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.
Toz Kaplama Genel Bakış
Toz Kaplamalara Giriş
Toz boya 1950'lerde ortaya çıkmıştır. Çevre dostu bir kaplamadır. 100% katı içeriğine sahiptir ve VOC içermez. Enerji tasarrufu sağlar ve kirliliği azaltır. Basit bir işleme sahiptir, otomasyonu kolaydır ve mükemmel kaplama performansına sahiptir.
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.
Toz Kaplamalar Pazarına Genel Bakış
Ev aletleri ve hafif araçlara olan talebin artması toz kaplamalara olan ihtiyacı artırdı. Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerdeki endüstrilerden gelen talebin artması toz kaplama pazarını canlandırdı. Markets and Markets raporuna göre küresel toz kaplama pazarı 2022'ye kadar US$134,9 milyara ulaşacak. 2017'den 2022'ye kadar yıllık 6,75% büyüyecek.
Çin'in toz boya pazarı dünyanın en hızlı büyüyen talebine sahiptir. Bunun birçok nedeni vardır. Bunlar arasında hızlı kentleşme ve konut, inşaat ve otomobillerin büyümesi yer alır. 2016 yılında Çin'in toz boya endüstrisi üretimi 2,07 milyon tona ulaştı.
Toz kaplamalar, ülkemin toplam kaplama üretiminin 11%'sini oluşturuyor. 13. Beş Yıllık Plan, "2020'ye kadar kaplama endüstrisi yaklaşık 22 milyon ton üretmelidir." diyor. Bunun 57%'si uygun maliyetli, çevre dostu kaplamalar olmalı. 2020'de toz kaplamalar 4 milyon tonluk bir üretimle 18%'ye yükselecek. Toz kaplamaların yükselişi toz dolgu maddelerine olan talebi artıracak.
Toz kaplamalarda farklı toz malzemelerin uygulanmasının analizi
Kaplamalardaki dolgu maddeleri maliyetleri düşürebilir. Ayrıca kaplama performansını da iyileştirir.
Örneğin şunları yapabilirler:
- Kaplamanın aşınma ve çizilme direncini artırın.
- Eriyik tesviyesi sırasında sarkmayı azaltır.
- Korozyon ve neme karşı dayanıklılığını arttırır.
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.
Toz kaplamalarda kalsiyum karbonatın uygulanması
Kalsiyum karbonatın iki türü vardır: hafif ve ağır. Hafif, çökelmiş kalsiyum karbonattır. Tüm kalsiyum karbonat türleri ve üretim yöntemleri kaplamanın parlaklığını etkiler. Farklı parçacık boyutları bunun üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Kalsiyum karbonat genellikle dış mekan kullanımı için önerilmez.
Ağır kalsiyum karbonat esas olarak bazı diğer malzemelerin yerine kullanılır. Kısmen titanyum dioksit, renk pigmentleri, hafif kalsiyum ve çökeltilmiş baryum sülfatın yerini alır. Korozyonu önler ve kısmen pas önleyici pigmentlerin yerini alır. Ayrıca bir artırıcı olarak kullanılır.
İç mekan boyalarında ağır kalsiyum karbonat kullanıldığında, tek başına veya talk pudrasıyla birlikte kullanılabilir. Talk pudrasına kıyasla kalsiyum karbonat daha iyidir. Tozlaşmayı azaltabilir, açık boyalarda renk tutmayı iyileştirebilir ve küf direncini artırabilir. Ancak, zayıf asit direnci dış cephe kaplamalarında uygulanmasını engeller.
Hafif kalsiyum karbonat, ağır kalsiyum karbonattan daha küçük, daha düzgün bir parçacık boyutuna sahiptir. Ayrıca daha yüksek yağ emilimi ve parlaklığa sahiptir. Hafif kalsiyum karbonat, maksimum matlaştırma etkisinin gerekli olduğu yerlerde kullanılabilir.
Toz Kaplamalarda Barium Sülfat Uygulaması
Boya gövde pigmentleri olarak kullanılan iki tür baryum sülfat vardır: doğal ve sentetik. Doğal ürün barit tozudur. Sentetik ürün çökeltilmiş baryum sülfattır.
Toz kaplamalarda, çökeltilmiş baryum sülfat düzleştirmeyi ve parlaklığı iyileştirebilir. Tüm renklendiricilerle uyumludur. Toz kaplamaların püskürtme işleminde ideal kalınlığa ve yüksek kaplama oranına ulaşmasını sağlayabilir.
Barit toz dolgu maddeleri endüstriyel astarlarda ve otomotiv kaplamalarında kullanılır. Bu kaplamalar yüksek mukavemet, dolgu gücü ve kimyasal eylemsizliğe ihtiyaç duyar. Ayrıca yüksek parlaklıktaki son katlarda da kullanılırlar. Lateks boyalarda, ince barit tozu bir miktar titanyum dioksitin yerini alabilir. Yüksek kırılma indeksi (1.637) onu yarı saydam beyaz bir pigment yapar.
Toz Kaplamalarda Mika Tozunun Uygulanması
Mika tozu karmaşık silikatlardan oluşur ve parçacıkları pul puldur. Mükemmel ısı, asit ve alkali direncine sahiptir. Ayrıca toz kaplamaların eriyik akışkanlığını da etkiler. Isıya dayanıklı ve yalıtım sağlayan toz kaplamalarda kullanılır. Ayrıca doku tozu için dolgu maddesi olarak da kullanılabilir.
Birçok mika türünden, serisitin yapısı kaolininkine benzer. Hem mika hem de kil minerallerinin özelliklerine sahiptir. Kaplamalarda kullanımı hava koşullarına dayanıklılıklarını ve su geçirgenliklerini büyük ölçüde iyileştirebilir. Ayrıca yapışmalarını, mukavemetlerini ve görünümlerini de geliştirebilir. Aynı zamanda, boya parçacıkları serisit tozunun kafes ara katmanına girebilir. Bu, rengin uzun süre solmasını önler. Ayrıca, serisit tozunun yosun önleyici ve küf önleyici işlevi de vardır. Bu nedenle, serisit tozu kaplamalar için mükemmel fiyat-performans oranına sahip çok işlevli bir dolgu maddesidir.
Toz kaplamalarda talk uygulaması
Talk, hidratlı magnezyum silikat olarak da bilinir, doğrudan talk cevherinden ezilir. Parçacıklar iğne şeklinde kristallerdir. Yağlı hissettirirler. Yumuşaktırlar ve çok aşındırıcı değildirler. İyi süspansiyon ve dağılabilirliğe ve belirli bir tiksotropiye sahiptirler. Toz kaplamaların eriyik akışkanlığını büyük ölçüde etkilerler. Bu nedenle, genellikle doku tozları için kullanılırlar. Şu anda çeşitli astarlarda, ara kaplamalarda, yol tabelası boyalarında, endüstriyel kaplamalarda ve iç ve dış mimari kaplamalarda kullanılırlar.
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.
Toz Kaplamalarda Silika Uygulaması
Gözenekli toz kuvars bir silika sistemi türüne aittir. Toz, yangın geciktirici, su geçirmez ve korozyon önleyici gibi birçok kaplamada güvenlidir ve yaygın olarak kullanılır. Ucuz, gözenekli toz kuvars toz kaplamaların maliyetini düşürebilir. Çözünebilir baryumu azaltmak için baryum sülfatın yerini alabilir. Bu, çevre standartlarını karşılayacaktır.
Ayrıca, toz kaplamalar genellikle topaklanmayı önleyici bir yardımcı olarak füme silika kullanır. Füme silika bir üst gövde pigmenti ve bir kaplama reolojisi kontrol maddesidir. Mükemmel bir performansa sahiptir. Sıvı kaplamalarda, reolojiyi şu şekilde kontrol eder: kalınlaştırma, tiksotropi, sarkma önleme ve kenar kaplaması. Katı toz kaplamalarda, toz akışını iyileştirir ve aglomerasyon ve akışkanlaşmayı önler.
Toz Kaplamalarda Kaolin Uygulaması
Kaolin tiksotropi ve anti-sedimentasyon özelliklerini iyileştirebilir. Kalsine edilmiş kil reolojiyi etkilemez. Ancak, işlenmemiş kil gibi matlaşabilir, gizleme gücünü ve beyazlığı artırabilir. Bu etkiler talk pudrasına benzerdir.
Kaolin yüksek su emilimine sahiptir. Tiksotropiye veya hidrofobik kaplamalar yapmaya yardımcı olmaz. Kaolin ürünlerinin parçacık boyutu 0,2-1 μm arasındadır. Büyük parçacıklı kaolin düşük su emilimine sahiptir. İyi bir matlaştırma etkisine sahiptir. Küçük parçacık boyutuna (1 μm'den az) sahip kaolin yarı parlak ve iç kaplamalar için kullanılabilir.
Kaolin, kalsine edilmiş kaolin ve yıkanmış kaolin olarak ikiye ayrılabilir. Genel olarak, kalsine edilmiş kaolinin yağ emilimi, opaklığı, gözenekliliği, sertliği ve parlaklığı yıkanmış kaolininkinden daha yüksektir.
Toz kaplamalarda içi boş cam mikro kürelerin uygulanması
İçi boş cam mikro küreler küçük, içi boş küresel tozlardır. Hafiftirler, büyük hacimlidirler ve düşük ısı iletkenliğine sahiptirler. Yüksek basınç dayanımına sahiptirler, yalıtılmıştırlar ve korozyona karşı dirençlidirler. Toksik değildirler, iyi dağılmışlardır ve kararlıdırlar.
Toz boyalarda kullanıldığında içi boş cam mikro küreler aşağıdaki rolleri oynayabilir:
- (1) Isı yalıtımı, izolasyon ve düşük su emilimi. İçi boş cam mikro kürelerin içinde vakum veya seyreltilmiş gaz bulunur. Bu, epoksi reçinesiyle bir yoğunluk ve termal iletkenlik farkı yaratır. Bu nedenle, ısıyı iyi yalıtırlar. Yüksek sıcaklığa dayanıklı toz kaplamalar için mükemmel bir dolgu maddesidirler.
- (2) Toz kaplamaların fiziksel ve mekanik özelliklerini iyileştirebilir. İçi boş cam mikro küre dolguları toz kaplamaların sertliğini ve sertliğini artırabilir. Ancak darbe direnci azalır. Azalma derecesi içi boş cam mikro kürelerin yüzey işlemine bağlıdır. Ön işlem için doğru bağlayıcı maddeyi kullanmak darbe direncini azaltabilir.
- (3) Düşük yağ emilimi. İçi boş cam mikro kürelerin yağ emilim oranı değişir. 100 g başına 7 mg ile 50 mg arasındadır. Bu düşük yağ emilimli dolgu maddesi, üretim sırasında gizlice dolum miktarını artırır. Genel maliyeti düşürür.
Wollastonitin toz kaplamalarda uygulanması
Wollastonite esas olarak kalsiyum silikattır. 2,9 g/cm3 yoğunluğa, 1,63 kırılma indisine ve 30-50% yağ emilimine sahiptir. İğne benzeri bir yapıya ve iyi bir parlaklığa sahiptir.
Toz kaplamalar genellikle doğal wollastonitten işlenen doğal wollastonit tozu kullanır. Wollastonit bir gövde pigmenti olabilir. Kaplamadaki bazı beyaz pigmentlerin yerini alabilir. Kaplamayı iyileştirir ve boya maliyetlerini azaltır. İyi iletkenliği onu epoksi yalıtım toz kaplamaları için yaygın bir seçim haline getirir. Wollastonit beyaz, iğne benzeri bir malzemedir. Toz kaplamaların bükülme ve çekme özelliklerini iyileştirebilir.
Toz kaplamalar için toz dolgu maddelerinin geliştirme eğilimi
Toz dolguların yüzey işlemleri
Toz kaplama dolgu maddeleri polardır. Toz kaplama reçineleri son derece polardır. Bu, aralarında zayıf bir uyumluluğa neden olur ve kaplamanın performansına zarar verir. Bu nedenle, genellikle toz dolgu maddelerini işlemek gerekir. Agregaların parçacık boyutunu azaltmak veya sistemin akışkanlığını iyileştirmek için fiziksel yöntemler (yüzey kaplama ve adsorpsiyon) veya kimyasal yöntemler (ikame, hidroliz, polimerizasyon ve aşılama) kullanın. Bu, kaplamanın işlenmesini, yüzey kalitesini (parlaklık, renk parlaklığı) ve mekanik mukavemetini iyileştirir.
Toz dolgu maddelerinin mikronizasyonu
Toz kaplamada sabit bir reçine-dolgu oranı önemlidir. Teorik olarak, daha küçük dolgu parçacıkları daha iyi yüzey ve mekanik özellikler sağlar. Dolgu parçacık boyutu titanyum dioksitin boyutuna (0,2-0,5 μm) düşürülürse, formüldeki aglomere titanyum izole edilebilir. Bu daha iyi dispersiyon merkezleri yaratacaktır. Titanyum dioksitin gizleme gücünü artıracaktır. Bu, mikronize dolguların mekansal ayırma ilkesidir. Benzer şekilde, mikronize dolgular kullanılan pigment miktarını da azaltabilir.
Toz Dolgu Nanoteknolojisi
En yaygın kullanılan nanomalzemeler nano-silikon dioksit, nano-titanyum dioksit ve nano-kalsiyum karbonattır. Nano-titanyum dioksitin şeffaf olduğu bildirilmektedir. Kaplamaların mekanik özelliklerini ve UV emilimini iyileştirebilir. Ayrıca otomotiv üst kat verniğinde toz kaplamaların hava koşullarına dayanıklılığını büyük ölçüde artırabilir. Nanomalzemeler yüksek yüzey aktivitesine sahip çok ince parçacıklardır. Kolayca kümelenir ve floküle olurlar. Bu nedenle, nanodolgu maddelerinin yüzey işlemi, ekleme yöntemi ve dağıtma ekipmanının seçimi, toz kaplamalara eklenen nanomalzeme miktarı ve bunların temel reçineye nasıl dağıtılacağı, nanomalzemelerin toz kaplamalarda uygulanmasının anahtarıdır. Toz kaplamalar tasarlanırken, dolgu maddelerini performans gereksinimlerine göre seçin. Bu, en iyi etkiyi elde edecektir.
Toz boya dolgu maddelerinin fonksiyonelleştirilmesi
Fonksiyonel toz kaplamaların amacı, özelliklerini iyileştirmektir. Buna fiziksel, kimyasal ve mekanik yönleri de dahildir. Veya bunlara yeni işlevler eklemek. Kaolin ve volastonit tozları elektriksel yalıtım toz kaplamaları yapar. Maliyetleri düşürebilir ve yalıtımı iyileştirebilir. Alüminyum ve magnezyum hidroksitler alevleri geciktirebilir. Alev geciktirici toz kaplamalar yapabilirler. Ayrıca reolojiyi kontrol edebilir, yapışmayı iyileştirebilir, parlaklığı kontrol edebilir ve gizleme gücünü iyileştirebilir. Bu nedenle, toz kaplamalar için dolgu maddeleri sadece maliyetleri düşürmekten uzaklaşmalıdır. Yeni, yüksek performanslı, düşük maliyetli dolgu maddeleri geliştirmek için araştırmaya odaklanmalıdırlar. Bu, toz kaplamaların artan taleplerini karşılamak içindir.