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.
ภาพรวมการเคลือบผง
บทนำเกี่ยวกับการเคลือบผง
การเคลือบผงมีต้นกำเนิดในช่วงทศวรรษปี 1950 เป็นการเคลือบที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม มีปริมาณของแข็ง 100% และไม่มีสาร VOC ช่วยประหยัดพลังงานและลดมลพิษ มีกระบวนการที่เรียบง่าย ทำให้ทำงานอัตโนมัติได้ง่าย และมีประสิทธิภาพการเคลือบที่ยอดเยี่ยม
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.
ภาพรวมตลาดการเคลือบผง
ความต้องการเครื่องใช้ไฟฟ้าและยานพาหนะขนาดเบาที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้มีความต้องการสารเคลือบผงเพิ่มขึ้น ความต้องการที่เพิ่มขึ้นจากอุตสาหกรรมในประเทศพัฒนาแล้วและประเทศกำลังพัฒนาส่งผลให้ตลาดสารเคลือบผงเติบโต รายงานของ Markets and Markets ระบุว่าตลาดสารเคลือบผงทั่วโลกจะมีมูลค่าถึง 134.9 พันล้านเหรียญสหรัฐภายในปี 2022 และจะเติบโตที่ 6.751 พันล้านเหรียญสหรัฐต่อปีตั้งแต่ปี 2017 ถึงปี 2022
ตลาดการเคลือบผงของจีนมีความต้องการเติบโตเร็วที่สุดในโลก เนื่องมาจากหลายปัจจัย เช่น การขยายตัวของเมืองอย่างรวดเร็ว การเติบโตของที่อยู่อาศัย การก่อสร้าง และรถยนต์ ในปี 2559 ผลผลิตของอุตสาหกรรมการเคลือบผงของจีนอยู่ที่ 2.07 ล้านตัน
การเคลือบผงคิดเป็น 11% ของผลผลิตการเคลือบทั้งหมดของประเทศ แผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 13 ระบุว่า "ภายในปี 2020 อุตสาหกรรมการเคลือบผงควรผลิตได้ประมาณ 22 ล้านตัน" ในจำนวนนี้ 57% น่าจะเป็นการเคลือบผงที่มีประสิทธิภาพคุ้มทุนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ในปี 2020 การเคลือบผงจะเพิ่มขึ้นเป็น 18% โดยมีผลผลิต 4 ล้านตัน การเพิ่มขึ้นของการเคลือบผงจะกระตุ้นความต้องการสารตัวเติมผง
การวิเคราะห์การประยุกต์ใช้ผงวัสดุต่าง ๆ ในการเคลือบผง
สารตัวเติมในสารเคลือบสามารถลดต้นทุนได้ และยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเคลือบอีกด้วย
ตัวอย่างเช่นพวกเขาสามารถ:
- ปรับปรุงความทนทานต่อการสึกหรอและรอยขีดข่วนของสารเคลือบ
- ลดการหย่อนตัวระหว่างการปรับระดับละลาย
- ปรับปรุงคุณสมบัติความต้านทานการกัดกร่อนและความชื้น
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.
การประยุกต์ใช้แคลเซียมคาร์บอเนตในสารเคลือบผง
แคลเซียมคาร์บอเนตมี 2 ประเภท คือ แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดเบาและชนิดหนัก แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดเบาคือแคลเซียมคาร์บอเนตที่ตกตะกอน แคลเซียมคาร์บอเนตทุกประเภทและวิธีการผลิตมีผลต่อความเงาของสารเคลือบ ขนาดอนุภาคที่แตกต่างกันจะมีผลอย่างมากต่อความเงาของสารเคลือบ โดยทั่วไปไม่แนะนำให้ใช้แคลเซียมคาร์บอเนตกลางแจ้ง
แคลเซียมคาร์บอเนตหนักส่วนใหญ่ใช้ทดแทนวัสดุอื่นๆ โดยทดแทนไททาเนียมไดออกไซด์ เม็ดสี แคลเซียมเบา และแบเรียมซัลเฟตที่ตกตะกอนบางส่วน ช่วยป้องกันการกัดกร่อนและทดแทนเม็ดสีป้องกันสนิมบางส่วน นอกจากนี้ยังใช้เป็นตัวเพิ่มปริมาณอีกด้วย
เมื่อใช้แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดเข้มข้นในสีภายในอาคาร สามารถใช้ได้ทั้งแบบเดี่ยวๆ หรือใช้ร่วมกับแป้งทัลคัม แคลเซียมคาร์บอเนตดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับแป้งทัลคัม เพราะช่วยลดการบดละเอียด เพิ่มการคงสีในสีอ่อน และเพิ่มความต้านทานต่อเชื้อรา อย่างไรก็ตาม ความต้านทานต่อกรดที่ไม่ดีทำให้ไม่สามารถนำไปใช้ในสารเคลือบภายนอกได้
แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดเบาจะมีขนาดอนุภาคเล็กกว่าและสม่ำเสมอกว่าแคลเซียมคาร์บอเนตชนิดหนัก นอกจากนี้ยังดูดซับน้ำมันได้ดีกว่าและมีความสว่างกว่าด้วย แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดเบาสามารถใช้ได้ในกรณีที่ต้องการเอฟเฟกต์การเคลือบผิวสูงสุด
การประยุกต์ใช้แบเรียมซัลเฟตในสารเคลือบผง
แบเรียมซัลเฟตที่ใช้เป็นเม็ดสีสำหรับตัวถังมี 2 ประเภท ได้แก่ แบเรียมซัลเฟตธรรมชาติและแบเรียมซัลเฟตสังเคราะห์ ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติคือแบริต์ผง ส่วนผลิตภัณฑ์สังเคราะห์คือแบเรียมซัลเฟตที่ตกตะกอน
ในการเคลือบผง แบเรียมซัลเฟตที่ตกตะกอนสามารถปรับปรุงการปรับระดับและความเงางามได้ เข้ากันได้กับสารแต่งสีทุกประเภท ช่วยให้การเคลือบผงมีความหนาที่เหมาะสมและอัตราการเคลือบที่สูงในกระบวนการพ่น
ผงแบริต์ฟิลเลอร์ใช้ในไพรเมอร์อุตสาหกรรมและสารเคลือบยานยนต์ สารเคลือบเหล่านี้ต้องการความแข็งแรง พลังการเติม และความเฉื่อยทางเคมีสูง นอกจากนี้ยังใช้ในสีเคลือบเงาที่มีความเงาสูงอีกด้วย ในสีน้ำยาง ผงแบริต์ละเอียดสามารถใช้แทนไททาเนียมไดออกไซด์ได้ ดัชนีการหักเหแสงที่สูง (1.637) ทำให้เป็นเม็ดสีขาวโปร่งแสง
การประยุกต์ใช้ผงไมก้าในงานเคลือบผง
ผงไมก้าประกอบด้วยซิลิเกตเชิงซ้อนและอนุภาคมีลักษณะเป็นแผ่น ไมก้ามีความทนทานต่อความร้อน กรด และด่างได้ดี นอกจากนี้ยังส่งผลต่อความลื่นไหลของของเหลวที่หลอมละลายของการเคลือบผง ไมก้าใช้ในงานเคลือบผงที่ทนความร้อนและเป็นฉนวน นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นสารตัวเติมสำหรับผงเนื้อสัมผัสได้อีกด้วย
จากไมก้าหลายประเภท เซอริไซต์มีโครงสร้างคล้ายกับเคโอลิน มีคุณสมบัติทั้งของไมก้าและแร่ดินเหนียว การใช้เซอริไซต์ในสารเคลือบสามารถปรับปรุงความทนทานต่อสภาพอากาศและการซึมผ่านของน้ำได้อย่างมาก นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มการยึดเกาะ ความแข็งแรง และรูปลักษณ์ของสารเคลือบได้ ในเวลาเดียวกัน อนุภาคของสีสามารถแทรกซึมเข้าไปในชั้นกลางของผงเซอริไซต์ได้ ทำให้สีไม่ซีดจางเป็นเวลานาน นอกจากนี้ ผงเซอริไซต์ยังมีหน้าที่ป้องกันตะไคร่น้ำและเชื้อรา ดังนั้น ผงเซอริไซต์จึงเป็นสารตัวเติมอเนกประสงค์ที่มีอัตราส่วนราคาต่อประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมสำหรับสารเคลือบ
การใช้ทัลค์ในงานเคลือบผง
ทัลค์ หรือที่เรียกอีกอย่างว่าแมกนีเซียมซิลิเกตไฮเดรต จะถูกบดโดยตรงจากแร่ทัลค์ อนุภาคเป็นผลึกรูปเข็ม พวกมันให้ความรู้สึกมันเยิ้ม พวกมันนิ่มและไม่กัดกร่อนมากนัก พวกมันมีการแขวนลอยและการกระจายตัวที่ดี และมีความหนืดบางอย่าง พวกมันส่งผลกระทบอย่างมากต่อความลื่นไหลของของเหลวที่หลอมละลายของการเคลือบผง ดังนั้นจึงมักใช้เป็นผงที่มีพื้นผิว ปัจจุบัน พวกมันถูกใช้เป็นไพรเมอร์ต่างๆ การเคลือบขั้นกลาง สีป้ายจราจร การเคลือบอุตสาหกรรม และการเคลือบสถาปัตยกรรมภายในและภายนอก
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.
การประยุกต์ใช้ซิลิก้าในสารเคลือบผง
ควอตซ์ผงที่มีรูพรุนจัดอยู่ในกลุ่มซิลิกาประเภทหนึ่ง ปลอดภัยและนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในสารเคลือบหลายประเภท เช่น ผง สารหน่วงไฟ สารกันน้ำ และสารป้องกันการกัดกร่อน ควอตซ์ผงที่มีรูพรุนราคาถูกสามารถลดต้นทุนของสารเคลือบผงได้ สามารถใช้แทนแบเรียมซัลเฟตเพื่อลดปริมาณแบเรียมที่ละลายน้ำได้ ซึ่งจะเป็นไปตามมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม
นอกจากนี้ การเคลือบผงมักใช้ซิลิกาฟูมเป็นสารช่วยป้องกันการเกาะตัว ซิลิกาฟูมเป็นเม็ดสีชั้นบนและสารควบคุมการไหลของสารเคลือบ ซิลิกาฟูมมีประสิทธิภาพดีเยี่ยม ในการเคลือบของเหลว ซิลิกาฟูมควบคุมการไหลของสารเคลือบโดย: การทำให้ข้นขึ้น ความหนืด การป้องกันการหย่อนคล้อย และการปกปิดขอบ ในการเคลือบผงแบบแข็ง ซิลิกาฟูมช่วยปรับปรุงการไหลของผงและป้องกันการเกาะตัวและการทำให้เป็นของเหลว
การประยุกต์ใช้ดินขาวในสารเคลือบผง
ดินขาวสามารถปรับปรุงคุณสมบัติความหนืดและป้องกันการตกตะกอนได้ ดินขาวที่ผ่านการเผาจะไม่ส่งผลต่อคุณสมบัติการไหล แต่เช่นเดียวกับดินขาวที่ไม่ได้รับการบำบัด ดินขาวอาจทำให้เกิดการพันกัน เพิ่มพลังในการปกปิด และเพิ่มความขาว ซึ่งผลกระทบเหล่านี้จะคล้ายกับแป้งทัลคัม
คาโอลินมีการดูดซึมน้ำสูง แต่ไม่ช่วยเรื่องความหนืดหรือการทำสารเคลือบแบบไม่ชอบน้ำ ขนาดอนุภาคของผลิตภัณฑ์คาโอลินอยู่ระหว่าง 0.2-1μm คาโอลินที่มีอนุภาคขนาดใหญ่มีการดูดซึมน้ำต่ำ มีผลในการทำให้ด้านได้ดี คาโอลินที่มีขนาดอนุภาคเล็ก (น้อยกว่า 1μm) สามารถนำมาใช้สำหรับการเคลือบแบบกึ่งเงาและภายใน
ดินขาวสามารถแบ่งได้เป็นดินขาวเผาและดินขาวล้าง โดยทั่วไปแล้วดินขาวเผาจะมีความสามารถในการดูดซับน้ำมัน ความทึบแสง รูพรุน ความแข็ง และความเงามากกว่าดินขาวล้าง
การประยุกต์ใช้ไมโครสเฟียร์แก้วกลวงในสารเคลือบผง
ไมโครสเฟียร์แก้วกลวงเป็นผงทรงกลมกลวงขนาดเล็ก มีน้ำหนักเบา มีปริมาตรมาก และมีค่าการนำความร้อนต่ำ มีความแข็งแรงในการอัดสูง เป็นฉนวน และทนต่อการกัดกร่อน ไม่เป็นพิษ กระจายตัวได้ดี และมีเสถียรภาพ
เมื่อใช้ในการเคลือบผง ไมโครสเฟียร์แก้วกลวงสามารถทำหน้าที่ต่อไปนี้ได้:
- (1) ฉนวนกันความร้อน ฉนวน และการดูดซึมน้ำต่ำ ไมโครสเฟียร์แก้วกลวงมีสูญญากาศหรือก๊าซที่เบาบางอยู่ภายใน ทำให้เกิดความแตกต่างของความหนาแน่นและการนำความร้อนกับเรซินอีพอกซี ดังนั้นจึงสามารถเก็บความร้อนได้ดี ไมโครสเฟียร์แก้วกลวงเป็นวัสดุอุดรอยรั่วที่ดีเยี่ยมสำหรับการเคลือบผงที่ทนต่ออุณหภูมิสูง
- (2) สามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของการเคลือบผงได้ ฟิลเลอร์ไมโครสเฟียร์แก้วกลวงสามารถเพิ่มความแข็งและความแข็งของการเคลือบผงได้ อย่างไรก็ตาม ความต้านทานต่อแรงกระแทกจะลดลง ระดับของการลดลงนั้นขึ้นอยู่กับการเคลือบผิวของไมโครสเฟียร์แก้วกลวง การใช้ตัวแทนจับคู่ที่เหมาะสมสำหรับการเคลือบผิวล่วงหน้าสามารถลดความต้านทานต่อแรงกระแทกได้
- (3) การดูดซึมน้ำมันต่ำ อัตราการดูดซึมน้ำมันของไมโครสเฟียร์แก้วกลวงจะแตกต่างกันไป โดยอยู่ระหว่าง 7 มก. ถึง 50 มก. ต่อ 100 กรัม สารตัวเติมที่มีการดูดซึมน้ำมันต่ำนี้จะช่วยเพิ่มปริมาณการเติมในระหว่างการผลิต ช่วยลดต้นทุนโดยรวม
การประยุกต์ใช้วูลลาสโทไนต์ในสารเคลือบผง
วอลลาสโทไนต์ประกอบด้วยแคลเซียมซิลิเกตเป็นหลัก มีความหนาแน่น 2.9g/cm3 ดัชนีหักเหแสง 1.63 และอัตราการดูดซึมน้ำมัน 30-50% มีโครงสร้างคล้ายเข็มและมีความสว่างดี
การเคลือบผงโดยทั่วไปจะใช้ผงวูลลาสโทไนต์ธรรมชาติ ซึ่งได้มาจากวูลลาสโทไนต์ธรรมชาติ วูลลาสโทไนต์สามารถเป็นเม็ดสีสำหรับร่างกายได้ โดยสามารถแทนที่เม็ดสีขาวบางส่วนในการเคลือบได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มการปกปิดและลดต้นทุนสี การนำไฟฟ้าที่ดีทำให้วูลลาสโทไนต์เป็นตัวเลือกที่นิยมสำหรับการเคลือบผงฉนวนอีพอกซี วูลลาสโทไนต์เป็นวัสดุสีขาวคล้ายเข็ม ซึ่งสามารถปรับปรุงคุณสมบัติการดัดงอและการดึงของการเคลือบผงได้
แนวโน้มการพัฒนาของสารเติมผงสำหรับการเคลือบผง
การบำบัดพื้นผิวของสารตัวเติมผง
สารตัวเติมเคลือบผงมีขั้ว เรซินเคลือบผงมีขั้วมาก ซึ่งจะทำให้ความเข้ากันได้ระหว่างเรซินทั้งสองไม่ดีและส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของสารเคลือบ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องบำบัดสารตัวเติมผงโดยทั่วไป ใช้กรรมวิธีทางกายภาพ (การเคลือบผิวและการดูดซับ) หรือกรรมวิธีทางเคมี (การทดแทน การไฮโดรไลซิส การเกิดพอลิเมอร์ และการต่อกิ่ง) เพื่อลดขนาดอนุภาคของมวลรวมหรือปรับปรุงความลื่นไหลของระบบ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการประมวลผลของสารเคลือบ คุณภาพของพื้นผิว (ความเงา ความสว่างของสี) และความแข็งแรงเชิงกล
การไมโครไนเซชั่นของสารเติมแต่งผง
อัตราส่วนเรซินต่อสารตัวเติมที่คงที่ในการเคลือบผงถือเป็นปัจจัยสำคัญ ในทางทฤษฎี อนุภาคสารตัวเติมที่มีขนาดเล็กกว่าจะให้คุณสมบัติพื้นผิวและกลไกที่ดีกว่า หากลดขนาดอนุภาคของสารตัวเติมให้เท่ากับไททาเนียมไดออกไซด์ (0.2-0.5μm) ไททาเนียมที่เกาะกลุ่มกันในสูตรก็สามารถแยกออกได้ วิธีนี้จะสร้างศูนย์กลางการกระจายตัวที่ดีขึ้น และจะช่วยเพิ่มพลังการปกปิดของไททาเนียมไดออกไซด์ นี่คือหลักการแยกเชิงพื้นที่ของสารตัวเติมที่ผ่านการทำให้เป็นไมโครไนซ์ ในทำนองเดียวกัน สารตัวเติมที่ผ่านการทำให้เป็นไมโครไนซ์ยังสามารถลดปริมาณเม็ดสีที่ใช้ได้อีกด้วย
นาโนเทคโนโลยีสารเติมผง
นาโนวัสดุที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ นาโนซิลิกอนไดออกไซด์ นาโนไททาเนียมไดออกไซด์ และนาโนแคลเซียมคาร์บอเนต นาโนไททาเนียมไดออกไซด์มีรายงานว่าโปร่งใส สามารถปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลและการดูดซับรังสี UV ของสารเคลือบได้ นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มความทนทานต่อสภาพอากาศของสารเคลือบผงในสารเคลือบเงาเคลือบรถยนต์ได้อย่างมาก นาโนวัสดุเป็นอนุภาคละเอียดมากที่มีกิจกรรมพื้นผิวสูง พวกมันจับตัวเป็นก้อนและจับตัวเป็นก้อนได้ง่าย ดังนั้น การบำบัดพื้นผิวของนาโนฟิลเลอร์ วิธีการเติมและการเลือกอุปกรณ์กระจาย ปริมาณของนาโนวัสดุที่เติมลงในสารเคลือบผง และวิธีการกระจายลงในเรซินพื้นฐานจึงเป็นกุญแจสำคัญในการใช้นาโนวัสดุในสารเคลือบผง ในการออกแบบสารเคลือบผง ให้เลือกฟิลเลอร์ตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ วิธีนี้จะทำให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด
การทำงานของสารตัวเติมเคลือบผง
เป้าหมายของการเคลือบผงแบบมีฟังก์ชันคือการปรับปรุงคุณสมบัติ ซึ่งรวมถึงลักษณะทางกายภาพ เคมี และกลไก หรือเพิ่มฟังก์ชันใหม่ให้กับการเคลือบผง ผงคาโอลินและวูลลาสโทไนต์สามารถผลิตการเคลือบผงที่เป็นฉนวนไฟฟ้าได้ ซึ่งสามารถลดต้นทุนและปรับปรุงฉนวนได้ อะลูมิเนียมและแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์สามารถชะลอการลุกลามของเปลวไฟได้ นอกจากนี้ยังสามารถผลิตการเคลือบผงที่หน่วงการลุกลามของเปลวไฟได้ นอกจากนี้ยังสามารถควบคุมการไหลของสาร ปรับปรุงการยึดเกาะ ควบคุมความมันเงา และปรับปรุงพลังการซ่อนตัว ดังนั้น ฟิลเลอร์สำหรับการเคลือบผงจึงควรเปลี่ยนจากการลดต้นทุนเพียงอย่างเดียว ควรเน้นที่การวิจัยเพื่อพัฒนาฟิลเลอร์แบบใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงและมีต้นทุนต่ำ เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นของการเคลือบผง