Новые рыночные возможности при использовании порошковых покрытий на биооснове

Популярность порошковых покрытий продолжает расти. Эти великолепные долговечные покрытия почти полностью заменили традиционные жидкие краски и покрытия, применяемые для приборов, многих автомобильных деталей и разнообразных потребительских товаров. Однако на этом рынке остается еще много возможностей роста.

На данный момент в подавляющем большинстве областей применения порошковых покрытий используются металлические подложки1, для которых характерна высокая проводимость и теплостойкость. Порошковые покрытия, отверждаемые при более низких температурах, могут существенно расширить ассортимент продукции, на которую их можно успешно и безопасно наносить.

В то же время потребительский спрос и строгое экологическое регулирование заставляют производителей делать производственные процессы максимально экологически безопасными и рациональными. Замена смол на нефтяной основе возобновляемыми биоматериалами сделала бы эту технологию (которая и так считается более экологичной по сравнению с жидкими покрытиями) более привлекательной.

На сегодняшний день порошковые покрытия на биооснове не занимают значительную долю рынка, главным образом, из-за стоимости и проблем с характеристиками.

Однако новое исследование биопокрытий, возможно, вскоре изменит ситуацию. Мемориальный институт Баттеля разрабатывает биосмолу, которая обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики продуктам, отверждаемым при достаточно низких температурах, чтобы их можно было использовать с древесиной, древесноволокнистыми плитами средней плотности (MDF) и разными типами пластмасс.

ЕЩЕ ОДНО ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕИМУЩЕСТВО ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ

Нанесение порошковых покрытий уже считается экологической технологией благодаря низкому уровню отходов и выбросов. Однако большинство порошковых покрытий все еще изготавливают из смол на нефтяной основе. Переход на биосмолы добавит еще один фактор экологической безопасности, что, вероятно, в равной степени привлечет как потребителей, так и регулирующие органы.

Для производителей биосмолы обеспечивают несколько преимуществ.

  • Потребительская ценность:  Многие потребители обеспокоены экологической безопасностью материалов, которые они покупают и используют. Биосмолы позволяют производителям предлагать потребителям продукцию, которая соответствует их ценностям. Кроме того, такие программы, как государственные и федеральные программы закупок “BioPreferred” и сертификация по системе LEED, стимулируют на использование более экологичных материалов и продуктов.
  • Стабильность цен: Исторически сложилось так, что цены на нефтяное химическое сырье существенно колеблются в зависимости от цен на нефть. Цены на биологическое сырье, например, соевое масло, всегда были достаточно стабильны,2 за исключением временного скачка в 2008 году, когда интерес к биодизельному топливу дестабилизировал рынок.
  • Экологические и нормативные факторы: Переход на биоматериалы может помочь компаниям достигнуть экологических целей и подготовиться к будущему регулированию в этой сфере. Биоматериалы получают из более экологически чистого сырья, поэтому они, в целом, менее опасны для окружающей среды. Кроме того, переход на биосмолы позволяет воспользоваться последними технологическими достижениями и усовершенствованиями технологии порошковых покрытий. Однако для большинства производителей этих преимуществ недостаточно для того, чтобы перейти на биосмолы. Чтобы захватить значительную долю рынка, порошковые покрытия на биооснове должны преодолеть еще два дополнительных препятствия.
  • Цена: Стоимость сырья и производственные расходы должны быть достаточно низкими, чтобы цена биоматериалов стала конкурентоспособной по отношению к нефтяным материалам, кроме случаев, когда дополнительная ценность оправдывает более высокую стоимость. В настоящее время промышленность находится в состоянии “что было раньше: курица или яйцо”, поскольку из-за низкого спроса цепочки поставок и производственные процессы не расширяются настолько, чтобы обеспечить экономию за счет масштаба производства, что привело бы к паритету цен на биоматериалы и их нефтяные аналоги.
  • Характеристики: Биосмолы должны обладать характеристиками, аналогичными или превосходящими характеристики нефтяных продуктов, что касается твердости, долговечности, насыщенности цвета, блеска, цветостойкости и прочего. Многие из предыдущих попыток создать порошковые покрытия на биооснове не смогли обеспечить прогнозируемые и требуемые характеристики.

Мемориальный институт Баттеля работает над тем, чтобы преодолеть эти трудности и создать биопокрытия, которые смогут конкурировать с нефтяными продуктами, как по цене, так и по характеристикам. Характеристики – важнейший фактор: промышленность не будет масштабно использовать биоматериалы, пока их характеристики не станут такими же или лучше, чем у существующих продуктов. Когда проблемы с характеристиками будут решены и производство будет расширено до промышленных масштабов, ожидается, что цены на смолы и порошковые покрытия упадут до уровня сопоставимого с ценами на нефтяные продукты.

Биосмолы потенциально могут обеспечить более высокие характеристики или новые свойства, не характерные для существующих нефтяных смол. Несмотря на прогресс в создании низкотемпературных смол на нефтяной основе, в частности, с применением УФ-отверждения, на сегодняшний день эта проблема до конца не решена. Биосмолы, разработанные в Мемориальном институте Баттеля, отверждаются при более низких температурах, благодаря чему могут лучше подойти для применения с термочувствительными компонентами. Отверждение при более низких температурах позволит расширить ассортимент продукции, на которую можно успешно наносить порошковые покрытия, и будет стимулировать переход производителей на биоматериалы.

ПЕРСПЕКТИВЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ

На данный момент порошковые покрытия в основном используются для продуктов и компонентов из металла, которые способны проводить электрический ток и выдерживать высокие температуры, необходимые для плавления и отверждения большинства смол на нефтяной основе. Таким образом, остается огромное множество других категорий продуктов, которые могли бы выиграть от использования порошковых покрытий, если бы выдерживали высокие температуры.

Одна из самых больших возможностей для расширения использования порошковых покрытий – это продукты, изготовленные из древесноволокнистых плит средней плотности (MDF). MDF используются для всех видов потребительских товаров, включая сборную мебель, высококачественную мебель, столешницы, строительные материалы, прилавки магазинов, торговые точки и другая продукция для дома и офиса.

Свойства MDF наряду с особенностями изделий, для которых этот материал используется, делают порошковые покрытия привлекательным вариантом. MDF обеспечивает гладкую, устойчивую поверхность с низкой пористостью. Однако из-за теплочувствительности она непригодна для использования с порошковыми покрытиями, которые отверждаются при высоких температурах.

Как и в случае со всеми древесными изделиями, для успешного нанесения порошковых покрытий необходимо контролировать проводимость и влагосодержание.

ОТЛИЧИЕ БИОМАТЕРИАЛОВ ОТ НЕФТЯНЫХ

Как и все порошковые покрытия, материалы на биооснове сочетают в себе тонкоизмельченные частицы смолы и пигмента с отверждающим веществом и другими добавками. Когда эти частицы электростатически заряжены, они могут прилипать к проводящей поверхности, образуя ровный слой.

При нагревании частицы смолы плавятся, растекаются и отверждаются для образования твердого, прочного, равномерного покрытия. Подход специалистов Мемориального института Баттеля к созданию порошковых покрытий на биооснове предполагает разработку смолы для упрощенной замены традиционных составов на нефтяной основе для скорейшего внедрения продукции. Это означает, что компаниям не придется вносить существенные изменения в используемые процессы и технологии, чтобы воспользоваться преимуществами биосмол низкотемпературного отверждения.

Нефтяные смолы широко применяются, поскольку они общедоступны, обеспечивают разнообразные эксплуатационные характеристики и имеют конкурентоспособную цену по отношению к другим технологиям покрытий. Переход на биосмолы откроет новый диапазон возможных эксплуатационных характеристик благодаря использованию других составов; некоторые характеристики будут по-прежнему более эффективны при использовании нефтяных смол, другие – при использовании материалов на основе растительного сырья. Одно из направлений дальнейших исследований Мемориального института Баттеля - это определение важных эксплуатационных характеристик биоматериалов, которые не могут обеспечить материалы на нефтяной основе. Применительно биосмолам, по всей видимости, отличительной особенностью будет плавление при низкой температуре и при этом образование прочного покрытия.

УСТРАНЕНИЕ ОГРАНИЧЕНИЙ ДЛЯ ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ НА БИООСНОВЕ

Конкурентоспособная низкотемпературная биосмола должна обеспечить производителям более экологичный и универсальный вариант порошковых покрытий, которые можно будет использовать для широкого диапазона продукции, а также для расширения возможностей индивидуального изготовления изделий. Сокращение зависимости от нефтепродуктов будет также способствовать стабилизации цен и снижению негативного воздействия на окружающую среду. Замена всего лишь 25% смол для порошковых покрытий на биосмолы приведет к значительному снижению выбросов углерода и повышению экологической безопасности отрасли порошковых покрытий.

Инвестиции в исследования возобновляемых источников энергии помогут отрасли лучше подготовиться к потребительским, нормативным и рыночным требованиям в будущем.

В исследовании биосмол для порошковых покрытий Мемориального института Баттеля были получены многообещающие результаты.

На данный момент исследовательская группа завершила стендовые испытания по производству многокилограммовых партий, чтобы продемонстрировать жизнеспособность смол низкотемпературного отверждения с требуемыми эксплуатационными характеристиками.

Данную смолу потенциально можно применять как для низкотемпературных процессов, например, с MDF, так и для высокотемпературных процессов, используемых при работе с металлами, что открывает перспективу получения одного состава, который можно использовать с различными продуктами или продуктами, изготовленными из смешанных материалов.

Еще предстоит проделать большую работу, чтобы составы оптимально соответствовали требованиям по твердости, долговечности, насыщенности цвета и другим характеристикам. В настоящее время Мемориальный институт Баттеля ищет разработчиков рецептур, покрытчиков и производителей для проведения эксплуатационных испытаний биосмол. Результаты этих испытаний будут использованы для корректировки составов смол и порошков, что поможет получить оптимальный вариант состава для отрасли порошковых покрытий.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1. Пинофорте, К. Рынок порошковых покрытий, журнал Coatings World, 18 декабря 2015 г.
  2. Цены на соевое масло – историческая сводка за 45 лет, сайт Macrotrends, 22 ноября 2017 г.