مع تزايد الاهتمام بحماية البيئة، بات لزامًا على الشركات تطوير طلاءات صديقة للبيئة. ولا تقتصر هذه الطلاءات على الطلاءات المائية فقط، فإذا سارعت الشركات إلى تطويرها، سيؤدي ذلك حتمًا إلى تجانس المنتجات. إلى جانب الطلاءات المائية، تُعدّ الطلاءات عالية الصلابة والخالية من المذيبات والطلاءات المسحوقة خيارات صديقة للبيئة أيضًا، وينبغي أن تكون محور تركيز صناعة الطلاء. وأشار تقرير إلى أن منطقة آسيا والمحيط الهادئ ستشهد أعلى معدل نمو في سوق الطلاءات المسحوقة خلال الفترة من 2017 إلى 2022، سواء من حيث القيمة أو الحجم. وتتطور تقنية الطلاء المسحوقي بوتيرة متسارعة لمواكبة متطلبات السوق، مما يُحتّم دراسة أنواع المساحيق المختلفة المستخدمة في الطلاء.
نظرة عامة على طلاء المسحوق
مقدمة عن طلاء المسحوق
نشأ طلاء المسحوق في الخمسينيات من القرن العشرين. وهو طلاء صديق للبيئة. يحتوي على مادة صلبة من نوع 100% ولا يحتوي على مركبات عضوية متطايرة. كما أنه يوفر الطاقة ويقلل التلوث. ويتميز بعملية بسيطة، ويسهل أتمتته، كما يتميز بأداء طلاء ممتاز.
الطلاء المسحوقي هو طلاء يتكون من بوليمرات وأصباغ ومواد مالئة وإضافات. لا يتبخر وسطه السائل، مما يجعله صديقًا للبيئة وذا خصائص بيئية ممتازة. يُمكنه تشكيل طبقة سميكة في تطبيق واحد بكفاءة عالية جدًا. كما يتميز بخصائص ميكانيكية ومقاومة كيميائية فائقة، وأداء متميز. يُساهم استخدام الطلاء المسحوقي في توفير الطاقة والموارد، حيث تصل نسبة استخدامه إلى 99%. وهو آمن واقتصادي للغاية، وخالٍ من المذيبات. يُلبي هذا الطلاء مبادئ "الاقتصاد، وحماية البيئة، والكفاءة، والأداء".
نظرة عامة على سوق الطلاء المسحوق
أدى ارتفاع الطلب على الأجهزة والمركبات الخفيفة إلى زيادة الحاجة إلى الطلاء بالمسحوق. كما أدى ارتفاع الطلب من الصناعات في البلدان المتقدمة والناشئة إلى تعزيز سوق الطلاء بالمسحوق. يقول تقرير Markets and Markets أن سوق الطلاء بالمسحوق العالمي سيصل إلى 134.9 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2022. وسوف ينمو بمعدل 6.751 مليار دولار أمريكي سنويًا من عام 2017 إلى عام 2022.
يشهد سوق الطلاء بالمسحوق في الصين أسرع نمو في الطلب على مستوى العالم. ويرجع ذلك إلى العديد من العوامل، بما في ذلك التوسع الحضري السريع ونمو الإسكان والبناء والسيارات. في عام 2016، بلغ إنتاج صناعة الطلاء بالمسحوق في الصين 2.07 مليون طن.
تبلغ نسبة إنتاج الطلاء بالمسحوق 111 طنًا من إجمالي إنتاج الطلاء في بلدي. وتقول الخطة الخمسية الثالثة عشرة، "بحلول عام 2020، من المتوقع أن تنتج صناعة الطلاء حوالي 22 مليون طن". ومن هذا المبلغ، من المتوقع أن تكون 571 طنًا من الطلاءات الصديقة للبيئة وفعّالة من حيث التكلفة. وفي عام 2020، سترتفع نسبة إنتاج الطلاء بالمسحوق إلى 181 طنًا من الطلاءات، بإنتاج يبلغ 4 ملايين طن. ومن المتوقع أن يؤدي ارتفاع إنتاج الطلاء بالمسحوق إلى زيادة الطلب على حشوات المسحوق.
تحليل استخدام مواد المسحوق المختلفة في طلاء المسحوق
يمكن أن تساعد الحشوات الموجودة في الطلاء على خفض التكاليف، كما تعمل على تحسين أداء الطلاء.
على سبيل المثال، يمكنهم:
- تحسين مقاومة الطلاء للتآكل والخدش.
- تقليل الترهل أثناء تسوية الذوبان.
- تحسين مقاومته للتآكل والرطوبة.
عند اختيار مواد الحشو لطلاءات المساحيق، يجب مراعاة الكثافة، والتشتت، وحجم الجسيمات، والنقاء. عمومًا، كلما زادت الكثافة، قلّت تغطية طلاء المسحوق. يكون تشتت الجسيمات الكبيرة أفضل من تشتت الجسيمات الصغيرة. يجب أن تكون مادة الحشو خاملة كيميائيًا، فلا تتفاعل مع مكونات تركيبة المسحوق، كالأصباغ. يُفضّل أن تكون مادة الحشو بيضاء قدر الإمكان. تستخدم طلاءات المساحيق بشكل أساسي المواد التالية: كربونات الكالسيوم، وكبريتات الباريوم، والتلك، والميكا، والكاولين، والسيليكا، والولاستونيت.
استخدام كربونات الكالسيوم في الطلاءات المسحوقة
يوجد نوعان من كربونات الكالسيوم: خفيف وثقيل. النوع الخفيف هو كربونات الكالسيوم المترسبة. تؤثر جميع أنواع كربونات الكالسيوم وطرق إنتاجها على لمعان الطلاء. تؤثر أحجام الجسيمات المختلفة بشكل كبير على ذلك. لا ينصح عمومًا باستخدام كربونات الكالسيوم في الهواء الطلق.
يستخدم كربونات الكالسيوم الثقيلة بشكل أساسي لاستبدال بعض المواد الأخرى، حيث يحل جزئيًا محل ثاني أكسيد التيتانيوم والأصباغ الملونة والكالسيوم الخفيف وكبريتات الباريوم المترسبة، كما يمنع التآكل ويحل جزئيًا محل الأصباغ المضادة للصدأ، كما يستخدم أيضًا كمعزز.
عند استخدام كربونات الكالسيوم الثقيلة في الدهانات الداخلية، يمكن استخدامها بمفردها أو مع بودرة التلك. كربونات الكالسيوم أفضل مقارنة ببودرة التلك. يمكنها تقليل التفتت وتحسين الاحتفاظ بالألوان في الدهانات الخفيفة وتعزيز مقاومة العفن. ومع ذلك، فإن مقاومتها الضعيفة للأحماض تعيق استخدامها في الطلاءات الخارجية.
يتميز كربونات الكالسيوم الخفيفة بحجم جسيمات أصغر وأكثر تجانسًا من كربونات الكالسيوم الثقيلة. كما أنها تتمتع بامتصاص أعلى للزيت ولمعان أعلى. يمكن استخدام كربونات الكالسيوم الخفيفة حيثما يكون التأثير المطلوب هو الحصول على أقصى قدر من التماسك.
استخدام كبريتات الباريوم في الطلاء المسحوق
هناك نوعان من كبريتات الباريوم المستخدمة في صبغات طلاء الجسم: طبيعي وصناعي. المنتج الطبيعي هو مسحوق الباريت. المنتج الصناعي هو كبريتات الباريوم المترسبة.
في الطلاءات المسحوقة، يمكن لكبريتات الباريوم المترسبة تحسين التسوية واللمعان. وهي متوافقة مع جميع المواد الملونة. ويمكنها أن تجعل الطلاءات المسحوقة تحقق سمكًا مثاليًا ومعدل طلاء مرتفع في عملية الرش.
تُستخدم حشوات مسحوق الباريت في البرايمر الصناعي وطلاء السيارات. تحتاج هذه الطلاءات إلى قوة عالية وقوة تعبئة وخمول كيميائي. تُستخدم أيضًا في الطلاءات النهائية شديدة اللمعان. في دهانات اللاتكس، يمكن لمسحوق الباريت الناعم أن يحل محل بعض ثاني أكسيد التيتانيوم. يجعل معامل الانكسار العالي (1.637) منه صبغة بيضاء شفافة.
استخدام مسحوق الميكا في الطلاء بالبودرة
يتكون مسحوق الميكا من سيليكات معقدة، وجزيئاته متقشرة. يتمتع بمقاومة ممتازة للحرارة والأحماض والقلويات. كما يؤثر على سيولة ذوبان الطلاءات المسحوقة. يتم استخدامه في الطلاءات المسحوقة المقاومة للحرارة والعازلة. يمكن أن يكون أيضًا حشوًا لمسحوق الملمس.
من بين العديد من أنواع الميكا، فإن بنية السريسيت تشبه بنية الكاولين. فهو يتمتع بخصائص كل من الميكا والمعادن الطينية. ويمكن أن يؤدي استخدامه في الطلاء إلى تحسين مقاومته للطقس ونفاذية الماء بشكل كبير. كما يمكنه تعزيز التصاقه وقوته ومظهره. وفي الوقت نفسه، يمكن لجزيئات الصبغة أن تدخل الطبقة الشبكية لمسحوق السريسيت. وهذا يمنع اللون من البهتان لفترة طويلة. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع مسحوق السريسيت أيضًا بوظيفة مضادة للطحالب والعفن. وبالتالي، فإن مسحوق السريسيت هو مادة حشو متعددة الوظائف ذات نسبة سعر وأداء ممتازة للطلاء.
استخدام التلك في الطلاءات البودرة
التلك، المعروف أيضًا باسم سيليكات المغنيسيوم المائية، يتم سحقه مباشرة من خام التلك. تكون الجسيمات عبارة عن بلورات على شكل إبرة. ملمسها دهني. إنها ناعمة وليست كاشطة للغاية. تتمتع بتعليق جيد وقابلية تشتت وخصائص معينة للتماسك. تؤثر بشكل كبير على سيولة ذوبان الطلاء المسحوق. لذلك، غالبًا ما تستخدم في مساحيق الملمس. في الوقت الحاضر، يتم استخدامها في أنواع مختلفة من البرايمر والطلاءات المتوسطة ودهانات إشارات الطرق والطلاءات الصناعية والطلاءات المعمارية الداخلية والخارجية.
التلك رخيص الثمن، لكن له عيوبًا تحدّ من استخدامه. أولًا، يتميز بامتصاصه العالي للزيوت. ولتقليل امتصاصه، يجب مزجه بمواد مالئة ومسحوق الباريت منخفض الامتصاص. ثانيًا، مقاومته للتآكل ضعيفة. في حالات التآكل الشديد، يجب إضافة مواد مالئة أخرى لتعويض ذلك. ثالثًا، التلك المحتوي على معادن غير فلزية غير مناسب للطلاءات الخارجية التي تتطلب مقاومة عالية للعوامل الجوية، إذ يمكن أن تتفاعل الشوائب مع الأحماض، مثل الأمطار الحمضية. كما أن التلك ذو خصائص مطفية، لذا لا يُستخدم في الطلاءات شديدة اللمعان.
استخدام السيليكا في الطلاء بالمسحوق
ينتمي الكوارتز المسحوق المسامي إلى نوع من أنظمة السيليكا. وهو آمن ويستخدم على نطاق واسع في العديد من الطلاءات، مثل: المسحوق، ومثبطات الحرائق، والمضادة للماء، ومضادة للتآكل. يمكن أن يقلل الكوارتز المسحوق المسامي الرخيص من تكلفة الطلاء بالمسحوق. ويمكنه استبدال كبريتات الباريوم لتقليل الباريوم القابل للذوبان. وهذا من شأنه أن يلبي المعايير البيئية.
كما تستخدم الطلاءات المسحوقة غالبًا السيليكا المدخنة كمساعد مضاد للتكتل. السيليكا المدخنة هي صبغة الجسم العلوي وعامل تحكم في ريولوجيا الطلاء. تتمتع بأداء ممتاز. في الطلاءات السائلة، تتحكم في الريولوجيا من خلال: التكثيف، والتخثر، ومقاومة الترهل، وتغطية الحواف. في الطلاءات المسحوقة الصلبة، تعمل على تحسين تدفق المسحوق وتمنع التكتل والسيولة.
استخدام الكاولين في الطلاء بالمسحوق
يمكن أن يعمل الكاولين على تحسين خصائص اللزوجة ومقاومة الترسيب. لا يؤثر الطين المحروق على خصائص الرومولوجيا. ولكن مثل الطين غير المعالج، يمكن أن يتسبب في تكتله وزيادة قدرته على الإخفاء وبياضه. هذه التأثيرات تشبه بودرة التلك.
يتمتع الكاولين بقدرة امتصاص عالية للماء. ولا يساعد في عملية التكسوتروبية أو صنع الطلاءات الكارهة للماء. يتراوح حجم جزيئات منتجات الكاولين بين 0.2-1 ميكرومتر. يتميز الكاولين ذو الجزيئات الكبيرة بقدرة امتصاص منخفضة للماء. كما يتمتع بتأثير تلميع جيد. ويمكن استخدام الكاولين ذو حجم الجزيئات الصغيرة (أقل من 1 ميكرومتر) في الطلاءات شبه اللامعة والداخلية.
يمكن تقسيم الكاولين إلى كاولين محروق وكاولين مغسول. بشكل عام، فإن امتصاص الزيت، والتعتيم، والمسامية، والصلابة، والسطوع في الكاولين المحروق أعلى من الكاولين المغسول.
استخدام الكرات الزجاجية المجوفة في الطلاء بالمسحوق
الكرات الزجاجية المجوفة عبارة عن مساحيق كروية مجوفة صغيرة الحجم. وهي خفيفة الوزن، ولها حجم كبير، ومنخفضة التوصيل الحراري. كما تتمتع بقوة ضغط عالية، وهي معزولة، ومقاومة للتآكل. وهي غير سامة، وموزعة بشكل جيد، ومستقرة.
عند استخدامها في الطلاء بالمسحوق، يمكن للكرات الزجاجية المجوفة أن تلعب الأدوار التالية:
- (1) العزل الحراري والعزل وامتصاص الماء المنخفض. تحتوي الكرات الزجاجية المجوفة على فراغ أو غاز مخفف بالداخل. وهذا يخلق فرقًا في الكثافة والتوصيل الحراري مع راتنج الإيبوكسي. لذا، فهي تعزل الحرارة جيدًا. إنها حشو ممتاز لطلاءات المسحوق المقاومة لدرجات الحرارة العالية.
- (2) يمكن تحسين الخواص الفيزيائية والميكانيكية لطلاء المسحوق. يمكن لحشوات الكرات الزجاجية المجوفة الدقيقة أن تزيد من صلابة وصلابة طلاء المسحوق. ومع ذلك، تقل مقاومة الصدمات. تعتمد درجة الانخفاض على المعالجة السطحية للكرات الزجاجية المجوفة الدقيقة. يمكن أن يؤدي استخدام عامل الربط المناسب للمعالجة المسبقة إلى تقليل مقاومة الصدمات.
- (3) امتصاص منخفض للزيت. يختلف معدل امتصاص الزيت في الكرات الزجاجية المجوفة. يتراوح بين 7 إلى 50 ملجم لكل 100 جرام. يزيد هذا الحشو منخفض الامتصاص للزيت من كمية الحشو المقنعة أثناء الإنتاج. يقلل التكلفة الإجمالية.
استخدام الولاستونيت في الطلاء بالمسحوق
يتكون الوولاستونيت بشكل أساسي من سيليكات الكالسيوم. تبلغ كثافته 2.9 جم/سم3، ومؤشر الانكسار 1.63، وامتصاص الزيت 30-50%. له بنية تشبه الإبرة ولمعان جيد.
تستخدم الطلاءات المسحوقة بشكل عام مسحوق الوولاستونيت الطبيعي، والذي يتم معالجته من الوولاستونيت الطبيعي. يمكن أن يكون الوولاستونيت صبغة جسمية. يمكنه استبدال بعض الصبغة البيضاء في الطلاء. سيحسن التغطية ويقلل من تكاليف الطلاء. تجعله موصليته الجيدة خيارًا شائعًا لطلاءات المسحوق العازلة بالإيبوكسي. الوولاستونيت مادة بيضاء تشبه الإبرة. يمكنها تحسين خصائص الانحناء والشد لطلاءات المسحوق.
اتجاه تطوير حشوات المسحوق لطلاء المسحوق
معالجة سطح حشوات المسحوق
تعتبر حشوات الطلاء بالمسحوق قطبية. راتنجات الطلاء بالمسحوق قطبية للغاية. سيؤدي هذا إلى ضعف التوافق بينها والإضرار بأداء الطلاء. لذلك، من الضروري عادةً معالجة حشوات المسحوق. استخدم الطرق الفيزيائية (طلاء السطح والامتصاص) أو الطرق الكيميائية (الاستبدال والتحلل المائي والبلمرة والتطعيم) لتقليل حجم جزيئات الكتل أو تحسين سيولة النظام. يؤدي هذا إلى تحسين معالجة الطلاء وجودة السطح (اللمعان وسطوع اللون) والقوة الميكانيكية.
ميكرون حشوات المسحوق
إن نسبة ثابتة من الراتينج إلى الحشو في طلاء المسحوق هي المفتاح. من الناحية النظرية، تعطي جزيئات الحشو الأصغر حجمًا خصائص سطحية وميكانيكية أفضل. إذا تم تقليل حجم جزيئات الحشو إلى حجم ثاني أكسيد التيتانيوم (0.2-0.5 ميكرومتر)، يمكن عزل التيتانيوم المتكتل في التركيبة. سيؤدي هذا إلى إنشاء مراكز تشتت أفضل. سيحسن من قوة إخفاء ثاني أكسيد التيتانيوم. هذا هو مبدأ الفصل المكاني للحشوات الدقيقة. وبالمثل، يمكن للحشوات الدقيقة أيضًا تقليل كمية الصبغة المستخدمة.
حشو مسحوق النانو
المواد النانوية الأكثر استخدامًا هي ثاني أكسيد السيليكون النانوي وثاني أكسيد التيتانيوم النانوي وكربونات الكالسيوم النانوية. يُقال إن ثاني أكسيد التيتانيوم النانوي شفاف. يمكنه تحسين الخصائص الميكانيكية وامتصاص الأشعة فوق البنفسجية للطلاء. كما يمكنه تعزيز مقاومة الطقس لطلاء المسحوق في طلاء السيارات العلوي بشكل كبير. المواد النانوية عبارة عن جزيئات دقيقة للغاية ذات نشاط سطحي مرتفع. تتكتل وتتكتل بسهولة. لذلك، فإن المعالجة السطحية للحشو النانوي، وطريقة الإضافة واختيار معدات التشتت، وكمية المواد النانوية المضافة إلى طلاء المسحوق، وكيفية تشتيتها في الراتنج الأساسي هي المفتاح لتطبيق المواد النانوية في طلاء المسحوق. عند تصميم طلاء المسحوق، اختر الحشو بناءً على متطلبات الأداء. سيحقق هذا أفضل تأثير.
استخدام حشوات طلاء المسحوق في الوظائف
الهدف من الطلاءات المسحوقة الوظيفية هو تحسين خصائصها. وهذا يشمل جوانبها الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية. أو إضافة وظائف جديدة إليها. تصنع مساحيق الكاولين والولاستونيت طلاءات مسحوق عازلة للكهرباء. يمكنها تقليل التكاليف وتحسين العزل. يمكن لهيدروكسيد الألومنيوم والمغنيسيوم إبطاء اللهب. يمكنها صنع طلاءات مسحوق مقاومة للهب. يمكنها أيضًا التحكم في الرومولوجيا وتحسين الالتصاق والتحكم في اللمعان وتحسين قوة الإخفاء. وبالتالي، يجب أن تتحول حشوات الطلاء المسحوق من مجرد خفض التكاليف. يجب أن تركز على البحث لتطوير حشوات جديدة عالية الأداء ومنخفضة التكلفة. هذا لتلبية المتطلبات المتزايدة للطلاء المسحوق.