INFORME SECTOR MUEBLE. AIDIMA

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1 2006 INFORME SECTOR Recubrimientos alternativos para la reducción de emisiones de compuestos orgánicos volátiles en las industrias del mueble.

2 INDICE 1. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL EN EL SECTOR DEL LOS COMPUESTOS ORGÁICOS VOLÁTILES (COVs): EFECTOS SOBRE LA SALUD Y EL MEDIO AMBIENTE QUÉ SON? POR QUÉ SON PERJUDICIALES PARA LA SALUD Y EL MEDIO AMBIENTE? 4 3. VISIÓN GENERAL DE LOS SISTEMAS DE RECUBRIMIENTO RECUBRIMIENTOS EN BASE DISOLVENTE EN LA INDUSTRIA DEL Y LAS ALTERNATIVAS CON MENOR CONTENIDO EN COVs PINTURAS EN BASE DISOLVENTE CONVENCIONALES PINTURAS DE ALTO CONTENIDO EN SÓLIDOS PINTURAS DE CURADO ULTRAVIOLETA EN BASE DISOLVENTE PINTURAS EN BASE ACUOSA PINTURAS EN POLVO. 8 2

3 1. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL EN EL SECTOR DEL El proceso productivo del mueble de madera, está formado por diversas etapas que se muestran en la siguiente figura. Entre todas ellas, una destaca por su mayor incidencia ambiental: la etapa de acabado o recubrimiento del mueble. Esta etapa es la causante del empleo de la mayor parte de sustancias químicas peligrosas, emisión de compuestos orgánicos volátiles y generación de residuos peligrosos. Todo ello derivado del uso de pinturas y barnices. Descarga y almacenamiento de materias primas Mecanizado Lacado Montaje Tinte Fondo Lijado Acabado Operaciones de mantenimiento 3 Embalaje y Expedición Figura 1 Proceso productivo tipo del sector del mueble. Entonces, por qué usar acabados o recubrimientos para los productos de madera?. Se aplican varios productos a la madera por las siguientes razones: 1. Mejora de su apariencia (estética) y preservación de dicha apariencia. 2. Protección de la madera frente a: elementos climatológicos (humedad, temperatura, radiación...), ataque químico por sustancias derramadas (café, ácidos...), ataque biológico: carcoma, hongos, insectos, etc. daños físicos por rozaduras, rayado Provee una superficie fácil de limpiar. El valor de un acabado para madera se puede juzgar según los siguientes factores: 1. Belleza de su apariencia (subjetivo). 2. Durabilidad del acabado. 3. Estabilidad del acabado. Las novedades y tendencias en los recubrimientos (pinturas y barnices) para madera, están motivados por:

4 1. Cambios en el material soporte y las tecnologías de aplicación. 2. Cambios en los gustos de los consumidores. 3. Exigencias técnicas. 4. Exigencias medioambientales. Las exigencias medioambientales son un factor decisivo en la evolución de los sistemas de barnizado empleados, pues existe legislación ambiental de obligado cumplimiento. Dicha legislación hace referencia especialmente a un aspecto de las formulaciones de las pinturas y barnices: su contenido en disolventes, con el objetivo de reducir la contaminación que dichas sustancias generan. Cabe destacar el Real Decreto 117/2003, de 31 de enero sobre limitación de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas actividades, que incorpora al derecho interno la Directiva 1999/13/CE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES (COVs): EFECTOS SOBRE LA SALUD Y EL MEDIO AMBIENTE QUÉ SON? "Un compuesto orgánico es todo compuesto que contenga carbono y uno o más de los siguientes elementos: hidrógeno, halógenos, oxígeno, azufre, fósforo, silicio o nitrógeno, salvo los óxidos de carbono y los carbonatos o bicarbonatos inorgánicos" "Un Compuesto Orgánico Volátil es todo compuesto orgánico que tenga a 293,15 K una presión de vapor de 0,01 kpa o más, o que tenga una volatilidad equivalente en las condiciones particulares de uso" El término COV agrupa a una gran cantidad de tipos de compuestos químicos, entre los que se incluyen los hidrocarburos alifáticos, los aromáticos y los hidrocarburos clorados; aldehídos, cetonas, éteres, ácidos y alcoholes POR QUÉ SON PERJUDICIALES PARA LA SALUD Y EL MEDIO AMBIENTE? Los COVs pueden tener diferentes impactos directos o indirectos sobre el medio ambiente, siendo los principales efectos: Efectos nocivos sobre la salud humana y sobre los ecosistemas naturales debido a su toxicidad, efectos carcinógenos y otros efectos psicológicos adversos. Desperfectos sobre los materiales. Formación de oxidantes fotoquímicos troposféricos y aumento del ozono troposférico ( smog fotoquímico ). Olores.

5 Tabla 1 Clasificación y ejemplos de compuestos orgánicos volátiles. Tipos (según su peligrosidad) Extremadamente peligrosos para la salud: Compuestos de clase A (pueden causar daños significantes al medioambiente) Compuestos de clase B (con menor impacto en el medioambiente) Ejemplos Benceno, el cloruro de vinilo y el 1,2 dicloroetano. Acetaldehido, anilina, bencil cloruro, carbono tetracloruro, CFC s, acrilato de etilo, halones, anhídrido maleíco, 1,1,1- tricloroetano, tricloroetileno, triclorotolueno. Acetona, etanol 5 Fuente: Departamento de Medio Ambiente y Ordenación del Territorio del País Vasco. Aproximadamente el 24 % de los disolventes emitidos a la atmósfera (VOC s) en Europa (European Solvents Industry), provienen del uso de disolventes, el resto de las fuentes mayoritarias son tanto naturales, de la vegetación, como antropogénicas, transporte y procesos de combustión en plantas de generación de energía. El principal problema medioambiental de los COVs es que al mezclarse con otros contaminantes atmosféricos (NOX) y reaccionar con la luz solar, puede formar ozono a nivel del suelo, el cual contribuye al smog fotoquímico. Los COVs y NO X se denominan contaminantes precursores del ozono. Hay dos tipos de ozono, el ozono estratosférico y el ozono a nivel del suelo. El ozono estratosférico es vital para la salud humana porque filtra los rayos ultravioletas procedentes del sol. Es importante entender que los disolventes no toman parte en el problema estratosférico del ozono, esto es debido a que ellos, como las emisiones naturales de VOC's, desaparecen rápidamente de la atmósfera baja fotoquímicamente. Esto significa que nunca alcanzan la estratosfera. Sin embargo, el ozono a nivel del suelo en la troposfera es un componente clave del smog fotoquímico, empobreciendo la calidad del aire, que puede tener un efecto perjudicial sobre la salud y la vida de las plantas. Factores que influyen en el smog fotoquímico (en relación a la generación humana de VOC's): Cantidad de VOC's y NOX emitidas a la atmósfera anualmente. La estación del año. Los picos de ozono se producen en verano. Las diferentes propiedades de los VOC's: Potencial de generación de ozono. Figura 2 Ciudad con smog fotoquímico (niebla de contaminación)

6 3. VISIÓN GENERAL DE LOS SISTEMAS DE RECUBRIMIENTO. De forma general se puede afirmar que las pinturas y barnices constan de resinas orgánicas, pigmentos orgánicos o inorgánicos (sólo en el caso de las pinturas) y aditivos, todo ello en suspensión o diluido en un vehículo liquido (en los sistemas tradicionales se trata de un disolvente orgánico). 6 Este vehículo es el que proporciona al recubrimiento la viscosidad necesaria, tensión superficial y otras propiedades que permiten la aplicación de una capa uniforme del recubrimiento sobre el sustrato, así como para su fabricación y una vez aplicada la pintura sobre el mueble, dicho líquido vehículo se evapora, a no ser que intervenga en la formación de la película de pintura, como es el caso de los disolventes reactivos. Los ligantes o resinas se utilizan en los recubrimientos para unir los pigmentos y aditivos, proveer la adhesión y son los responsables de la formación de la película plástica final, proporcionando además las propiedades deseadas al recubrimiento y determinando el comportamiento de la película (brillo, elasticidad, flexibilidad, durabilidad, resistencia química, etc.). Una vez aplicado el recubrimiento sobre el sustrato, existen diversas formas de secado o curado, es decir de formación de la película sólida de pintura o barniz. Tenemos así los siguientes grupos: Secado físico: Secado por evaporación de disolventes: el ligante no sufre ninguna variación durante el proceso de secado. Son resinas duras que previamente se han disuelto en disolventes apropiados y que después de la evaporación vuelven a su estado original. En los productos al agua, tras la evaporación del disolvente, la película se forma por un proceso de coalescencia. Secado por reacción química: Una vez evaporado el ligante, la reacción química puede darse entre componentes de la formulación (generalmente se añade previamente a la aplicación un segundo componente denominado catalizador o endurecedor) o entre un componente de la formulación y un agente externo (con el oxígeno atmosférico, o la activación de un fotoiniciador cuando la película es irradiada con UV). Cabe señalar que existen sistemas de dos componentes exentos de solventes, en los cuales el proceso de curado es exclusivamente la reacción química. Dicha reacción puede producirse a temperatura ambiente o superior, mediante el calor externo aportado en hornos de convección, infrarrojos, etc. Partiendo de polímeros lineales o incluso moléculas sencillas, mediante reacciones químicas de polimerización, dan lugar a polímeros ramificados (lo cual da resistencias químicas mayores que en productos monocomponente).

7 4. RECUBRIMIENTOS EN BASE DISOLVENTE EN LA INDUSTRIA DEL Y LAS ALTERNATIVAS CON MENOR CONTENIDO EN COVs PINTURAS EN BASE DISOLVENTE CONVENCIONALES. Generalmente las emisiones de compuestos orgánicos volátiles en la industria del mueble se asocian al uso de disolventes, y especialmente en las etapas de pintado de los mismos, ya sea en operaciones de aplicación de pinturas y barnices, como en las de limpieza de la maquinaria empleada. De forma genérica, se puede decir que no todos los sistemas de pintura se pueden aplicar del mismo modo, o a todo tipo de muebles (depende de las preferencias estéticas de cada segmento de mercado) o bien con las mismas características de calidad para todos los ámbitos de uso, si bien los sistemas al agua y de curado ultravioleta están consiguiendo grandes avances en su formulación. Sus propiedades de facilidad de aplicación, versatilidad para cambios de color, etc., han dado lugar a que este tipo de pinturas sea el más ampliamente utilizado dentro de la industria. Las pinturas en base disolvente convencionales contienen en su composición una concentración variable de disolventes que puede oscilar entre el 40 y el 60% en peso. Los sistemas tradicionales en base disolvente más empleados son: Barnices poliuretanos. Barnices nitrocelulósicos. Barnices catalizables al ácido. Barnices poliésteres. Existen alternativas en el mercado a las pinturas en base disolvente, que permiten a los fabricantes de muebles reducir las emisiones de compuestos orgánicos volátiles. Entre ellas se encuentran: Los que aun teniendo base disolvente, aumentan el porcentaje de sólidos: o Barnices y pinturas de alto contenido en sólidos o Barnices de curado UV. Recubrimientos en base agua: monocomponente, bicomponente y de curado UV. Pinturas en polvo. Productos naturales como aceites y ceras. La composición o porcentaje de disolvente de un mismo sistema, dependerá de la técnica de aplicación que vaya a emplearse. En la siguiente tabla se muestran algunos resultados de contenido en sólidos y emisiones de compuestos orgánicos volátiles por m 2 de superficie barnizada, en función del sistema de pintado y tipo de aplicación (pistola, cortina o rodillo).

8 H2O, aceites y ceras 10% UV 12% Poliuretanos 35% Poliéster 12% Ácido 14% Nitrocelulosa 17% 8 Fuente:, datos de Figura 3 Barnices y pinturas para la madera y mueble en Europa Occidental. (Participaciones de mercado y tendencias por tipos de ligante) Tabla 2 Contenido en sólidos y emisión de COVs según el tipo de aplicación para varios tipos de pinturas y barnices. Tipo de aplicación Aerográfica (pistola) Gramaje aplicado (g/m 2 ) Tipo de producto Residuo seco en la aplicación g COV s/m 2 Nitrocelulósico % Poliuretano y acrílico % UV % Base agua (c) % 1-3 Poliéster y poliacrílico % 6-30 Poliuretano y acrílico % Cortina UV % Rodillo Poliéster y poliacrílico % Capas preparatorias 99-99,5 % UV Fondo 99-99,5 % Acabado 99-99,5 % Base agua % 0-0,3 Nota: Los datos presentados son medios valores estimados. Es necesario analizar cada caso concreto. Fuente: Exel. A continuación se entra con mayor profundidad en las principales características de algunos sistemas alternativos a las pinturas en base disolvente, sus ventajas y desventajas.

9 4.2. PINTURAS DE ALTO CONTENIDO EN SÓLIDOS. Estos recubrimientos son, por lo general, similares a los convencionales con bajo contenido en sólidos en lo que se refiere a su aplicación, curado y propiedades finales de la película, aunque existen también algunas diferencias debido a su mayor viscosidad. Se considera que los recubrimientos son de este tipo si contienen más del 60-70% en sólidos. 9 Pinturas con alto contenido en sólidos. VENTAJAS Reduce el uso de disolvente y las emisiones de COVs y otros compuestos peligrosos. Reduce los peligros asociados a incendios y mejora la seguridad y salud laboral. Reduce el número de aplicaciones para alcanzar el espesor de película deseado. Mejora la resistencia debido a un mayor espesor de la capa. Compatible con un equipo de aplicación convencional si no se trabaja a alta viscosidad. DESVENTAJAS Es más sensible a la limpieza inadecuada del sustrato. El pulverizado sobrante resulta difícil de limpiar. Es extremadamente sensible a la temperatura y la humedad. Es difícil controlar el espesor de película. Puede requerir el calentamiento de la pintura. Tabla 3 Ventajas y desventajas de las pinturas con alto contenido en sólidos PINTURAS DE CURADO ULTRAVIOLETA EN BASE DISOLVENTE. Estas pinturas reaccionan por la exposición a luz ultravioleta. Estos recubrimientos suelen ser 100% líquidos reactivos, eliminando por completo el uso de disolventes, o con una cantidad similar a las pinturas de alto contenido en sólidos si se aplican mediante pistola. Aunque las emisiones son bajas por lo general, la cantidad de COVs emitidos en el curado por radiación dependerá de la formulación del recubrimiento. Tabla 4 Ventajas y desventajas de las pinturas de curado por radiación. Pinturas de curado por radiación. VENTAJAS Reduce las emisiones de COVs y otros compuestos peligrosos. Menor coste y tamaño en los hornos que los recubrimientos convencionales. Menor coste energético. Buen rendimiento. Fácil de instalar. Menor movimiento de aire, reduciéndose la contaminación por polvo y suciedad. Reduce el peligro de incendio. DESVENTAJAS Pueden existir interferencias en el fotocurado debido a los pigmentos. Mayores costes de los recubrimientos. Posibles problemas de irritación en la piel si no se toman las medidas adecuadas. Problemas de adhesión con acrilatos. No se puede aplicar a todo tipo de acabados, pues tiene un aspecto peculiar. El curado es sensible a la forma del objeto, siendo menos recomendable en el caso de piezas de geometría compleja (recovecos, etc).

10 4.4. PINTURAS EN BASE ACUOSA. El término en base agua se refiere a los sistemas de recubrimientos que utilizan agua como disolvente para dispersar la resina. Por lo general, contienen hasta un 80% de agua con pequeñas cantidades de otros disolventes, como éteres glicólicos, y el contenido en sólidos es similar al de las pinturas convencionales. Existen dos grandes grupos según su uso en interior o exterior, lo que genera que la formulación y prestaciones sean distintas, y por lo tanto su problemática, siendo los de interior los que han encontrado mayores dificultades. 10 Atendiendo al mecanismo de secado, los barnices en base agua, los podemos clasificar en dos grupos: productos de secado físico: monocomponentes. productos de secado químico: productos de dos componentes sin radiación y productos de curado mediante radiación UV. Si bien los primeros presentan resistencias químicas menores que los sistemas poliuretano tradicionales, los del segundo grupo presentan en muchos casos prestaciones comparables a las de los sistemas análogos en base disolvente. En el caso de los sistemas bicomponente, hay que tener en cuenta que una vez realizada la mezcla con el catalizador, ésta tiene una vida media de unas horas, cosa que no sucede con los de curado UV, pues no reaccionan hasta que no son irradiados. El gran inconveniente de los sistemas en base acuosa monocomponente o bicomponente, consiste en los grandes tiempos de secado necesarios para lograr la evaporación del agua (que depende tanto de la temperatura como de la humedad ambiental), y que pude estar alrededor de 24 h. Esto se puede solucionar mediante sistemas de secado forzado, para acortar el tiempo de secado pero sin calentar el soporte demasiado para que no se evapore el agua del sustrato, e intentar así mismo minimizar el consumo energético. Las tecnologías más empleadas son: Aporte de calor por aire caliente (convección), durante 90 min. Radiación infrarroja (IR) convección. de 6 a 9 min. Radiación por microondas seleccionadas. En el caso de los barnices de curado UV, se recomienda un presecado antes de la radiación, y al salir de esta, la pieza se puede manipular inmediatamente, previo enfriamiento de la pieza. Hoy en día muchos de los problemas iniciales están resueltos: existen productos de gran calidad en el mercado con iguales prestaciones técnicas que los sistemas tradicionales al disolvente, tecnologías de secado que disminuyen los tiempos de secado y que disminuyen en parte el problema del levantamiento de la fibra, también han bajado los precios en los últimos años, y si comparamos los costes globales en base a precio/m 2 en lugar de precio/litro, teniendo en cuenta los ahorros por gestión de residuos, disminución de primas de seguros, mayor eficiencia de transferencia entre otros, la diferencia de precio no es tan grande. Si bien siguen teniendo limitaciones, las empresas fabricantes de producto y maquinaria siguen trabajando para lograr una exitosa implantación a escala industrial.

11 Tabla 5 Ventajas y desventajas de las pinturas en base acuosa. Pinturas en base acuosa. VENTAJAS Reduce el consumo de disolvente y las emisiones de COVs, tanto por su formulación como por su limpieza con agua. Reduce la toxicidad, mejorando la seguridad y la seguridad y salud laboral. Es fácil de limpiar. Se puede utilizar el equipo existente (no electrostático) si es de acero inoxidable. Existen muchas resinas disponibles para formulaciones en base agua. DESVENTAJAS Requiere un pretratamiento del sustrato de alta calidad. Levantamiento de las fibras de madera. Requiere mayores tiempos de secado o de temperatura del horno. Mayor coste por litro a igualdad de contenido en sólidos. Requiere buen control de la temperatura y la humedad. Sensibles a las bajas temperaturas. Resistencias químicas más bajas en algunos productos. Requiere un equipo especial para la aplicación electrostática. Problemas de brillo y resistencia al roce PINTURAS EN POLVO. La pintura en polvo es un acabado seco, con un contenido en sólidos del 100%, que no necesita disolverse o suspenderse en un medio líquido sino que se suministra en forma de partículas finamente molturadas. Tienen los mismos componentes que una pintura líquida, con excepción del disolvente, que no se emplea ni en su proceso de fabricación. Se ha estado utilizando durante los últimos 35 años en el sector del metal y los avances realizados en esta tecnología en los últimos cinco años, han permitido su utilización en una gran variedad de sustratos, como los térmicamente sensibles, por ejemplo MDF y plástico, en los que era impensable su utilización hace unos pocos años, porque la aplicación estaba limitada a sustratos conductivos con superficies homogéneas y especialmente por las altas temperaturas necesarias para el curado del polvo. Los problemas que presentan los productos de madera y derivados son: una baja conductividad eléctrica, no son estables térmicamente y su carácter higroscópico. Por lo tanto actualmente se emplean casi exclusivamente sobre MDF, al que se requieren determinadas características técnicas, y en ocasiones se calienta el sustrato para mejorar la conductividad. Estos recubrimientos se pulverizan en seco con en lecho fluidizado o equipo de pulverización electrostático. La parte recubierta se cura fundiendo y posteriormente polimerizando la resina. Actualmente existen dos tipos de productos en polvo para el recubrimiento del MDF: los de baja temperatura de curado o curado térmico y los de curado UV. En el primer caso la reacción comienza con la fusión lo cual limita la nivelación de la película (de 5 a 15 min, entre 120 y 140 ºC). En el segundo caso primero se funde la película (a ºC) y luego se irradia con UV (de 2 a 4 min).

12 Al comparar ambos sistemas, se encuentra que el de curado UV permite mayor nivelación y tiempos de producción más cortos, trabajando con temperaturas inferiores (menor riesgo de dañar el sustrato) pero presenta ciertos problemas con colores amarillos y similares, además de limitar el espesor de película a µm. Esto no sucede con el curado térmico, que además resulta más económico en la compra de maquinaria y formulación. Además del sistema monocapa, se está trabajando con sistemas híbridos, lijando la mano de fondo de pintura en polvo y realizando un acabado con pintura al agua para obtener una superficie lisa y brillante. 12 Las características aspectuales y prestaciones de las formulaciones existentes hoy en día, acabados con diferentes grados de texturado con buenas prestaciones químicas y mecánicas, además de su facilidad de aplicación sobre piezas con geometrías irregulares, ha hecho que estos productos se estén utilizando en la fabricación de mobiliario auxiliar para Hi-Fi y TV, y de cocina y baño, así como en el recubrimiento de expositores, además de en algunos elementos utilizados en el sector de la construcción, con fines decorativos, como paneles para el revestimientos de paredes. Tabla 6 Ventajas y desventajas de las pinturas en polvo. Pinturas en polvo. VENTAJAS Emisión de COVs nula o muy reducida. Reducción de costes debido a: o no se requieren disolventes o mínima longitud del horno requerida o baja ventilación o menor tamaño de la instalación Se mejora la calidad final. Buena resistencia a la corrosión. Alta eficacia de transferencia y de reutilización: %. Requiere menor experiencia del operario. Alta productividad: ciclos de curado rápidos. Aplicable a geometrías 3D complejas (excepto el de curado UV). Mayor seguridad en la manipulación y almacenamiento. DESVENTAJAS Aplicado sólo en MDF (actualmente). Es difícil producir pequeñas cantidades o el cambio de color. Poseen sistemas de recirculación en las cabinas que crean presiones negativas. Necesita poca ventilación para aplicar el recubrimiento. Es difícil alcanzar espesores de capa muy finos. Dificultades en el almacenamiento: puede existir coagulación del polvo. Se debe pretratar el sustrato. Alto consumo de energía por la alta temperatura de trabajo. Dificultad con los acabados completamente lisos y de alto brillo.