Project EPIC: Biobased coatings die biologisch afbreken in de natuur

Veel verven, coatings en lijmen bevatten polyacrylaten: polymeren die als bindmiddel zorgen voor de stevigheid en duurzaamheid van het product. Ze zijn effectief, maar breken in het milieu nauwelijks biologisch af. Wanneer kleine deeltjes door slijtage, verwering of het afbladderen van een coating in het milieu terechtkomen, kunnen ze daar lange tijd aanwezig blijven. Dat levert een lastige tegenstelling op. Een coating moet juist lang meegaan: een verflaag die na een paar maanden afbreekt, voldoet natuurlijk niet. Tegelijkertijd wil je voorkomen dat het materiaal na gebruik jarenlang in het milieu blijft rondzwerven.

EPIC zoekt daarom naar een nieuwe balans: polymeren die sterk en stabiel genoeg zijn voor hun toepassing, maar die onder de juiste omstandigheden uiteindelijk wel kunnen afbreken. Tegelijkertijd wil het project de afhankelijkheid van fossiele grondstoffen verminderen door biobased bouwstenen voor deze polymeren te ontwikkelen.

In het project bouwen de onderzoekers voort op een relatief eenvoudig idee: voeg aan de lange polymeerketen makkelijkere afbreekbare verbindingen toe om biologische afbraak te bevorderen. Normale polyacrylaten bestaan uit zeer stabiele koolstof-koolstofbindingen. Die blijven lang intact. Door op strategische plekken een andere, makkelijker afbreekbare binding in te bouwen, creëren de onderzoekers zwakke plekken in de keten. In het milieu breken deze bindingen als eerste af, waardoor de lange, onverwoestbare keten uiteenvalt in kleine brokstukken. Die kleine fragmenten kunnen micro-organismen vervolgens wél verder afbreken.

De uitdaging zit hem in de verdeling van deze nieuwe bouwstenen; ze moeten gelijkmatig verspreid zitten door de polymeerketen. De onderzoekers ontwikkelen daarom manieren om tijdens het productieproces (de emulsiepolymerisatie) nauwkeurig te sturen in welke volgorde de verschillende monomeren in de keten terechtkomen.

Tegelijkertijd werkt het project aan de andere kant van het ontwerp: de grondstoffen zelf. Veel acrylaten zijn nu nog gebaseerd op fossiele grondstoffen. Wageningse wetenschappers onderzoeken daarom hoe ze biobased acrylaten kunnen ontwikkelen uit hernieuwbare grondstoffen, waaronder grondstoffen uit landbouwafval.

De onderzoekers hebben nu de eerste polymeren gemaakt met de gewenste afbreekbare verbindingen erin. Nu onderzoeken ze of die verbindingen zich op de juiste plekken in de polymeerketen bevinden. Vooralsnog gaat het om bescheiden hoeveelheden van tientallen grammen. Om het materiaal klaar te maken voor de praktijk, schalen de onderzoekers de productie op naar honderden grammen en uiteindelijk kilogrammen. Dan kunnen industriële partners de materialen in hun eigen laboratoria testen. Zij onderzoeken dan onder meer de robuustheid van de nieuwe polymeren in verschillende toepassingen, zoals verf, coatings en lijmen.

EPIC draagt bij aan de omschakeling van de chemische en materialenindustrie van fossiele naar hernieuwbare grondstoffen. Biobased acrylaten kunnen de afhankelijkheid van fossiele grondstoffen verminderen, terwijl het ontwerp van afbreekbare polymeerketens moet helpen voorkomen dat restanten van coatings en andere producten zich langdurig in het milieu ophopen.

Voor de industrie biedt het project nieuwe mogelijkheden om de eigenschappen van coatings, verven en lijmen vanaf het ontwerp beter af te stemmen op hun hele levenscyclus: sterk en duurzaam tijdens gebruik, minder persistent erna. De aanpak kan daarnaast mogelijkheden bieden voor recycling. Dezelfde verbindingen die afbraak in het milieu stimuleren, maken het ook mogelijk om een coating aan het einde van de levensduur gecontroleerd chemisch af te breken.

EPIC brengt partijen uit verschillende delen van de keten samen. Wageningen University & Research ontwikkelt de nieuwe polymeren en onderzoekt hun eigenschappen, terwijl industriële partners de materialen in verschillende toepassingen testen. Zo worden de nieuwe polyacrylaten niet alleen op moleculair niveau onderzocht, maar ook beoordeeld op hoe ze in de vorm van lijm, coatings en verf reageren op langdurige blootstelling aan lucht en weersomstandigheden.

De betrokken partners zijn Arkema, Stahl International BV, Baril Coatings BV, SABA Dinxperlo BV en Mirka Ltd. Het project wordt ondersteund door LVVN, Topsector Agri & Food.