Esterilización y dispersión sin biocidas de revestimientos al agua

Los revestimientos al agua se utilizan mucho porque permiten fórmulas con bajo contenido en COV, una manipulación más segura y una producción más sostenible. Al mismo tiempo, su contenido en agua los hace muy susceptibles a la contaminación microbiana. Las bacterias, levaduras y mohos pueden entrar en el producto a través de las materias primas, los depósitos, las tuberías, los sistemas de llenado o la exposición ambiental durante la fabricación y el almacenamiento. Una vez que se produce la contaminación, los microorganismos pueden proliferar rápidamente y comprometer tanto la calidad del producto como su vida útil.
Por ello, la estabilidad microbiana es un factor crítico de calidad en las pinturas, revestimientos, tintas y dispersiones pigmentarias de base acuosa.

La sonicación combina la dispersión de pigmentos y el control microbiano en un solo proceso industrial

Tradicionalmente, los fabricantes recurrían a conservantes y biocidas en lata para controlar el deterioro. Sin embargo, la creciente presión normativa y el aumento de la demanda de fórmulas más limpias están impulsando la búsqueda de alternativas. La sonicación de alta intensidad ofrece una solución muy eficaz al permitir la dispersión y esterilización simultáneas en un solo paso del proceso.
Para los fabricantes de recubrimientos, esto significa que el procesado por ultrasonidos no es sólo una tecnología de dispersión. También es una potente herramienta de proceso para mejorar la estabilidad microbiológica al tiempo que respalda estrategias de formulación con bajo contenido en biocidas o sin biocidas.

Por qué la estabilidad microbiana es crítica para la industria de pinturas al agua

La contaminación microbiana afecta directamente a la calidad del producto y a la fiabilidad del proceso: La estabilidad microbiana de las pinturas es de gran relevancia industrial porque el crecimiento microbiano puede desencadenar una serie de defectos en el producto y problemas de producción. Las formulaciones de base acuosa suelen contener ingredientes orgánicos como aglutinantes, dispersantes, humectantes, espesantes y antiespumantes. Estos componentes pueden crear un entorno favorable para el crecimiento microbiano si se introduce contaminación durante el procesado o el almacenamiento.

En la práctica industrial, un control microbiano insuficiente puede dar lugar a:

• deriva de la viscosidad y cambios de pH
• formación de gas e hinchazón del envase
• mal olor y decoloración
• estabilidad de almacenamiento reducida
• defectos de la película y comportamiento incoherente de la aplicación
• aumento de la frecuencia de limpieza y de los tiempos de inactividad relacionados con la contaminación

El deterioro microbiano no sólo daña el producto. También puede crear problemas higiénicos recurrentes en tanques, tuberías y circuitos de recirculación, lo que provoca pérdidas de producción, repetición de trabajos, quejas de los clientes y costes de eliminación. Por este motivo, la estabilidad microbiana no es una propiedad secundaria. Es un requisito fundamental para el éxito comercial de los revestimientos al agua.

Cómo funciona la sonicación en los revestimientos al agua

La cavitación acústica crea un intenso cizallamiento y alteración microbiana: Los ultrasonidos de alta potencia actúan mediante cavitación acústica. Cuando las ondas ultrasónicas atraviesan un líquido, se forman burbujas microscópicas que crecen e implosionan. Estos fenómenos de cavitación generan fuerzas de cizallamiento muy localizadas, turbulencias, cambios de presión y microchorros.
En los recubrimientos a base de agua, estos efectos son valiosos porque actúan al mismo tiempo sobre las partículas y los microorganismos. Los aglomerados de pigmentos se descomponen eficazmente en partículas más finas, mientras que las células microbianas se dañan e inactivan mecánicamente. Esto hace que la sonicación sea especialmente atractiva para formulaciones en las que tanto la calidad de la dispersión como la estabilidad microbiana son esenciales.

Un paso del proceso ofrece dos funciones críticas

En lugar de tratar la dispersión de pigmentos y el control microbiano como tareas separadas, la sonicación las combina en una sola operación. Este doble efecto ofrece una clara ventaja industrial.

La misma energía ultrasónica que desaglomera los grupos de pigmentos y dispersa las partículas de manera uniforme también puede reducir la carga microbiana viable en el recubrimiento. Como resultado, la sonicación favorece:

• dispersión más fina y uniforme de los pigmentos
• mayor intensidad de color y consistencia óptica
• reducción de la contaminación microbiana durante el procesado
• mejora de la estabilidad de almacenamiento de los productos a base de agua
• menor dependencia de conservantes y biocidas en lata

Esto hace que la sonicación sea muy relevante para el desarrollo de sistemas de recubrimiento más sostenibles y con etiquetas más limpias.
 

Dióxido de silicio dispersado por ultrasonidos: curva roja – sin tratar; curva verde: tras dispersión ultrasónica

Ventajas de la dispersión y esterilización simultáneas de pigmentos de pintura

1. Una mejor calidad de dispersión mejora el rendimiento del revestimiento
   Los pigmentos y las cargas suelen formar aglomerados difíciles de romper con una energía mecánica insuficiente. La sonicación proporciona un cizallamiento intenso y selectivo, lo que la hace muy eficaz para la desaglomeración y la reducción del tamaño de las partículas. Una dispersión más fina puede mejorar varias características del recubrimiento final, como el desarrollo del color, la opacidad, el brillo y la estabilidad a largo plazo.
2. La esterilización simultánea favorece la reducción de biocidas
   Al mismo tiempo, la cavitación ultrasónica puede dañar las células microbianas presentes en la fase líquida. Esto reduce la contaminación en el flujo de producto y ayuda a mejorar la estabilidad microbiana sin depender exclusivamente de la conservación química. Para los fabricantes que persiguen sistemas con bajo contenido en biocidas o sin biocidas, esto supone una importante ventaja en el proceso.
3. La intensificación del proceso reduce la complejidad
   Combinar dos objetivos clave del proceso en un paso en línea simplifica la producción. En lugar de añadir etapas de tratamiento separadas para la dispersión y el control microbiano, los productores de revestimientos pueden integrar ambos en un proceso de sonicación controlado. Esto reduce la manipulación, favorece una producción más limpia y mejora la reproducibilidad.

Por qué cobra importancia el procesado sin biocidas

Las exigencias normativas, medioambientales y del mercado están reconfigurando las estrategias de formulación
El cambio hacia los recubrimientos con bajo contenido en biocidas y sin biocidas viene impulsado por varios factores industriales. Los marcos normativos son cada vez más estrictos, las expectativas medioambientales aumentan y los clientes piden productos más seguros y sostenibles con menos sustancias preocupantes.
En este contexto, las tecnologías de procesos físicos adquieren relevancia estratégica. La sonicación es especialmente atractiva porque no se limita a sustituir un aditivo por otro. Introduce un principio de tratamiento no químico que mejora tanto la dispersión como la estabilidad microbiana gracias a la energía mecánica.

Para los formuladores y los jefes de producción, esto ofrece varias ventajas:

• apoyo a conceptos de productos más sostenibles
• menor dependencia de los conservantes convencionales
• mejora de la higiene del proceso
• posicionamiento más sólido para la próxima generación de revestimientos al agua

Por qué los sonicadores de Hielscher son la mejor solución para la producción industrial de recubrimientos

Control preciso para condiciones de procesado reproducibles

Los sonicadores Hielscher están diseñados para el control de procesos industriales. En la producción de recubrimientos, el control preciso de los parámetros de sonicación es esencial porque el comportamiento de la formulación depende del tipo de pigmento, el contenido de sólidos, la viscosidad, la temperatura, el caudal y la intensidad del tratamiento.

Los sistemas de Hielscher permiten ajustar con precisión importantes parámetros del proceso, como:

• amplitud
• Presión
• caudal / tiempo de residencia
• temperatura
• aporte de energía

Esta precisión permite a los fabricantes optimizar la dispersión del pigmento mejorando la calidad de la formulación y consiguiendo una reducción microbiana reproducible.

Imágenes SEM de células vegetativas de B. subtilis antes (a) y después de la irradiación ultrasónica durante 30 min (b), (c).
Estudio e imagen: © Hashimoto et al., 2020

Celdas de flujo presurizables para sonicación intensificada

Una presión elevada aumenta la intensidad de la cavitación
Una ventaja clave de la tecnología de Hielscher es el uso de reactores de celdas de flujo presurizables. La presión tiene un fuerte efecto sobre el comportamiento de la cavitación. Bajo una presión elevada, la cavitación se vuelve más intensa y más eficaz, lo que resulta especialmente valioso para las dispersiones exigentes y la inactivación microbiana continua.

Soporte de celdas de flujo presurizables:

• tratamiento ultrasónico intensificado
• una desaglomeración más eficaz
• mejora de la eficacia de los procesos
• mayor rendimiento en funcionamiento continuo

Para las plantas industriales de revestimiento, esto significa que el tratamiento ultrasónico puede ajustarse no sólo a la viabilidad a escala de laboratorio, sino también al rendimiento real de la producción y a las exigencias del producto.

Procesado en línea para fabricación continua

La sonicación puede integrarse directamente en la línea de producción
Los sonicadores Hielscher son muy adecuados para el tratamiento en línea. Esto permite tratar los revestimientos de base acuosa de forma continua a medida que pasan por el sistema de producción. La sonicación en línea encaja bien en la fabricación industrial porque evita la manipulación innecesaria de lotes y puede integrarse en bucles de transferencia, sistemas de recirculación o líneas de proceso específicas.

El tratamiento en línea ofrece claras ventajas operativas:

• tratamiento continuo en condiciones definidas
• mayor facilidad de integración en las instalaciones existentes
• reducción de la manipulación manual
• mayor eficacia y coherencia de los procesos

Para los fabricantes de revestimientos, esto convierte la sonicación en una tecnología de producción práctica en lugar de un método exclusivo de laboratorio.

TiO2 secado por pulverización antes y después de la molienda ultrasónica

Escalabilidad lineal del laboratorio a la producción industrial

Los parámetros del proceso pueden transferirse de forma fiable entre escalas
El escalado es una cuestión crítica en el desarrollo de procesos. Los sistemas ultrasónicos de Hielscher están diseñados para una escalabilidad lineal, lo que significa que las condiciones del proceso establecidas a escala de laboratorio o piloto pueden trasladarse sistemáticamente a la producción industrial.
Esto es especialmente importante para las empresas que desarrollan revestimientos innovadores con bajo contenido en biocidas, porque reduce el riesgo durante la aplicación y ayuda a acelerar la comercialización.

Entre las ventajas de la escalabilidad lineal destacan:

• desarrollo de procesos más sencillo
• transferencia fiable de R&D a la producción
• rendimiento predecible a mayor caudal
• menor incertidumbre en la ampliación

Fácil limpieza y diseño higiénico del proceso

La limpieza es importante cuando el objetivo es la estabilidad microbiana
Si el control microbiano es un objetivo clave del proceso, la higiene de los equipos adquiere una importancia aún mayor. Los sonicadores Hielscher están diseñados para una limpieza industrial práctica y una integración sencilla en entornos de procesos higiénicos.

La facilidad de limpieza ayuda a los fabricantes:

• reducir los riesgos de contaminación en los equipos
• favorecen un control microbiano constante
• acortar las tareas de limpieza y mantenimiento
• mejorar la fiabilidad del proceso en ciclos de producción repetidos

En los revestimientos a base de agua, donde la contaminación puede persistir en depósitos, zonas muertas y sistemas de transferencia, los equipos ultrasónicos fáciles de limpiar contribuyen directamente a la estabilidad del producto y a la solidez operativa.

La pintura a la tiza sonorizada en el grindómetro demuestra la perfecta uniformidad de la desaglomeración y la distribución granulométrica de los pigmentos

Resultados reproducibles para el aseguramiento de la calidad industrial

La consistencia es esencial para los fabricantes de revestimientos
La producción industrial de pintura requiere resultados de proceso altamente reproducibles. Las propiedades ópticas, la reología, la vida útil y la estabilidad microbiológica deben mantenerse constantes de un lote a otro y durante largos periodos de producción.

Los sonicadores Hielscher proporcionan condiciones ultrasónicas reproducibles que apoyan:

• dispersión uniforme de pigmentos
• reducción estable del tamaño de las partículas
• tratamiento microbiano coherente
• calidad fiable del producto en todas las series de producción

Esta reproducibilidad es esencial para la validación del proceso, la garantía de calidad y la adopción industrial de la tecnología ultrasónica.

La sonicación como tecnología estratégica para los modernos recubrimientos al agua

El sector de los revestimientos está avanzando hacia fórmulas más sostenibles, con menos aditivos peligrosos y más robustas en cuanto a rendimiento. La sonicación encaja excepcionalmente bien en esta dirección porque aborda dos importantes retos de producción a la vez: la necesidad de una dispersión eficaz de los pigmentos y la necesidad de estabilidad microbiana.
Al combinar estas funciones en un solo paso del proceso, la sonicación ayuda a los fabricantes a simplificar la producción, mejorar la calidad de los recubrimientos y reducir la dependencia de los sistemas de conservación convencionales. Esto hace que el tratamiento ultrasónico resulte muy atractivo para pinturas arquitectónicas, revestimientos industriales, dispersiones funcionales, tintas y sistemas de base acuosa relacionados.
Los sonicadores Hielscher proporcionan la plataforma industrial necesaria para aplicar esta estrategia en la práctica. Su control preciso, sus celdas de flujo presurizables, su capacidad en línea, su escalabilidad lineal, su fácil limpieza y sus resultados reproducibles los hacen especialmente adecuados para aplicaciones de recubrimiento exigentes.

Aproveche las ventajas de la dispersión y esterilización de revestimientos por ultrasonidos

La esterilización y dispersión sin biocidas de revestimientos acuosos mediante sonicación es un enfoque muy prometedor para la fabricación moderna de pinturas. La sonicación mejora la dispersión de pigmentos, reduce la carga microbiana y favorece una mayor estabilidad del producto en un proceso integrado. Esta combinación es especialmente valiosa en una industria sometida a una presión cada vez mayor para reducir los conservantes y mantener al mismo tiempo la alta calidad del producto y la eficacia del proceso.
Para los fabricantes de pinturas y revestimientos de base acuosa, los sonicadores de Hielscher ofrecen una solución práctica e industrialmente probada. Su capacidad de control del proceso, integración en línea, diseño de celda de flujo intensificado, escalabilidad, facilidad de limpieza higiénica y rendimiento reproducible los convierten en una opción excelente para la dispersión y esterilización simultáneas de pigmentos de pintura.

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Diseño, fabricación y consultoría – Calidad Made in Germany

Los ultrasonidos de Hielscher son conocidos por sus elevados estándares de calidad y diseño. Su robustez y fácil manejo permiten una integración sin problemas de nuestros ultrasonidos en las instalaciones industriales. Los ultrasonidos de Hielscher soportan sin problemas las condiciones más duras y los entornos más exigentes.

Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y pone especial énfasis en los ultrasonidos de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonidos de Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.

Literatura / Referencias