En la era de la protección ambiental y la transformación de la industria de recubrimientos, el desarrollo de recubrimientos ecológicos se ha convertido en una elección inevitable para las empresas. Sin embargo, los recubrimientos ecológicos no se limitan a los recubrimientos a base de agua. Si las empresas se apresuran a desarrollar recubrimientos a base de agua, la homogeneidad del producto ocurrirá inevitablemente. Además de los recubrimientos a base de agua, los recubrimientos de alto contenido de sólidos, sin disolventes y en polvo también son opciones ecológicas y deberían convertirse en direcciones clave de desarrollo para la industria de recubrimientos. Según un informe de investigación, se espera que la región de Asia-Pacífico experimente el mayor crecimiento tanto en valor como en volumen del mercado de recubrimientos en polvo desde 2017 hasta 2022. La tecnología de recubrimiento en polvo está evolucionando rápidamente para satisfacer la demanda del mercado. Impulsada por las fuerzas del mercado, la investigación sobre la aplicación de diferentes materiales en polvo en recubrimientos está adquiriendo cada vez más importancia.
I. Visión general de los recubrimientos en polvo
Introducción a los recubrimientos en polvo
Las pinturas en polvo se originaron en la década de 1950 como una alternativa ecológica con contenido sólido 100% y sin compuestos orgánicos volátiles (COV). Las pinturas en polvo ofrecen varias ventajas: ahorro de energía, reducción de la contaminación, procesamiento sencillo, facilidad de automatización industrial y un rendimiento excelente de recubrimiento.
Los recubrimientos en polvo están hechos de una combinación de polímerospigmentos, rellenos y aditivos. Dado que no liberan disolventes volátiles, son respetuosos con el medio ambiente y ofrecen una protección ecológica superior. Los recubrimientos en polvo pueden formar capas más gruesas en una sola aplicación, aumentando la eficiencia de producción. También proporcionan excelentes propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión química y acabados de alta calidad. El uso de recubrimientos en polvo ahorra energía y recursos, con una tasa de utilización de hasta 99%. Estos recubrimientos son seguros de usar y económicamente eficientes. Como una solución sin disolventes, los recubrimientos en polvo se alinean con los principios globalmente populares de las “cuatro E”: economía, protección ambiental, eficiencia y rendimiento excelente.
2. Visión general del mercado de recubrimientos en polvo
A medida que aumenta la demanda de electrodomésticos y vehículos ligeros, también crece la demanda de recubrimientos en polvo. La creciente demanda tanto de las industrias terminales de países desarrollados como de países emergentes ha contribuido al crecimiento del mercado de recubrimientos en polvo. Según la firma de investigación de mercado Markets and Markets, se proyecta que el mercado global de recubrimientos en polvo alcance los 1.134.9 mil millones de euros para 2022, con una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 6.75% desde 2017 hasta 2022.
Debido a varios factores, en particular la rápida urbanización y el crecimiento en los sectores de la construcción, la vivienda y la automoción, la demanda de recubrimientos en polvo en China ha crecido más rápido que en cualquier otro país. En 2016, la producción de la industria de recubrimientos en polvo en China alcanzó las 2,07 millones de toneladas, convirtiéndola en el mercado más grande de recubrimientos en polvo a nivel mundial.
Figura 1: Cambios en la producción de la industria de recubrimiento en polvo de China de 2009 a 2016 (unidad: 10.000 toneladas)
En términos de producción, los recubrimientos en polvo actualmente representan aproximadamente 11% del total de producción de recubrimientos en China. Según el "13º Plan Quinquenal", se espera que la producción total de la industria de recubrimientos aumente a alrededor de 22 millones de toneladas para 2020. De esto, los recubrimientos rentables y respetuosos con el medio ambiente se proyecta que constituyan el 57% del total de producción. Para 2020, se espera que la cuota de recubrimientos en polvo aumente a aproximadamente 18%, con una producción de aproximadamente 4 millones de toneladas. El rápido desarrollo de los recubrimientos en polvo seguramente impulsará el crecimiento de la demanda de rellenos en polvo.
II. Análisis de la aplicación de diferentes materiales en polvo en recubrimientos en polvo
Los rellenos en recubrimientos no solo ayudan a reducir costos, sino que también mejoran significativamente el rendimiento de los productos de recubrimiento. Por ejemplo, los rellenos pueden mejorar la resistencia al desgaste, la resistencia a los arañazos, la resistencia a la corrosión y la resistencia a la humedad del recubrimiento. También ayudan a reducir la caída del recubrimiento durante el proceso de nivelación por fusión.
Al seleccionar rellenos para recubrimientos en polvo, se deben considerar factores como la densidad, el rendimiento de dispersión, la distribución del tamaño de partícula y la pureza. En general, cuanto mayor sea la densidad de un relleno, menor será la cobertura que proporcionará en el recubrimiento en polvo. Las partículas más grandes tienden a dispersarse mejor que las más pequeñas. El relleno debe ser químicamente inerte para evitar reaccionar con otros componentes de la fórmula en polvo, como los pigmentos, y su color debe ser lo más blanco posible. Los materiales en polvo comunes utilizados en recubrimientos en polvo incluyen carbonato de calcio, sulfato de bario, talco, polvo de mica, caolín, sílice y wollastonita.
Aplicación de Carbonato de Calcio en Recubrimientos en Polvo
El carbonato de calcio está disponible en dos formas: carbonato de calcio ligero (carbonato de calcio precipitado) y carbonato de calcio pesado. Independientemente del tipo, el tamaño de partícula del carbonato de calcio afecta significativamente el brillo de la capa. Sin embargo, el carbonato de calcio generalmente no se recomienda para uso exterior debido a su menor resistencia a las condiciones climáticas.
En recubrimientos en polvo, el carbonato de calcio pesado cumple varias funciones. Puede reemplazar parcialmente el dióxido de titanio y los pigmentos de color, reemplazar el carbonato de calcio ligero y el sulfato de bario precipitado, prevenir la corrosión y actuar como un sustituto parcial de los pigmentos anticorrosivos.
Cuando se utiliza en pinturas arquitectónicas de interior, el carbonato de calcio pesado puede aplicarse solo o combinado con polvo de talco. En comparación con el talco, el carbonato de calcio ayuda a reducir la tasa de polvo, mejora la retención del color en pinturas de colores claros y aumenta la resistencia al moho. Sin embargo, su poca resistencia a los ácidos limita su uso en recubrimientos exteriores.
Por otro lado, el carbonato de calcio ligero tiene un tamaño de partícula más pequeño, una distribución de tamaño de partícula más estrecha y una mayor absorción de aceite y brillo. Es especialmente útil en aplicaciones donde se requiere un efecto mate máximo.
2. Aplicación del Sulfato de Bario en Recubrimientos en Polvo
El sulfato de bario utilizado en recubrimientos puede clasificarse en dos tipos: natural y sintético. La forma natural se conoce como polvo de barita, y la forma sintética se llama sulfato de bario precipitado.
En recubrimientos en polvo, el sulfato de bario precipitado mejora el nivelado y la retención del brillo del recubrimiento y tiene buena compatibilidad con los colorantes. Ayuda a lograr un grosor de recubrimiento ideal durante el proceso de pulverización, asegurando una alta tasa de recubrimiento en polvo.
El polvo de barita se usa principalmente en imprimaciones industriales y recubrimientos intermedios para automóviles que requieren alta resistencia del recubrimiento, poder de relleno e inertización química. También se utiliza en recubrimientos superiores donde se necesita mayor brillo. Debido a su alto índice de refracción (1.637), el polvo de barita fina puede funcionar como un pigmento blanco translúcido, convirtiéndolo en un excelente sustituto de parte del dióxido de titanio en los recubrimientos.
3. Aplicación del Polvo de Mica en Recubrimientos en Polvo
El polvo de mica está compuesto por silicatos complejos y tiene partículas en escama. Es muy valorado por su excelente resistencia al calor, resistencia a ácidos y álcalis, y su impacto en la fluidez de fusión de los recubrimientos en polvo. El polvo de mica se usa comúnmente en recubrimientos en polvo resistentes al calor y aislantes, y también puede servir como relleno en recubrimientos en polvo con textura.
Entre los diferentes tipos de mica, la sericita tiene una estructura química similar a la de la caolinita, y combina las características de los minerales de mica y arcilla. Su aplicación en recubrimientos puede mejorar significativamente la resistencia a la intemperie y la permeabilidad al agua, mejorar la adhesión y la resistencia, y mejorar la apariencia general del recubrimiento. Además, las partículas de colorante pueden entrar fácilmente en las capas interlaminadas de la polvo de sericita, ayudando a que el color permanezca vibrante con el tiempo. La polvo de sericita también exhibe propiedades anti-algas y anti-moho, convirtiéndola en un relleno multifuncional con una excelente relación coste-rendimiento para recubrimientos.
4. Aplicación del Polvo de Talco en Recubrimientos en Polvo
El polvo de talco, también conocido como silicato de magnesio hidratado, se obtiene directamente de la trituración de la mena de talco. Sus partículas son cristales en forma de aguja con sensación grasosa, textura suave y baja abrasividad. El talco tiene buena suspensión y dispersabilidad, así como cierta tixotropía, lo que influye significativamente en la fluidez de fusión de los recubrimientos en polvo. Se usa a menudo en polvos con textura.
El talco es un material rentable; sin embargo, tiene varias desventajas que limitan su uso. Por ejemplo, tiene una alta tasa de absorción de aceite, y en aplicaciones que requieren baja absorción de aceite, debe combinarse con rellenos como polvo de barita, que tienen baja absorción de aceite. Además, su resistencia al desgaste es relativamente baja, por lo que deben añadirse otros rellenos cuando se requiere alta resistencia al desgaste. El talco que contiene otros minerales no metálicos no es adecuado para recubrimientos exteriores que requieren alta resistencia a la intemperie, ya que los minerales impurificados son propensos a reaccionar con ácidos (como la lluvia ácida). El talco también tiene propiedades mate, lo que significa que generalmente se evita en recubrimientos de alto brillo.
5. Aplicación del Sílice en Recubrimientos en Polvo
El cuarzo en polvo poroso, un tipo de sílice, es reconocido por su seguridad y se usa ampliamente en recubrimientos en polvo, incluidos recubrimientos retardantes de fuego, recubrimientos impermeables y recubrimientos anticorrosivos. El bajo costo del cuarzo en polvo poroso permite reducir el costo total de los recubrimientos en polvo. También reemplaza al sulfato de bario, reduciendo el contenido de bario soluble y ayudando a cumplir con las normas de protección ambiental.
Además, la sílice fumed se usa comúnmente en recubrimientos en polvo como agente de desaglomeración y antiaglomerante. La sílice fumed es un pigmento corporal multifuncional y un agente eficaz de control de la reología en recubrimientos. En recubrimientos líquidos, realiza funciones como espesamiento, tixotropía, anti-goteo y cobertura de bordes. En recubrimientos en polvo, mejora la fluidez de los polvos, previniendo la aglomeración y facilitando la fluidización.
6. Aplicación de la Caolinita en Recubrimientos en Polvo
La caolinita se usa en recubrimientos en polvo para mejorar la tixotropía y la anti-precipitación. La caolinita calcinada, que no afecta las propiedades reológicas, también puede impartir un efecto mate, aumentar la opacidad y mejorar la blancura, similar al polvo de talco.
La caolinita generalmente tiene una alta absorción de agua, lo que la hace inadecuada para mejorar la tixotropía de los recubrimientos o para preparar recubrimientos hidrofóbicos. El tamaño de partícula de la caolinita varía de 0.2 a 1 μm. La caolinita con partículas más grandes tiene menor absorción de agua y proporciona un mejor efecto mate, mientras que la caolinita con partículas más pequeñas (por debajo de 1 μm) es adecuada para recubrimientos semibrillantes y recubrimientos interiores.
La caolinita puede dividirse en caolinita calcinada y caolinita lavada. En general, la caolinita calcinada tiene mayor absorción de aceite, opacidad, porosidad, dureza y brillo en comparación con la caolinita lavada.
7. Aplicación de Microesferas de Vidrio Huecas en Recubrimientos en Polvo
Las microesferas de vidrio huecas son polvos esféricos diminutos y huecos que ofrecen varias ventajas, incluyendo peso ligero, gran volumen, baja conductividad térmica, alta resistencia a la compresión, aislamiento, resistencia a la corrosión, no toxicidad, buena dispersabilidad, fluidez y estabilidad.
En recubrimientos en polvo, las microesferas de vidrio huecas cumplen las siguientes funciones:
1) Aislamiento Térmico: El interior de las microesferas de vidrio hueco está lleno de un vacío o un gas rarefacto, lo que crea una diferencia de densidad y conductividad térmica con la resina epoxi. Esta propiedad les confiere un excelente aislamiento térmico y los hace ideales para recubrimientos en polvo resistentes a altas temperaturas.
2) Mejora de las Propiedades Físicas y Mecánicas: Estas microesferas pueden aumentar la dureza y la rigidez de los recubrimientos en polvo. Sin embargo, la resistencia al impacto puede disminuir, dependiendo del tratamiento superficial de las microesferas. Los agentes de acoplamiento adecuados pueden mitigar esta reducción en la resistencia al impacto.
3) Baja Absorción de Aceite: La tasa de absorción de aceite de las microesferas de vidrio hueco oscila entre 7 mg y 50 mg por cada 100 g, dependiendo del modelo. Esta baja absorción de aceite aumenta la cantidad de relleno en el producto, reduciendo efectivamente el costo total.
8. Aplicación de Wollastonita en Recubrimientos en Polvo
El componente principal de la wollastonita es el silicato de calcio, con una densidad de 2.9 g/cm³, un índice de refracción de 1.63 y una tasa de absorción de aceite de 30-50%. Tiene una estructura similar a una aguja y un brillo excelente.
En los recubrimientos en polvo, se utiliza comúnmente polvo de wollastonita natural. Se procesa a partir de wollastonita natural y funciona como un pigmento corporal que puede reemplazar parte del pigmento blanco, mejorando la cobertura y reduciendo el costo del recubrimiento. Debido a su buena conductividad, la wollastonita se usa a menudo en recubrimientos en polvo aislantes de epoxy. Además, la estructura blanca y similar a una aguja de la wollastonita mejora las propiedades de flexión y tracción de los recubrimientos en polvo.
III. Tendencia de Desarrollo de Rellenos en Polvo para Recubrimientos en Polvo
1. Tratamiento Superficial de Rellenos en Polvo
Todos los rellenos para recubrimientos en polvo son polares, mientras que las resinas de recubrimiento en polvo también son altamente polares. Esto puede provocar una compatibilidad deficiente entre ambos, afectando negativamente el procesamiento y el rendimiento del recubrimiento. Para abordar esto, a menudo es necesario tratar los rellenos en polvo mediante métodos físicos (como recubrimiento superficial y adsorción) o métodos químicos (como sustitución superficial, hidrólisis, polimerización y injerto). Estos tratamientos ayudan a reducir significativamente el tamaño de partícula de los agregados o a mejorar la fluidez del sistema, mejorando el rendimiento del procesamiento, la calidad superficial (como brillo y luminosidad del color) y la resistencia mecánica del recubrimiento.
2. Micronización de Rellenos en Polvo
Cuando la proporción de resina de recubrimiento en polvo a relleno permanece constante, cuanto menor sea el tamaño de partícula del relleno, mejor será el rendimiento superficial y las propiedades mecánicas del recubrimiento. Si el tamaño de partícula del relleno se reduce a un rango similar al del dióxido de titanio (0.2-0.5 μm), los aglomerados en la fórmula pueden aislarse, creando centros de dispersión más efectivos y mejorando la opacidad del dióxido de titanio. Este es el principio de separación espacial de los rellenos micronizados. De manera similar, los rellenos micronizados pueden reducir la cantidad de pigmento necesaria, mejorando así la eficiencia.
3. Nanotecnología de Rellenos en Polvo
Los nanomateriales comúnmente utilizados incluyen nano-dióxido de silicio, nano-dióxido de titanio y nano-carbonato de calcio. Los informes indican que el nano-dióxido de titanio mejora la transparencia, las propiedades mecánicas y la absorción ultravioleta de los recubrimientos. Es particularmente útil en barnices para automóviles, donde mejora significativamente la resistencia a las condiciones climáticas de los recubrimientos en polvo. Sin embargo, dado que los nanomateriales son partículas extremadamente finas con alta actividad superficial, son propensos a la aglomeración y la floculación. Por lo tanto, el tratamiento superficial de los nanorellenos, junto con métodos de adición adecuados, equipos de dispersión y cantidades óptimas, es fundamental para su aplicación exitosa en recubrimientos en polvo. Al diseñar fórmulas de recubrimiento en polvo, se deben seleccionar diferentes rellenos en función de los requisitos de rendimiento del producto para lograr los mejores resultados.
4. Funcionalización de Rellenos en Polvo para Recubrimientos en Polvo
La tendencia de desarrollo de recubrimientos en polvo funcionalizados se centra en mejorar las propiedades físicas, químicas y mecánicas de los recubrimientos en áreas específicas, o en introducir nuevas funciones. Por ejemplo, los polvos de caolín y wollastonita se utilizan para crear recubrimientos en polvo aislantes eléctricos, que reducen costos y mejoran el aislamiento eléctrico. El hidróxido de aluminio y el hidróxido de magnesio tienen propiedades retardantes de llama y pueden usarse para producir recubrimientos en polvo retardantes de llama. Estos rellenos también pueden controlar la reología, mejorar la adhesión, regular el brillo y aumentar la opacidad. Por lo tanto, el enfoque para los rellenos en recubrimientos en polvo está cambiando de simplemente reducir costos a incorporar investigaciones más funcionales, desarrollando nuevos rellenos con un rendimiento excelente a bajos costos para satisfacer las demandas en evolución de la industria de recubrimientos en polvo.
Conclusión
El crecimiento del polvo mercado de recubrimientos refleja un cambio más amplio hacia soluciones de recubrimiento respetuosas con el medio ambiente y de alto rendimiento. A medida que las industrias buscan sostenibilidad, los recubrimientos en polvo ofrecen una alternativa convincente con ventajas significativas en términos de eficiencia energética, rentabilidad e impacto ecológico. Con el desarrollo continuo de innovadores rellenos en polvo y tecnologías de recubrimiento, el futuro de esta industria parece prometedor.
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