1. El diversificado patrón de desarrollo de recubrimientos
En el campo de los recubrimientos hoy en día, se pueden dividir principalmente en tres categorías basadas en sus diferencias en la forma: recubria base de disolvente orgánico, recubria base de agua y recubrien polvo.
(1) recubrimientos orgánicos a base de disolventes: las preocupaciones ocultas detrás de la brillantez
Los recubrimientos a base de disolventes orgánicos se preparan utilizando disolventes orgánicos como diluyentes. Después de largos años de desarrollo, se han convertido en un nuevo tipo de material de construcción que combina altas propiedades decorativas, protección de larga duración, versatiy diversidad. Los recubrimientos orgánicos a base de solventes juegan un papel indispensable en el boom industrial moderno, en la construcción de una defensa nacional moderna y en campos de vanguardia como las tecnologías de la información, la bioquímica y los nuevos materiales. Por ejemplo, en la industria aeroespacial, el recubrimiento de la carrocerde las aeronaves debe tener una excelente resistencia a la intemperie y protección. Los recubrimientos orgánicos basados en solventes pueden resistir eficazmente la erosión del material del cuerpo de la aeronave por el ambiente extremo a grandes altitudes. En el desarrollo de los recursos marinos, los recubrimientos protectores para plataformas de perforación offshore y cascos de barcos no pueden prescindir de la ayuda de recubria base de disolventes orgánicos por su buena adhesión y resistencia a la corrosión.
Sin embargo, este tipo de pintura tiene serios inconvenientes durante la etapa de formación de la película. Cuando se aplica el recubrimiento, el solvente se evapora en la atmósfera durante el proceso de volatilización. La mayoría de los disolventes orgánicos contienen ingredientes tóxicos y representan una amenaza directa para la salud humana. De acuerdo con datos relevantes de monitoreo ambiental, en algunas áreas de aglomerindustrial tradicional, el impacto de los disolventes volátiles durante el uso de pinturas a base de disolventes orgánicos en la calidad del aire circundante puede alcanzar un rango de varios kilómetros, resultando en un aumento significativo en el contenido de compuestos orgánicos volátiles (COV) en el aire. Además, después de que los disolventes se hayan evaporado por completo, no sólo se produce un derroche injustificado de recursos, sino también una pérdida significativa de energía. Sin duda, esto se ha convertido en un gran cuello de botella para el desarrollo en un momento en que se aboga por la protección del medio ambiente y el desarrollo sostenible.
(2) recubrimientos en polvo: ventajas y limitaciones coexisten
Los recubrimientos en polvo están hechos de resinas sólidas, mezclcon pigmentos, relleny aditivos para formar un polvo sólido. La característica única de los recubrimientos en polvo es que utilizan el aire como diluyente y existen en forma de polvos diminutos, lo que hace que sean fáciles de dispersar en el aire. Recubrimientos en polvo muestran una gran flexibilidad en términos de métodos de aplicación, y se puede aplicar utilizando una variedad de procesos tales como pulverielectrostática, rodadura y ducha. Por ejemplo, en la industria de fabricación de muebles metálicos, el revestimiento en polvo electroestático puede adherir uniformemente el polvo a la superficie del metal, formando un revestimiento suave y adherente. Además, el 100% del polvo de pulveripuede ser recuperado, mejorando enormemente la utilización del material y reduciendo los costos de producción. Desde la perspectiva de las propiedades de la película de revestimiento, recubrimientos en polvo tienen muchas ventajas, tales como una buena adhesión, excelente resistencia a la intemperie, dureza y resistencia al desgaste, y una excelente resistencia a la corrosión. También pueden conseguir cero emisiones de COV durante todo el ciclo de producción y uso, y son un modelo de recubrimientos respetucon el medio ambiente.
Sin embargo, las deficiencias de los recubrimientos en polvo no deben ser ignorados. Durante la producción y el revestimiento, se genera una gran cantidad de polvo. A pesar del continuo desarrollo de las técnicas de eliminación de polvo existentes, sigue siendo difícil conseguir una depuración completa. Una parte del polvo ultrafino escapará a la atmósfera, afectando negativamente la calidad del aire. Tomemos como ejemplo a un gran fabricante de pinturas en polvo. A pesar de estar equipados con equipos avanzados de eliminación de polvo, se sigue emitiendo una cierta cantidad de polvo ultrafino cada año, lo que en cierta medida agrava la contaminación por partículas en el entorno. Además, el proceso de curado de los recubrimientos en polvo requiere altas temperaturas, lo que significa un mayor consumo de energía. Al mismo tiempo, la aplicación de recubrimientos en polvo sobre sustrno metálicos, piezas de metal sobredimensionadas y piezas de metal con formas complejas se enfrenta a muchos desafíos técnicos. Por ejemplo, en el recubrimiento superficial de algunas grandes obras de arte de escultura, debido a sus formas complejas y en su mayoría materiales no metálicos, los recubrimientos en polvo tienen dificultad para adherirse uniformemente y formar un efecto de recubrimiento ideal.
(3) recubrimientos a base de agua: potencial acompañado de desafíos
Los recubrimientos a base de agua utilizan agua como medio dispersor o solvente. Dependiendo del aglutinutilizado, se pueden subdividir en recubrimientos a base de agua de resina sintética y recubria base de agua natural a base de minerales y sustancias naturales. Su ventaja significativa es bajo costo. En comparación con los recubrimientos a base de solventes orgánicos, son mucho más seguros, no representan un riesgo de inflamabilidad o explosión, y se pueden aplicar directamente en ambientes húmedos. Ya sea por pulverización, cepillado o recubrimiento electroforético, se pueden controlar fácilmente y son adecuados para objetos de diversos materiales y formas. Están relativamente menos restringidos por el método de revestimiento y las condiciones de curado. Por ejemplo, en el campo de la decoración de interiores, las pinturas a base de agua se utilizan ampliamente para la pintura mural. Su buena permeabilidad al aire hace que sea difícil para las paredes ampollas o molde, y los requisitos suelpara el contenido de humedad de la capa base también reducen la dificultad de la construcción.
Sin embargo, el uso de agua como materia prima para pinturas a base de agua también causa algunos problemas. El agua se evapora lentamente, lo que significa que las pinturas a base de agua requieren temperaturas de secado más altas o tiempos de secado más largos, lo que aumenta el consumo de energía. De acuerdo con los datos experimentales, bajo la misma área de recubrimiento, el tiempo de secado de la pintura a base de agua puede ser 30% – 50% más largo que el de la pintura a base de disolvente orgánico. Además, la pintura a base de agua es sensible a la humedad en la cabina de pulveri. Cuando la humedad relativa supera el 85%, la velocidad de secado superficial disminuye significativamente. Cuando la humedad está satur(I>90%), la película de pintura puede incluso funcionar, lo que afecta seriamente el efecto de recubrimiento. Por lo tanto, el uso de pinturas a base de agua requiere un buen sistema de circulación de aire y un estricto control de las condiciones de temperatura y humedad en la cabina de pulveri. Además, en situaciones altamente decorativas, como la pintura exterior de coches de alta gama o el revestimiento de las cáscaras de productos electrónicos de alta gama, actualmente es difícil para las pinturas a base de agua lograr los efectos decorfinos exhibiexhibipor pinturas a base de disolventes orgánicos.
2. The Mystery of Paint film formation: The synergy of physics and Chemistry (en inglés)
El proceso de formación de película o curado de la pintura es esencialmente el proceso de cambio de la pintura de un líquido a una película sólida después de ser aplicada a una superficie sólida, a medida que el solvente se evapora y la reacción de reticuly curado progres.
Los tres tipos principales de pintura – a base de disolvente, a base de agua y polvo – todos tienen la capacidad de formar una película física. Sin embargo, el método físico de formación de película de pintura en polvo es significativamente diferente de los otros dos. Recubrimientos en polvo se adhieren a la superficie del sustrprincipalmente a través de la atracción electrostática o la energía térmica. Luego, se calientan por encima de la temperatura de fusión, momento en el cual el adhede polímero fundido fluye bajo la acción de la tensión superficial y se nivela. Después de enfri, se forma una película de pintura sólida. Por ejemplo, en el proceso de pintura en polvo para puertas y ventanas metálicas, el polvo se adsorprimero uniformemente en la superficie de las puertas y ventanas a través de una pistola de pulverielectroy luego se envía a un horno de curado a alta temperatura. Después de una serie de pasos como calentar y fun, nively enfriamiento, se forma un recubrimiento liso y brillante con buenas propiedades protectoras.
La formación de la película física de pinturas a base de agua y pinturas con disolventes orgánicos, por el contrario, depende principalmente de la evaporación del disolvente. En este proceso, las partículas de la emulsión se unen, se deforman y gradualmente se alinedensamente. A medida que aumenta la temperatura de secado, las partículas se difuny se fusionentre sí, formando una película sólida continua. Tomemos como ejemplo la pintura emulsiva a base de agua. Después de pintar la pared, el agua comienza a evaporlentamente, y las partículas de la emulsión se unen gradualmente. Cuando se alcanza un cierto grado de secado, las partículas se fusionentre sí para formar una densa película de recubrimiento.
Cabe mencionar que las pinturas a base de agua y las pinturas con disolventes orgánicos también pueden formar químicamente una película a través de una reacción química entre grupos reactivos, formando una película con una estructura de red reticul. Este método de formación de película química puede mejorar significativamente los indicadores de rendimiento de la película de recubrimiento, tales como dureza, resistencia al desgaste y resistencia química. Por ejemplo, en algunos recubrimientos industriales de alto rendimiento, una estructura de red altamente reticulse forma a través de una reacción de reticulquímica especial, que mantiene buenas propiedades protecen entornos industriales duros.
3. The future direction of The coatings Industry: Innovation driven change and breakthroughs (en inglés)
En resumen, un análisis en profundidad del estado de desarrollo y del mecanismo de formación de película de los recubrimientos convencionales puede revelar claramente el panorama actual y los desafíos de la industria de recubrimientos. Aunque los recubrimientos a base de agua y los recubrimientos en polvo tienen evidentes ventajas en términos de protección del medio ambiente, debido a sus respectivas limitaciones, es difícil para ellos reemplazar completamente la posición dominante de los recubrimientos a base de disolventes orgánicos a corto plazo.
Aunque los recubrimientos a base de disolventes orgánicos tienen un excelente rendimiento, la contaminación que causan al medio ambiente necesita ser abordada con urgencia. En el futuro, los investigadores deben centrarse en mejorar el proceso de preparación y los métodos de formación de película, explorar el uso de alternativas de disolventes orgánicos poco tóxicos o no tóxicos, y la optimización de la recuperación de disolventes y la tecnología de reciclaje durante el proceso de formación de película, con el fin de minimizar las emisiones contaminantes y lograr un desarrollo verde y sostenible. Por ejemplo, algunas instituciones de investigación científica están tratando de desarrollar nuevas formulde disolventes orgánicos, a través del diseño de estructuras moleculares, para reducir la volatiy toxicidad de los disolventes y mejorar su utilización durante el proceso de formación de película.
Los recubrimientos a base de agua son un importante representante de los recubrimientos respetucon el medio ambiente, pero su incapacidad para cumplir con los altos requisitos decorlimita su mayor expansión de aplicación. Por lo tanto, la investigación futura debe centrarse en la modificación de los recubrimientos a base de agua, mediante la introducción de nuevos aditivos funcionales y la optimización de la estructura de la resina, para mejorar sus propiedades decorativas y permitirles sobresalien en aplicaciones altamente decorativas. Por ejemplo, mediante la adición de pigmentos a nanoescala y rellen, la vibración del color y brillo de los recubrimientos a base de agua se puede mejorar, al tiempo que aumenta la dureza y resistencia al desgaste de la película de recubrimiento.
En cuanto a los recubrimientos en polvo, la tarea principal consiste en superar las dificultades técnicas del tratamiento del polvo, desarrollar equipos y procesos de eliminación de polvo más eficaces y garantizar que las emisiones de polvo durante los procesos de producción y pintura alcancen niveles más bajos. Al mismo tiempo, el proceso de preparación de recubrimientos en polvo se optimipara reducir su temperatura de curado, reducir el consumo de energía, y ampliar su rango de aplicación en sustratos no metálicos, piezas de metal de gran tamaño, y piezas de metal con formas complejas. Por ejemplo, el uso de nuevos agentes de curado a baja temperatura puede reducir la temperatura de curado de recubrimientos en polvo y reducir el consumo de energía. También se han desarrollado procesos especiales de pretratamiento para mejorar la adhesión de recubrimientos en polvo a sustrno metálicos.
En resumen, la industria de recubrimientos se encuentra en una encrucide de desarrollo innovador. Sólo a través de la continua superación de los obstáculos técnicos y la solución de los problemas existentes podemos lograr un desarrollo sostenible en una era de requisitos cada vez más estrictos de protección del medio ambiente y las demandas del mercado cada vez más diversas, y ofrecer mejores, más respetucon el medio ambiente y productos de revestimiento de alto rendimiento para muchos campos como la construcción, la industria y el transporte.
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