas se caracterizan por una larga cadena de átomos de carbono, tiene un parámetro de solubilidad comprendido entre 8.8 y 9.1 y una fuerza de enlace hidrogeno que en la escala de Burrell y Lieberman está próxima a 0.3, se puede demostrar con el auxilio de la tabla apéndice que, utilizando una adecuada mezcla de disolventes, el proceso de fosfatación orgánica posee la propiedad indicada en la fase 2.
Antes de pasar a la discursión de las fases 3 y 4 del proceso deseamos subrayar que éstas no pueden advenir si falta la fase 2.
En efecto con la extracción de las grasas es posible el contacto químico entre los grupos ácidos del polifosfato y el soporte metálico con la consiguiente formación de un deposito cristalino recubierto de un film polimérico.
Con el fin de explicar la fase 3 recordamos que el promotor del proceso de la fosfatación orgánica es un polímero polifosfatico muy peculiar que se mantiene en equilibrio con acido fosfórico y fosfato ácido de zinc. Para que los aceites y grasas puedan ser englobados en el polímero es necesario que este último posea un valor en el parámetro de solubilidad y de fuerza de enlace hidrogeno próximo a los valores que posean los citados contaminantes.
Como resultado de cuanto hemos afirmado antes, las condiciones necesarias para garantizar el englobamiento de los contaminantes en el polímero son las siguientes.
- a) El parámetro de solubilidad del polímero debe estar comprendido entre 8.8 y 9.1
- b) La fuerza de enlace hidrogeno del polímero debe estar próximo a 0.3
Entre las diversas hipótesis emitidas para interpretar la compleja naturaleza de las reacciones que se producen entre el polifosfato y el soporte metálico en la fase 4, opinamos que, el siguiente modelo puede ser aunque de forma simplista, interprete correcto del proceso.
Considerando que, el polímero base es esencialmente lineal y está ligado a grupos fosfóricos parcialmente sustituidos por zinc, las macromoléculas pueden ser representadas así:
Estas macromoléculas están en equilibrio con moléculas de fosfato ácido de Zinc y con acido fosfórico. El ácido fosfórico y los fosfatos ácidos reaccionan con el metal de forma preferencial, sea en el caso del ácido fosfórico por la mayor reactividad del primer hidrógeno, sea por motivos de movilidad molecular.
En la cuba tendremos por consiguiente, en un primer tiempo, las reacciones esencialmente análogas a las de un proceso normal de fosfatación aunque teniendo una intensidad muy inferior respecto a las del proceso tradicional.
Finalización del proceso
Después de la emersión permanecen grupos ácidos sobre las macromoléculas polifosfáticas. Estos reaccionan con el metal del soporte a tratar y conducen a la formación del polímero tridimensional que puede representarse esquemáticamente según esquema superior.
De ahí resulta una fina película continua que debido a su estructura tridimensional es insoluble en los disolventes orgánicos.
Por otra parte y de acuerdo con la teoría clásica de la plastificación, esta estructura tridimensional del polimero impide la emigración de los aceites englobados.
La polaridad de la estructura final explica la excelente adhesión que los esmaltes y barnices poseen sobre los soportes tratados con fosfatación orgánica.
El proximo artículo de la Guía de Fosfatación abordará los aspectos prácticos de la misma
Leer el anterior artículo: Tratamiento de piezas metálicas, guía de fosfatación. Introducción
