Composietharsen op basis van isosorbide én recyclebare variant

Project

Composietharsen op basis van isosorbide én recyclebare variant

Onderzoekers van het project BIOCRES hebben twee verschillende biobased composietharsen ontwikkeld. De producten die met deze nieuwe harsen worden gemaakt, zijn net zo sterk als ze zouden zijn met de traditionele polyester harsen, maar de bouwstenen zijn gemaakt op basis van hernieuwbare grondstoffen en bovendien minder giftig. Daarbij is een van de harsen herbruikbaar. Bijzondere resultaten voor een thermoset hars.

Thermoset composieten zijn niet meer weg te denken uit de moderne samenleving. Deze tweecomponentenkunststoffen - bestaande uit een hars en een vezel - zijn licht, sterk en hittebestendig. Ze zijn daarom breed toepasbaar en worden veel gebruikt in de auto- en vliegtuigindustrie. Bij de productie van composietharsen worden losse bouwstenen aan elkaar gekoppeld tot een hars die uit lange ketens, polymeren, bestaat. De hars wordt dan opgelost in styreen tot een vloeibare massa. Composietmaterialen worden gemaakt door de vloeibare hars in een mal van de gewenste vorm te gieten waarin vezelmatten liggen ter versterking van het eindproduct. Tijdens een hittebehandeling reageert het styreen met de hars: het koppelt de polymeren met dwarsverbindingen aan elkaar en er ontstaat een sterk netwerk. Zo verandert de vloeibare hars in een stevige, harde kunststof.

Groener alternatief

Conventionele polyester composietharsen zijn echter niet milieuvriendelijk. De polymeerketens zijn opgebouwd uit aardoliebestanddelen en slecht recyclebaar. Daarnaast is het giftige styreen noodzakelijk om de individuele polymeren tot een netwerk aan elkaar te koppelen: cross-linken. De hars kan daardoor wel dertig tot veertig procent van deze giftige stof bevatten. Tijd voor een groener alternatief vonden onderzoekers: een composiethars op basis van biobased bouwstenen en bij voorkeur volledig te recyclen.

Vergelijkbare eigenschappen

Wageningen Food & Biobased Research ontwikkelde een hars gebaseerd op furaandicarbonzuur. Daarnaast slaagden onderzoekers erin een biobased vervanger voor styreen te maken. ‘De combinatie van isosorbide diallylether en isosorbide dimethylacrylaat geeft vergelijkbare eigenschappen en toepassingen als het conventionele composietmateriaal, maar het bestaat voor ruwweg twee derde uit biobased componenten op basis van suiker’, zegt Rolf Blaauw, onderzoeker bij Food & Biobased Research.

Volledig recyclebaar

Gronings hoogleraar Chemical Product Engineering bij de Rijksuniversiteit Groningen, Francesco Picchioni, vindt hergebruik van composietharsen ook belangrijk. ‘Going green is not enough: met alleen groene bouwstenen is de milieuwinst beperkt’, stelt hij. Zijn team ontwikkelde tegelijkertijd met FBR een andere hars, maar legde de nadruk op recycling. Picchioni’s team ontwikkelde een nieuwe hars die is opgebouwd uit een biobased variant op bisfenol A en tereftaalzuur. De hars hoeft niet meer te worden opgelost in styreen, maar wordt vloeibaar bij verwarmen, waarna het kan worden verwerkt. Die bisfenol A-variant zou echter een gezondheidsrisico kunnen vormen voor producenten van harsen, die tijdens het productieproces hieraan worden blootgesteld. Naast het nieuwe polymeer ontwikkelde het Groningse team ook een alternatief voor de cross-linker styreen: een bismaleimide. Die stof is minder giftig en koppelt, net als styreen, de polymeerketens met dwarsverbindingen aan elkaar. De nieuwe hars is nu wél volledig recyclebaar. Een doorbraak binnen het Groningse onderzoek. ‘Door de hars simpelweg te verhitten tot ongeveer 140 graden Celsius verdwijnt de netwerkstructuur’, legt Picchioni uit. ‘Hierdoor krijg je weer exact dezelfde losse polymeren terug, helemaal volgens het cradle to cradle-principe.’

Vindingen combineren

Voor de onderzoekers ligt het voor de hand de Wageningse en Groningse vindingen te combineren om zo een niet-giftige, recyclebare hars te maken. Dat vergt echter wel een fikse technische stap. ‘We zouden dan de niet-giftige Wageningse hars kunnen combineren met de door Groningen ontwikkelde cross-linker bismaleimide en met Groningse chemie’, aldus Blaauw. Ook Picchioni ziet volop mogelijkheden om het beste van beide producten te combineren. ‘Het is zeker mogelijk het ontwikkelde concept van afbreekbare en recyclebare netwerkstructuren toe te passen op de Wageningse hars’, zegt hij. ‘We hebben alleen nog een geïnteresseerde bedrijfspartner nodig.’