1. O padrão de desenvolvimento diversificado dos revestimentos
Atualmente, no campo dos revestimentos, eles podem ser divididos principalmente em três categorias com base em suas diferenças de forma: revestimentos à base de solventes orgânicos, revestimentos à base de água e revestimentos em pó.
(1) Revestimentos orgânicos à base de solvente: as preocupações ocultas por trás do brilho
Os revestimentos à base de solvente orgânico são preparados usando solventes orgânicos como diluentes. Após longos anos de desenvolvimento, eles evoluíram para um novo tipo de material de construção que combina altas propriedades decorativas, proteção duradoura, versatilidade e diversidade. Os revestimentos à base de solventes orgânicos desempenham um papel indispensável no boom industrial moderno, na construção de uma defesa nacional moderna e em campos de ponta, como tecnologia da informação, bioquímica e novos materiais. Por exemplo, no setor aeroespacial, o revestimento da carroceria das aeronaves precisa ter excelente resistência e proteção contra intempéries. Os revestimentos à base de solventes orgânicos podem resistir com eficácia à erosão do material da carroceria da aeronave devido ao ambiente extremo em grandes altitudes. No desenvolvimento de recursos marinhos, os revestimentos de proteção para plataformas de perfuração offshore e cascos de navios não podem prescindir da ajuda de revestimentos à base de solventes orgânicos por sua boa adesão e resistência à corrosão.
No entanto, esse tipo de tinta tem sérias desvantagens durante o estágio de formação do filme. Quando o revestimento é aplicado, o solvente evapora para a atmosfera durante o processo de volatilização. A maioria dos solventes orgânicos contém ingredientes tóxicos e representa uma ameaça direta à saúde humana. De acordo com dados relevantes de monitoramento ambiental, em algumas áreas tradicionais de aglomeração industrial, o impacto dos solventes voláteis durante o uso de tintas à base de solventes orgânicos na qualidade do ar circundante pode atingir uma faixa de vários quilômetros, resultando em um aumento significativo no conteúdo de compostos orgânicos voláteis (VOCs) no ar. Além disso, depois que os solventes evaporam completamente, não só há um desperdício injustificado de recursos, mas também uma perda significativa de energia. Sem dúvida, isso se tornou um grande gargalo para o desenvolvimento em um momento em que a proteção ambiental e o desenvolvimento sustentável são defendidos.
(2) Revestimentos em pó: coexistem vantagens e limitações
Os revestimentos em pó são feitos de resinas sólidas, misturadas com pigmentos, cargas e aditivos para formar um pó sólido. A característica exclusiva dos revestimentos em pó é que eles usam o ar como diluente e existem na forma de pós minúsculos, o que os torna fáceis de dispersar no ar. Os revestimentos em pó apresentam grande flexibilidade em termos de métodos de aplicação e podem ser aplicados por meio de diversos processos, como pulverização eletrostática, laminação e banho. Por exemplo, no setor de fabricação de móveis de metal, o revestimento eletrostático em pó pode aderir uniformemente o pó à superfície do metal, formando um revestimento liso e aderente. Além disso, é possível recuperar 100% do pó pulverizado, o que melhora muito a utilização do material e reduz os custos de produção. Do ponto de vista das propriedades do filme de revestimento, os revestimentos em pó têm muitas vantagens, como boa aderência, excelente resistência a intempéries, dureza e resistência ao desgaste, além de excelente resistência à corrosão. Eles também podem atingir zero emissões de VOC durante todo o ciclo de produção e uso, e são um modelo de revestimentos ecologicamente corretos.
Entretanto, as deficiências dos revestimentos em pó não devem ser ignoradas. Durante a produção e o revestimento, é gerada uma grande quantidade de poeira. Apesar do desenvolvimento contínuo da tecnologia de remoção de poeira existente, ainda é difícil obter a purificação completa. Alguma poeira ultrafina escapará para a atmosfera, afetando negativamente a qualidade do ar. Tomemos como exemplo um grande fabricante de revestimentos em pó. Apesar de estar equipado com equipamentos avançados de remoção de poeira, uma certa quantidade de poeira ultrafina ainda é emitida todos os anos, o que, de certa forma, agrava a poluição por material particulado na área circundante. Além disso, o processo de cura dos revestimentos em pó requer altas temperaturas, o que significa maior consumo de energia. Ao mesmo tempo, a aplicação de revestimentos em pó em substratos não metálicos, peças metálicas de grandes dimensões e peças metálicas com formatos complexos enfrenta muitos desafios técnicos. Por exemplo, no revestimento da superfície de algumas esculturas de grande porte, devido às suas formas complexas e à maioria dos materiais não metálicos, os revestimentos em pó têm dificuldade de aderir uniformemente e formar um efeito de revestimento ideal.
(3) Revestimentos à base de água: potencial acompanhado de desafios
Os revestimentos à base de água usam a água como meio de dispersão ou solvente. Dependendo do aglutinante usado, eles podem ser subdivididos em revestimentos à base de água de resina sintética e revestimentos naturais à base de água baseados em minerais e substâncias naturais. Sua vantagem significativa é o baixo custo. Em comparação com os revestimentos à base de solventes orgânicos, eles são muito mais seguros, não apresentam risco de inflamabilidade ou explosão e podem ser aplicados diretamente em ambientes úmidos. Seja por pulverização, escovação ou revestimento eletroforético, eles podem ser facilmente controlados e são adequados para objetos de vários materiais e formas. Eles são relativamente menos restritos pelo método de revestimento e pelas condições de cura. Por exemplo, no campo da decoração de interiores, as tintas à base de água são amplamente usadas para pintura de paredes. Sua boa permeabilidade ao ar dificulta o aparecimento de bolhas ou mofo nas paredes, e os requisitos frouxos para o teor de umidade da camada de base também reduzem a dificuldade de construção.
Entretanto, o uso de água como matéria-prima para tintas à base de água também causa alguns problemas. A água evapora lentamente, o que significa que as tintas à base de água exigem temperaturas de secagem mais altas ou tempos de secagem mais longos, o que aumenta o consumo de energia. De acordo com dados experimentais, sob a mesma área de revestimento, o tempo de secagem da tinta à base de água pode ser 30% - 50% maior do que o da tinta à base de solvente orgânico. Além disso, a tinta à base de água é sensível à umidade na cabine de pintura. Quando a umidade relativa excede 85%, a velocidade de secagem da superfície diminui significativamente. Quando a umidade está saturada (I>90%), o filme de tinta pode até escorrer, o que afeta seriamente o efeito do revestimento. Portanto, o uso de tintas à base de água exige um bom sistema de circulação de ar e um controle rigoroso das condições de temperatura e umidade na cabine de pintura. Além disso, em situações altamente decorativas, como a pintura externa de carros de alto padrão ou o revestimento de carcaças de produtos eletrônicos de alto padrão, atualmente é difícil para as tintas à base de água obterem os efeitos decorativos finos exibidos pelas tintas à base de solvente orgânico.
2. O mistério da formação do filme de tinta: a sinergia da física e da química
O processo de formação de filme ou cura da tinta é essencialmente o processo de mudança da tinta de um líquido para um filme sólido após ser aplicada a uma superfície sólida, à medida que o solvente evapora e a reação de reticulação e cura progride.
Os três principais tipos de tinta - à base de solvente, à base de água e em pó - têm a capacidade de formar um filme fisicamente. Entretanto, o método físico de formação de película da tinta em pó é significativamente diferente dos outros dois. Os revestimentos em pó aderem à superfície do substrato principalmente por meio de atração eletrostática ou energia térmica. Em seguida, eles são aquecidos acima da temperatura de fusão, momento em que o adesivo de polímero fundido flui sob a ação da tensão superficial e se estabiliza. Após o resfriamento, forma-se uma película de tinta sólida. Por exemplo, no processo de revestimento em pó para portas e janelas de metal, o pó é primeiro adsorvido uniformemente na superfície das portas e janelas por meio de uma pistola de pulverização eletrostática e, em seguida, enviado para um forno de cura de alta temperatura. Após uma série de etapas, como aquecimento e derretimento, nivelamento e resfriamento, um revestimento liso e brilhante com boas propriedades de proteção é finalmente formado.
A formação de filme físico de tintas à base de água e tintas com solventes orgânicos, por outro lado, depende principalmente da evaporação do solvente. Nesse processo, as partículas da emulsão se juntam, se deformam e gradualmente se alinham de forma densa. À medida que a temperatura de secagem aumenta, as partículas se difundem e se fundem umas com as outras, formando, por fim, um filme sólido contínuo. Tome como exemplo uma tinta de emulsão à base de água. Depois de pintar a parede, a água começa a evaporar lentamente, e as partículas da emulsão se juntam gradualmente. Quando um certo grau de secagem é atingido, as partículas se fundem umas com as outras para formar um filme de revestimento denso.
É importante mencionar que as tintas à base de água e as tintas com solventes orgânicos também podem formar quimicamente um filme por meio de uma reação química entre grupos reativos, formando um filme com uma estrutura de rede reticulada. Esse método de formação de filme químico pode melhorar significativamente os indicadores de desempenho do filme de revestimento, como dureza, resistência ao desgaste e resistência química. Por exemplo, em alguns revestimentos industriais de alto desempenho, uma estrutura de rede altamente reticulada é formada por meio de uma reação química especial de reticulação, que mantém boas propriedades protetoras em ambientes industriais adversos.
3. A direção futura do setor de revestimentos: mudanças e avanços impulsionados pela inovação
Em resumo, uma análise aprofundada do status de desenvolvimento e do mecanismo de formação de filme dos principais revestimentos pode revelar claramente o cenário atual e os desafios do setor de revestimentos. Embora os revestimentos à base de água e os revestimentos em pó tenham vantagens óbvias em termos de proteção ambiental, devido às suas respectivas limitações, é difícil que eles substituam completamente a posição dominante dos revestimentos à base de solventes orgânicos no curto prazo.
Embora os revestimentos à base de solventes orgânicos tenham excelente desempenho, a poluição que eles causam ao meio ambiente precisa ser tratada com urgência. No futuro, os pesquisadores devem se concentrar em aprimorar o processo de preparação e os métodos de formação de filmes, explorando o uso de alternativas de solventes orgânicos pouco tóxicos ou não tóxicos e otimizando a tecnologia de recuperação e reciclagem de solventes durante o processo de formação de filmes, de modo a minimizar as emissões de poluentes e alcançar um desenvolvimento verde e sustentável. Por exemplo, algumas instituições de pesquisa científica estão tentando desenvolver novas formulações de solventes orgânicos, por meio do design da estrutura molecular, para reduzir a volatilidade e a toxicidade dos solventes e, ao mesmo tempo, melhorar sua utilização durante o processo de formação de filmes.
Os revestimentos à base de água são um importante representante dos revestimentos ecologicamente corretos, mas sua incapacidade de atender aos altos requisitos decorativos limita a expansão de sua aplicação. Portanto, pesquisas futuras devem se concentrar na modificação de revestimentos à base de água, introduzindo novos aditivos funcionais e otimizando a estrutura da resina, para melhorar suas propriedades decorativas e permitir que se destaquem em aplicações altamente decorativas. Por exemplo, com a adição de pigmentos e cargas em escala nanométrica, é possível melhorar a vibração da cor e o brilho dos revestimentos à base de água, além de aumentar a dureza e a resistência ao desgaste do filme de revestimento.
Em termos de revestimentos em pó, a principal tarefa é superar as dificuldades técnicas do tratamento de poeira, desenvolver equipamentos e processos de remoção de poeira mais eficientes e garantir que as emissões de poeira durante os processos de produção e pintura atinjam níveis mais baixos. Ao mesmo tempo, o processo de preparação dos revestimentos em pó é otimizado para reduzir a temperatura de cura, reduzir o consumo de energia e expandir sua faixa de aplicação em substratos não metálicos, peças metálicas de grandes dimensões e peças metálicas com formatos complexos. Por exemplo, o uso de novos agentes de cura de baixa temperatura pode reduzir a temperatura de cura dos revestimentos em pó e reduzir o consumo de energia. Também foram desenvolvidos processos especiais de pré-tratamento para melhorar a adesão dos revestimentos em pó a substratos não metálicos.
Em resumo, o setor de revestimentos está em uma encruzilhada de desenvolvimento inovador. Somente rompendo continuamente os gargalos técnicos e solucionando os problemas existentes poderemos alcançar o desenvolvimento sustentável em uma era de requisitos de proteção ambiental cada vez mais rigorosos e demandas de mercado cada vez mais diversificadas, além de fornecer produtos de revestimento melhores, mais ecológicos e de alto desempenho para muitos campos, como construção, indústria e transporte.
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