Di era perlindungan lingkungan dan transformasi industri pelapisan, pengembangan pelapis ramah lingkungan telah menjadi pilihan yang tak terelakkan bagi perusahaan. Namun, pelapis ramah lingkungan tidak terbatas pada pelapis berbasis air. Jika perusahaan terburu-buru mengembangkan pelapis berbasis air, homogenitas produk pasti akan terjadi. Selain pelapis berbasis air, pelapis padatan tinggi, pelapis bebas pelarut, dan pelapis bubuk juga merupakan pilihan yang ramah lingkungan dan harus menjadi arah pengembangan utama bagi industri pelapis. Menurut laporan penelitian, kawasan Asia-Pasifik diperkirakan akan mengalami pertumbuhan tertinggi baik dalam nilai maupun volume pasar pelapis bubuk dari tahun 2017 hingga 2022. Teknologi pelapis bubuk berkembang pesat untuk memenuhi pasar yang digerakkan oleh permintaan. Didorong oleh kekuatan pasar, penelitian tentang penerapan berbagai bahan bubuk dalam pelapis menjadi semakin penting.
I. Tinjauan Umum Pelapis Serbuk
1. Pengenalan Pelapis Serbuk
Pelapis serbuk berawal pada tahun 1950-an sebagai alternatif yang ramah lingkungan dengan kandungan padatan 100% dan tanpa senyawa organik volatil (VOC). Pelapis serbuk menawarkan beberapa keuntungan: penghematan energi, pengurangan polusi, pemrosesan sederhana, kemudahan otomatisasi industri, dan kinerja pelapisan yang sangat baik.
Pelapis bubuk dibuat dari kombinasi polimer, pigmen, pengisi, dan aditif. Karena tidak melepaskan pelarut yang mudah menguap, pelapis ini ramah lingkungan dan menawarkan perlindungan ekologis yang unggul. Pelapis serbuk dapat membentuk lapisan yang lebih tebal dalam satu kali aplikasi, sehingga meningkatkan efisiensi produksi. Pelapis ini juga memberikan sifat mekanis yang sangat baik, ketahanan terhadap korosi kimia, dan hasil akhir berkualitas tinggi. Penggunaan pelapis serbuk menghemat energi dan sumber daya, dengan tingkat pemanfaatan setinggi 99%. Pelapis ini aman digunakan dan efisien secara ekonomi. Sebagai solusi bebas pelarut, pelapis serbuk sejalan dengan prinsip "empat E" yang populer secara global: ekonomi, perlindungan lingkungan, efisiensi, dan kinerja yang sangat baik.
2. Tinjauan Umum Pasar Pelapis Serbuk
Seiring dengan meningkatnya permintaan untuk peralatan listrik dan kendaraan ringan, permintaan untuk pelapis serbuk juga meningkat. Meningkatnya permintaan dari industri terminal di negara maju dan berkembang telah berkontribusi pada pertumbuhan pasar pelapis serbuk. Menurut firma riset pasar Markets and Markets, pasar pelapis serbuk global diproyeksikan mencapai $134,9 miliar pada tahun 2022, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan (CAGR) sebesar 6,75% dari tahun 2017 hingga 2022.
Karena beberapa faktor, terutama urbanisasi yang pesat dan pertumbuhan di sektor perumahan, konstruksi, dan otomotif, permintaan pelapis serbuk di Tiongkok tumbuh lebih cepat daripada di negara lain mana pun. Pada tahun 2016, produksi industri pelapis serbuk Tiongkok mencapai 2,07 juta ton, menjadikannya pasar pelapis serbuk terbesar di dunia.
Gambar 1: Perubahan output industri pelapisan serbuk Tiongkok dari tahun 2009 hingga 2016 (unit: 10.000 ton)
Dalam hal produksi, pelapis serbuk saat ini menyumbang sekitar 11% dari total produksi pelapis di Tiongkok. Menurut "Rencana Lima Tahun ke-13," total produksi industri pelapis diperkirakan akan meningkat menjadi sekitar 22 juta ton pada tahun 2020. Dari jumlah tersebut, pelapis yang hemat biaya dan ramah lingkungan diproyeksikan akan menyumbang 57% dari total produksi. Pada tahun 2020, pangsa pelapis serbuk diperkirakan akan meningkat menjadi sekitar 18%, dengan produksi sekitar 4 juta ton. Perkembangan pesat pelapis serbuk pasti akan mendorong pertumbuhan permintaan pengisi serbuk.
II. Analisis Aplikasi Berbagai Material Serbuk dalam Pelapis Serbuk
Bahan pengisi dalam pelapis tidak hanya membantu mengurangi biaya tetapi juga meningkatkan kinerja produk pelapis secara signifikan. Misalnya, bahan pengisi dapat meningkatkan ketahanan aus, ketahanan gores, ketahanan korosi, dan ketahanan kelembapan pada pelapis. Bahan pengisi juga membantu mengurangi kendurnya lapisan selama proses perataan leleh.
Saat memilih bahan pengisi untuk pelapis serbuk, faktor-faktor seperti kepadatan, kinerja dispersi, distribusi ukuran partikel, dan kemurnian harus dipertimbangkan. Umumnya, semakin tinggi kepadatan bahan pengisi, semakin rendah cakupan yang akan diberikannya pada pelapis serbuk. Partikel yang lebih besar cenderung menyebar lebih baik daripada partikel yang lebih kecil. Bahan pengisi harus inert secara kimia untuk menghindari reaksi dengan komponen lain dari formula serbuk, seperti pigmen, dan warnanya harus seputih mungkin. Bahan serbuk umum yang digunakan dalam pelapis serbuk meliputi kalsium karbonat, barium sulfat, talk, serbuk mika, kaolin, silika, dan wollastonit.
1. Aplikasi Kalsium Karbonat dalam Pelapis Serbuk
Kalsium karbonat tersedia dalam dua bentuk: kalsium karbonat ringan (kalsium karbonat yang diendapkan) dan kalsium karbonat berat. Terlepas dari jenisnya, ukuran partikel kalsium karbonat secara signifikan memengaruhi kilap lapisan. Namun, kalsium karbonat umumnya tidak direkomendasikan untuk penggunaan di luar ruangan karena ketahanannya terhadap cuaca yang lebih rendah.
Dalam pelapisan serbuk, kalsium karbonat berat memiliki beberapa fungsi. Kalsium karbonat berat dapat menggantikan sebagian titanium dioksida dan pigmen warna, menggantikan kalsium karbonat ringan dan barium sulfat yang diendapkan, mencegah korosi, dan bertindak sebagai pengganti sebagian pigmen anti karat.
Bila digunakan dalam cat arsitektur dalam ruangan, kalsium karbonat berat dapat diaplikasikan sendiri atau dikombinasikan dengan bedak talk. Dibandingkan dengan talk, kalsium karbonat membantu mengurangi laju pengapuran, meningkatkan retensi warna pada cat berwarna terang, dan meningkatkan ketahanan terhadap jamur. Namun, ketahanan asamnya yang buruk membatasi penggunaannya dalam pelapis eksterior.
Di sisi lain, kalsium karbonat ringan memiliki ukuran partikel yang lebih kecil, distribusi ukuran partikel yang lebih sempit, serta daya serap dan kecerahan minyak yang lebih tinggi. Kalsium karbonat ringan sangat berguna dalam aplikasi yang membutuhkan efek mattifikasi maksimum.
2. Aplikasi Barium Sulfat dalam Pelapis Serbuk
Barium sulfat yang digunakan dalam pelapis dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: alami dan sintetis. Bentuk alami dikenal sebagai bubuk barit, dan bentuk sintetis disebut barium sulfat yang diendapkan.
Dalam pelapisan serbuk, barium sulfat yang diendapkan meningkatkan kerataan dan retensi kilap lapisan dan memiliki kompatibilitas yang baik dengan pewarna. Ini membantu mencapai ketebalan lapisan yang ideal selama proses penyemprotan, memastikan tingkat pelapisan serbuk yang tinggi.
Bubuk barit terutama digunakan dalam cat dasar industri dan pelapis antara otomotif yang memerlukan kekuatan pelapisan, daya isi, dan kelembaman kimia yang tinggi. Bubuk ini juga digunakan dalam lapisan atas yang membutuhkan kilap yang lebih tinggi. Karena indeks biasnya yang tinggi (1,637), bubuk barit halus dapat berfungsi sebagai pigmen putih tembus cahaya, menjadikannya pengganti yang sangat baik untuk sebagian titanium dioksida dalam pelapis.
3. Aplikasi Bubuk Mika dalam Pelapis Serbuk
Bubuk mika tersusun dari silikat kompleks dan memiliki partikel yang mudah mengelupas. Bubuk ini sangat bernilai karena ketahanannya terhadap panas, asam, dan alkali, serta dampaknya terhadap fluiditas leleh pelapis bubuk. Bubuk mika umumnya digunakan dalam pelapis bubuk tahan panas dan isolasi dan juga dapat berfungsi sebagai pengisi dalam pelapis bubuk bertekstur.
Di antara berbagai jenis mika, serisit memiliki struktur kimia yang mirip dengan kaolin, dan menggabungkan karakteristik mineral mika dan mineral lempung. Aplikasinya dalam pelapis dapat secara signifikan meningkatkan ketahanan cuaca dan permeabilitas air, meningkatkan daya rekat dan kekuatan, serta meningkatkan tampilan pelapis secara keseluruhan. Selain itu, partikel pewarna dapat dengan mudah memasuki lapisan kisi bubuk serisit, membantu warna tetap cerah seiring berjalannya waktu. Bubuk serisit juga menunjukkan sifat anti-alga dan anti-jamur, menjadikannya pengisi multifungsi dengan rasio biaya-kinerja yang sangat baik untuk pelapis.
4. Aplikasi Bedak Talkum dalam Pelapis Serbuk
Bubuk talk, yang juga dikenal sebagai magnesium silikat hidrat, dihancurkan langsung dari bijih talk. Partikelnya berupa kristal berbentuk jarum dengan rasa berminyak, tekstur lembut, dan tingkat abrasivitas rendah. Talk memiliki suspensi dan dispersibilitas yang baik, serta beberapa tiksotropi, yang secara signifikan memengaruhi fluiditas leleh pelapis bubuk. Talk sering digunakan dalam bubuk tekstur.
Talk merupakan bahan yang hemat biaya; namun, talk memiliki beberapa kekurangan yang membatasi penggunaannya. Misalnya, talk memiliki tingkat penyerapan minyak yang tinggi, dan dalam aplikasi yang memerlukan penyerapan minyak yang rendah, talk harus dikombinasikan dengan bahan pengisi seperti bubuk barit, yang memiliki penyerapan minyak yang rendah. Selain itu, ketahanan ausnya relatif rendah, sehingga bahan pengisi lain harus ditambahkan jika ketahanan aus yang tinggi diperlukan. Talk yang mengandung mineral non-logam lainnya tidak cocok untuk pelapis eksterior yang memerlukan ketahanan cuaca yang tinggi, karena mineral pengotor cenderung bereaksi dengan asam (seperti hujan asam). Talk juga memiliki sifat yang dapat memudar, yang berarti talk umumnya dihindari dalam pelapis yang sangat mengilap.
5. Aplikasi Silika dalam Pelapis Serbuk
Kuarsa bubuk berpori, sejenis silika, dikenal karena keamanannya dan digunakan secara luas dalam pelapis bubuk, termasuk pelapis tahan api, pelapis kedap air, dan pelapis anti-korosi. Biaya rendah kuarsa bubuk berpori memungkinkannya mengurangi biaya pelapis bubuk secara keseluruhan. Ia juga menggantikan barium sulfat, mengurangi kandungan barium terlarut dan membantu memenuhi standar perlindungan lingkungan.
Selain itu, silika berasap umumnya digunakan dalam pelapis bubuk sebagai agen pelonggaran dan anti-penggumpalan. Silika berasap adalah pigmen tubuh multifungsi dan agen pengontrol reologi yang efektif dalam pelapis. Dalam pelapis cair, ia melakukan fungsi-fungsi seperti pengentalan, tiksotropi, anti-kendur, dan penutupan tepi. Dalam pelapis bubuk, ia meningkatkan daya alir bubuk, mencegah penggumpalan dan membantu fluidisasi.
6. Aplikasi Kaolin dalam Pelapis Serbuk
Kaolin digunakan dalam pelapis bubuk untuk meningkatkan tiksotropi dan anti-presipitasi. Kaolin yang dikalsinasi, yang tidak memiliki efek pada sifat reologi, juga dapat memberikan efek mattifying, meningkatkan daya tutup, dan meningkatkan keputihan, mirip dengan bedak talek.
Kaolin biasanya memiliki daya serap air yang tinggi, sehingga tidak cocok untuk meningkatkan tiksotropi pelapis atau untuk menyiapkan pelapis hidrofobik. Ukuran partikel kaolin berkisar antara 0,2 hingga 1 μm. Kaolin dengan partikel yang lebih besar memiliki daya serap air yang lebih rendah dan memberikan efek matt yang lebih baik, sedangkan kaolin dengan partikel yang lebih kecil (di bawah 1 μm) cocok untuk pelapis semi-kilap dan pelapis interior.
Kaolin dapat dibagi menjadi kaolin yang dikalsinasi dan kaolin yang dicuci. Secara umum, kaolin yang dikalsinasi memiliki daya serap minyak, opasitas, porositas, kekerasan, dan kecerahan yang lebih tinggi dibandingkan dengan kaolin yang dicuci.
7. Aplikasi Mikrosfer Kaca Berongga dalam Pelapis Serbuk
Mikrosfer kaca berongga adalah bubuk bulat berongga kecil yang menawarkan beberapa keunggulan, termasuk bobot ringan, volume besar, konduktivitas termal rendah, kekuatan tekan tinggi, isolasi, ketahanan terhadap korosi, tidak beracun, dispersibilitas yang baik, fluiditas, dan stabilitas.
Dalam pelapisan serbuk, mikrosfer kaca berongga memiliki peran sebagai berikut:
1) Isolasi Panas: Bagian dalam mikrosfer kaca berongga diisi dengan vakum atau gas yang dijernihkan, yang menciptakan perbedaan kepadatan dan konduktivitas termal dengan resin epoksi. Properti ini memberi mereka isolasi panas yang sangat baik dan membuatnya ideal untuk pelapis bubuk tahan suhu tinggi.
2) Peningkatan Sifat Fisik dan Mekanik: Mikrosfer ini dapat meningkatkan kekerasan dan kekakuan pelapis serbuk. Namun, ketahanan benturan dapat menurun, tergantung pada perlakuan permukaan mikrosfer. Agen penggandeng yang tepat dapat mengurangi penurunan ketahanan benturan ini.
3) Daya Serap Minyak Rendah: Tingkat penyerapan minyak pada mikrosfer kaca berongga berkisar antara 7 mg dan 50 mg per 100g, tergantung pada modelnya. Daya serap minyak yang rendah ini meningkatkan jumlah bahan pengisi dalam produk, sehingga secara efektif menurunkan biaya keseluruhan.
8. Aplikasi Wollastonite dalam Pelapis Serbuk
Komponen utama wollastonite adalah kalsium silikat, dengan kepadatan 2,9 g/cm³, indeks bias 1,63, dan tingkat penyerapan minyak 30-50%. Ia memiliki struktur seperti jarum dan tingkat kecerahan yang sangat baik.
Dalam pelapisan serbuk, serbuk wollastonit alami umumnya digunakan. Serbuk ini diproses dari wollastonit alami dan berfungsi sebagai pigmen tubuh yang dapat menggantikan sebagian pigmen putih, meningkatkan daya tutup dan mengurangi biaya pelapisan. Karena konduktivitasnya yang baik, wollastonit sering digunakan dalam pelapisan serbuk isolasi epoksi. Selain itu, struktur wollastonit yang berwarna putih seperti jarum meningkatkan sifat lentur dan tarik dari pelapisan serbuk.
III. Tren Pengembangan Pengisi Serbuk untuk Pelapis Serbuk
1. Perlakuan Permukaan Pengisi Serbuk
Semua pengisi pelapis bubuk bersifat polar, sedangkan resin pelapis bubuk juga sangat polar. Hal ini dapat menyebabkan kompatibilitas yang buruk antara keduanya, yang berdampak buruk pada pemrosesan dan kinerja pelapis. Untuk mengatasi hal ini, sering kali perlu untuk merawat pengisi bubuk melalui metode fisik (seperti pelapisan permukaan dan penyerapan) atau metode kimia (seperti substitusi permukaan, hidrolisis, polimerisasi, dan pencangkokan). Perawatan ini membantu mengurangi ukuran partikel agregat secara signifikan atau meningkatkan fluiditas sistem, meningkatkan kinerja pemrosesan, kualitas permukaan (seperti kilap dan kecerahan warna), dan kekuatan mekanis pelapis.
2. Mikronisasi Pengisi Bubuk
Bila rasio resin pelapis serbuk terhadap pengisi tetap konstan, makin kecil ukuran partikel pengisi, makin baik kinerja permukaan dan sifat mekanis pelapis. Bila ukuran partikel pengisi dikurangi ke kisaran yang mirip dengan titanium dioksida (0,2-0,5 μm), aglomerat dalam formula dapat diisolasi, sehingga menciptakan pusat dispersi yang lebih efektif dan meningkatkan daya tutup titanium dioksida. Ini adalah prinsip pemisahan spasial pengisi mikronisasi. Demikian pula, pengisi mikronisasi dapat mengurangi jumlah pigmen yang dibutuhkan, sehingga meningkatkan efisiensi.
3. Nanoteknologi Pengisi Bubuk
Nanomaterial yang umum digunakan meliputi nano-silikon dioksida, nano-titanium dioksida, dan nano-kalsium karbonat. Laporan menunjukkan bahwa nano-titanium dioksida meningkatkan transparansi, sifat mekanis, dan penyerapan ultraviolet pada pelapis. Nano-titanium dioksida sangat berguna dalam pernis otomotif, karena secara signifikan meningkatkan ketahanan cuaca pelapis serbuk. Namun, karena nanomaterial merupakan partikel yang sangat halus dengan aktivitas permukaan yang tinggi, nanomaterial rentan terhadap penggumpalan dan flokulasi. Oleh karena itu, perawatan permukaan nanofiller, bersama dengan metode penambahan yang tepat, peralatan pendispersi, dan jumlah yang optimal, sangat penting untuk keberhasilan aplikasi nanofiller dalam pelapis serbuk. Saat merancang formula pelapis serbuk, filler yang berbeda harus dipilih berdasarkan persyaratan kinerja produk untuk mencapai hasil terbaik.
4. Fungsionalisasi Pengisi Pelapis Serbuk
Tren pengembangan pelapis serbuk fungsional difokuskan pada peningkatan sifat fisik, kimia, dan mekanis pelapis di area tertentu, atau memperkenalkan fungsi baru. Misalnya, serbuk kaolin dan wollastonit digunakan untuk membuat pelapis serbuk isolasi listrik, yang mengurangi biaya sekaligus meningkatkan isolasi listrik. Aluminium hidroksida dan magnesium hidroksida memiliki sifat tahan api dan dapat digunakan untuk menghasilkan pelapis serbuk tahan api. Bahan pengisi ini juga dapat mengendalikan reologi, meningkatkan daya rekat, mengatur kilap, dan meningkatkan daya tutup. Oleh karena itu, fokus bahan pengisi dalam pelapis serbuk bergeser dari sekadar mengurangi biaya menjadi menggabungkan lebih banyak penelitian fungsional, mengembangkan bahan pengisi baru dengan kinerja luar biasa dengan biaya rendah untuk memenuhi permintaan industri pelapis serbuk yang terus berkembang.
Kesimpulan
Pertumbuhan bubuk Pasar pelapis mencerminkan pergeseran yang lebih luas ke arah solusi pelapis yang ramah lingkungan dan berkinerja tinggi. Karena industri berupaya untuk mencapai keberlanjutan, pelapis serbuk menawarkan alternatif yang menarik dengan keuntungan signifikan dalam hal efisiensi energi, efektivitas biaya, dan dampak ekologis. Dengan pengembangan berkelanjutan pengisi serbuk dan teknologi pelapis yang inovatif, masa depan industri ini tampak menjanjikan.
