With the push for environmental protection, firms must develop eco-friendly coatings. But, eco-friendly coatings aren’t limited to water-based ones. If enterprises rush to develop water-based coatings, product homogeneity will inevitably occur. Besides water-based coatings, high-solid, solvent-free, and powder coatings are also eco-friendly. They should be the key development focus of the coatings industry. A report said the Asia-Pacific region will have the highest growth in powder coatings from 2017 to 2022. This applies to both value and volume. Powder coating technology is developing rapidly to adapt to the demand-driven market. The market drives the need to study different powders in coatings.
Poedercoating Overzicht
Inleiding tot poedercoatings
Poedercoating is ontstaan in de jaren 50. Het is een milieuvriendelijke coating. Het heeft 100% vaste inhoud en geen VOC's. Het bespaart energie en vermindert vervuiling. Het heeft een eenvoudig proces, is gemakkelijk te automatiseren en heeft uitstekende coatingprestaties.
Powder coating is a powder coating composed of polymers, pigments, fillers and additives. Powder coating has no volatilization of its liquid medium. So, it has good ecological and environmental protection. It can form a thicker coating in one application, with very high efficiency. It also has great mechanical properties and chemical resistance. Its performance is excellent, too. Using powder coating saves energy and resources. Its utilization rate can reach 99%. It is safe and very cost-effective. It is a solvent-free coating. It meets the “four E” principles: economy, environmental protection, efficiency, and performance.
Overzicht van de markt voor poedercoatings
De stijgende vraag naar apparaten en lichte voertuigen heeft de behoefte aan poedercoatings vergroot. Een stijgende vraag van industrieën in ontwikkelde en opkomende landen heeft de poedercoatingsmarkt een boost gegeven. Een rapport van Markets and Markets zegt dat de wereldwijde poedercoatingsmarkt in 2022 US$134,9 miljard zal bereiken. Het zal jaarlijks met 6,75% groeien van 2017 tot 2022.
De poedercoatingmarkt in China heeft de snelst groeiende vraag ter wereld. Dit komt door veel factoren. Ze omvatten snelle verstedelijking en de groei van woningen, bouw en auto's. In 2016 bereikte de productie van de poedercoatingindustrie in China 2,07 miljoen ton.
Poedercoatings zijn 11% van de totale coatingproductie van mijn land. Het 13e Vijfjarenplan zegt: "in 2020 zou de coatingindustrie ongeveer 22 miljoen ton moeten produceren." Hiervan zou 57% kosteneffectieve, milieuvriendelijke coatings moeten zijn. In 2020 zal poedercoating stijgen tot 18%, met een productie van 4 miljoen ton. De opkomst van poedercoatings zal de vraag naar poedervullers doen toenemen.
Analyse van de toepassing van verschillende poedermaterialen in poedercoatings
Vulstoffen in coatings kunnen kosten besparen. Ze verbeteren ook de coatingprestaties.
Ze kunnen bijvoorbeeld:
- Verbeter de slijt- en krasbestendigheid van de coating.
- Vermindert doorzakken tijdens het smelten.
- Verbeter de corrosie- en vochtbestendigheid.
When choosing fillers for powder coatings, consider density, dispersion, particle size, and purity. In general, the higher the density, the lower the powder coating’s coverage. The dispersion of large particles is better than that of small ones. The filler is chemically inert. It must not react with some powder formula components, like pigments. The filler should be as white as possible. Powder coatings mainly use these materials: calcium carbonate, barium sulfate, talc, mica, kaolin, silica, and wollastonite.
Toepassing van calciumcarbonaat in poedercoatings
Calciumcarbonaat heeft twee typen: licht en zwaar. Licht is neergeslagen calciumcarbonaat. Alle calciumcarbonaattypen en productiemethoden beïnvloeden de glans van de coating. Verschillende deeltjesgroottes hebben er een sterk effect op. Calciumcarbonaat wordt over het algemeen niet aanbevolen voor gebruik buitenshuis.
Zwaar calciumcarbonaat wordt voornamelijk gebruikt om andere materialen te vervangen. Het vervangt gedeeltelijk titaniumdioxide, kleurpigmenten, licht calcium en neergeslagen bariumsulfaat. Het voorkomt corrosie en vervangt gedeeltelijk antiroestpigmenten. Het wordt ook gebruikt als vermeerderaar.
Bij gebruik van zwaar calciumcarbonaat in binnenverven kan het alleen of met talkpoeder worden gebruikt. Calciumcarbonaat is, vergeleken met talkpoeder, beter. Het kan verpulvering verminderen, de kleurbehoud in lichte verven verbeteren en de schimmelbestendigheid verhogen. De slechte zuurbestendigheid belemmert echter de toepassing ervan in buitencoatings.
Licht calciumcarbonaat heeft een kleinere, meer uniforme deeltjesgrootte dan zwaar calciumcarbonaat. Het heeft ook een hogere olie-absorptie en helderheid. Licht calciumcarbonaat kan worden gebruikt waar het maximale matterende effect vereist is.
Toepassing van bariumsulfaat in poedercoatings
Er zijn twee soorten bariumsulfaat die worden gebruikt als verflichaampigmenten: natuurlijk en synthetisch. Het natuurlijke product is barietpoeder. Het synthetische product is geprecipiteerd bariumsulfaat.
In poedercoatings kan neergeslagen bariumsulfaat de egalisatie en glans verbeteren. Het is compatibel met alle kleurstoffen. Het kan ervoor zorgen dat poedercoatings de ideale dikte en een hoge coatingsnelheid bereiken in het spuitproces.
Barietpoedervullers worden gebruikt in industriële primers en autolakken. Deze coatings hebben een hoge sterkte, vulkracht en chemische inertheid nodig. Ze worden ook gebruikt in hoogglans topcoats. In latexverven kan fijn barietpoeder een deel van het titaniumdioxide vervangen. De hoge brekingsindex (1,637) maakt het een doorschijnend wit pigment.
Toepassing van micapoeder in poedercoatings
Micapoeder bestaat uit complexe silicaten en de deeltjes zijn schilferig. Het heeft een uitstekende hitte-, zuur- en alkalibestendigheid. Het beïnvloedt ook de smeltvloeibaarheid van poedercoatings. Het wordt gebruikt in hittebestendige en isolerende poedercoatings. Het kan ook een vulmiddel zijn voor textuurpoeder.
Van de vele soorten mica lijkt de structuur van sericiet op die van kaolien. Het heeft eigenschappen van zowel mica als kleimineralen. Het gebruik ervan in coatings kan hun weersbestendigheid en waterdoorlatendheid aanzienlijk verbeteren. Het kan ook hun hechting, sterkte en uiterlijk verbeteren. Tegelijkertijd kunnen kleurstofdeeltjes de roostertussenlaag van sericietpoeder binnendringen. Dit voorkomt dat de kleur langdurig vervaagt. Bovendien heeft sericietpoeder ook de functie van anti-algen en anti-schimmel. Daarom is sericietpoeder een multifunctionele vulstof met een uitstekende prijs-kwaliteitverhouding voor coatings.
Toepassing van talk in poedercoatings
Talk, ook bekend als gehydrateerd magnesiumsilicaat, wordt direct uit talkerts vermalen. De deeltjes zijn naaldvormige kristallen. Ze voelen vettig aan. Ze zijn zacht en niet erg schurend. Ze hebben een goede suspensie en dispergeerbaarheid en een bepaalde thixotropie. Ze hebben een grote invloed op de smeltvloeibaarheid van poedercoatings. Daarom worden ze vaak gebruikt voor textuurpoeders. Momenteel worden ze gebruikt in verschillende primers, tussenlagen, verkeersbordverven, industriële coatings en binnen- en buitenarchitectuurcoatings.
Talc is cheap, but it has disadvantages, so its usage is limited. First, it has a large oil absorption. For low oil absorption, it must be mixed with fillers and low-oil-absorption barite powder. Also, it has low wear resistance. In high-wear situations, other fillers must be added to compensate. Thirdly, talc with non-metallic minerals is not fit for exterior coatings that need high weather resistance. The impurities can react with acids, like acid rain. Also, talc has matting properties, so it is not used in high-gloss coatings.
Toepassing van Silica in Poedercoatings
Poreus gepoederd kwarts behoort tot een type silicasysteem. Het is veilig en wordt veel gebruikt in veel coatings, zoals: poeder, brandvertragend, waterdicht en anti-corrosie. Goedkoop, poreus gepoederd kwarts kan de kosten van poedercoatings verlagen. Het kan bariumsulfaat vervangen om oplosbaar barium te verminderen. Dit voldoet aan milieunormen.
Poedercoatings gebruiken ook vaak pyrogene silica als antiklontermiddel. Pyrogene silica is een toplichaampigment en een coatingreologiecontrolemiddel. Het heeft uitstekende prestaties. In vloeibare coatings controleert het de reologie door: verdikking, thixotropie, anti-uitzakking en randbedekking. In vaste poedercoatings verbetert het de poederstroom en voorkomt het agglomeratie en vloeibaarmaking.
Toepassing van kaolien in poedercoatings
Kaolin kan de thixotropie en anti-sedimentatie-eigenschappen verbeteren. Gecalcineerde klei heeft geen invloed op de reologie. Maar net als onbehandelde klei kan het mat worden, de dekkracht vergroten en de witheid verhogen. Deze effecten zijn vergelijkbaar met talkpoeder.
Kaolin heeft een hoge waterabsorptie. Het helpt niet bij thixotropie of het maken van hydrofobe coatings. De deeltjesgrootte van kaolinproducten ligt tussen 0,2-1 μm. Kaolin met grote deeltjes heeft een lage waterabsorptie. Het heeft een goed matterend effect. Kaolin met een kleine deeltjesgrootte (kleiner dan 1 μm) kan worden gebruikt voor semi-glanzende en interieurcoatings.
Kaolien kan worden onderverdeeld in gecalcineerde kaolien en gewassen kaolien. Over het algemeen zijn de olie-absorptie, opaciteit, porositeit, hardheid en helderheid van gecalcineerde kaolien hoger dan die van gewassen kaolien.
Toepassing van holle glasmicrobolletjes in poedercoatings
Holle glazen microbolletjes zijn kleine, holle bolvormige poeders. Ze zijn licht, hebben een groot volume en hebben een lage thermische geleidbaarheid. Ze hebben een hoge druksterkte, zijn geïsoleerd en corrosiebestendig. Ze zijn niet-toxisch, goed verspreid en stabiel.
Bij gebruik in poedercoatings kunnen holle glasmicrobolletjes de volgende functies vervullen:
- (1) Warmte-isolatie, isolatie en lage waterabsorptie. Holle glazen microbolletjes hebben een vacuüm of verdund gas van binnen. Dit creëert een dichtheids- en warmtegeleidingsverschil met epoxyhars. Ze isoleren warmte dus goed. Ze zijn een uitstekende vulstof voor poedercoatings die bestand zijn tegen hoge temperaturen.
- (2) Het kan de fysieke en mechanische eigenschappen van poedercoatings verbeteren. Holle glazen microbolletjesvullers kunnen de hardheid en stijfheid van poedercoatings verhogen. De slagvastheid neemt echter af. De mate van afname hangt af van de oppervlaktebehandeling van holle glazen microbolletjes. Het gebruik van het juiste koppelingsmiddel voor voorbehandeling kan de slagvastheid verminderen.
- (3) Lage olie-absorptie. De olie-absorptiesnelheid van holle glazen microbolletjes varieert. Het ligt tussen 7 mg en 50 mg per 100 g. Deze lage olie-absorptievulstof verhoogt de vulhoeveelheid in vermomming tijdens de productie. Het verlaagt de totale kosten.
Toepassing van wollastoniet in poedercoatings
Wollastoniet is voornamelijk calciumsilicaat. Het heeft een dichtheid van 2,9 g/cm3, een brekingsindex van 1,63 en een olie-absorptie van 30-50%. Het heeft een naaldachtige structuur en een goede helderheid.
Poedercoatings gebruiken over het algemeen natuurlijk wollastonietpoeder, dat wordt verwerkt uit natuurlijk wollastoniet. Wollastoniet kan een lichaamspigment zijn. Het kan een deel van het witte pigment in de coating vervangen. Het verbetert de dekking en verlaagt de verfkosten. De goede geleidbaarheid maakt het een veelvoorkomende keuze voor epoxy-isolerende poedercoatings. Wollastoniet is een wit, naaldachtig materiaal. Het kan de buig- en trekeigenschappen van poedercoatings verbeteren.
Ontwikkelingstrend van poedervullers voor poedercoatings
Oppervlaktebehandeling van poedervulstoffen
Poedercoatingvullers zijn polair. Poedercoatingharsen zijn extreem polair. Dit zal leiden tot slechte compatibiliteit tussen hen en de prestaties van de coating schaden. Daarom is het meestal nodig om poedervullers te behandelen. Gebruik fysieke methoden (oppervlaktecoating en adsorptie) of chemische methoden (substitutie, hydrolyse, polymerisatie en enten) om de deeltjesgrootte van de aggregaten te verkleinen of de vloeibaarheid van het systeem te verbeteren. Dit verbetert de verwerking van de coating, de oppervlaktekwaliteit (glans, kleurhelderheid) en de mechanische sterkte.
Micronisatie van poedervulstoffen
Een constante hars-vulstofverhouding bij poedercoating is essentieel. Theoretisch gezien leveren kleinere vulstofdeeltjes betere oppervlakte- en mechanische eigenschappen op. Als de vulstofdeeltjesgrootte wordt teruggebracht tot die van titaandioxide (0,2-0,5 μm), kan het geagglomereerde titaan in de formule worden geïsoleerd. Dit zal betere dispersiecentra creëren. Het zal het dekvermogen van titaandioxide verbeteren. Dit is het principe van ruimtelijke scheiding van gemicroniseerde vulstoffen. Op dezelfde manier kunnen gemicroniseerde vulstoffen ook de hoeveelheid gebruikt pigment verminderen.
Poedervuller nanotechnologie
De meest gebruikte nanomaterialen zijn nanosiliciumdioxide, nanotitaniumdioxide en nanocalciumcarbonaat. Nanotitaniumdioxide is naar verluidt transparant. Het kan de mechanische eigenschappen en UV-absorptie van coatings verbeteren. Het kan ook de weersbestendigheid van poedercoatings in autolak aanzienlijk verbeteren. Nanomaterialen zijn zeer fijne deeltjes met een hoge oppervlakteactiviteit. Ze agglomereren en flocculeren gemakkelijk. Daarom zijn de oppervlaktebehandeling van nanovulstoffen, de toevoegingsmethode en de selectie van dispergeerapparatuur, de hoeveelheid nanomaterialen die aan poedercoatings worden toegevoegd en hoe ze in de basishars worden gedispergeerd, de sleutel tot de toepassing van nanomaterialen in poedercoatings. Kies bij het ontwerpen van poedercoatings vulstoffen op basis van prestatievereisten. Dit zal het beste effect bereiken.
Functionalisering van poedercoatingvulstoffen
Het doel van functionele poedercoatings is om hun eigenschappen te verbeteren. Dit omvat hun fysieke, chemische en mechanische aspecten. Of om er nieuwe functies aan toe te voegen. Kaolien- en wollastonietpoeders maken elektrisch isolerende poedercoatings. Ze kunnen kosten verlagen en isolatie verbeteren. Aluminium- en magnesiumhydroxiden kunnen vlammen vertragen. Ze kunnen vlamvertragende poedercoatings maken. Ze kunnen ook de reologie regelen, de hechting verbeteren, de glans regelen en het dekvermogen verbeteren. Vulstoffen voor poedercoatings zouden dus niet alleen kosten moeten besparen. Ze zouden zich moeten richten op onderzoek om nieuwe, hoogwaardige, goedkope vulstoffen te ontwikkelen. Dit is om te voldoen aan de groeiende vraag naar poedercoatings.