Transparante poedercoatings en polyurethaancoatings zonder giftige stoffen

Project

Transparante poedercoatings en polyurethaancoatings zonder giftige stoffen

Na vier jaar onderzoek liggen er twee veelbelovende, milieuvriendelijke coatings klaar. Dankzij gedegen kennis van chemie en materialen ontwikkelden samenwerkende onderzoekers en industrie binnen NOPANIC beide breed toepasbare coatings.

Op zoek naar een milieuvriendelijkere variant namen onderzoekers polyamide poedercoatings én watergedragen polyurethaancoatings onder de loep. Beide coatings bestaan uit polymeren met amide- (poedercoatings) of urethaanbindingen (watergedragen coatings) als basis. ‘Voor beide coatings zochten we samen met onze projectpartners een biobased variant die ook nog met groenere chemie kan worden geproduceerd’, vertelt Bart Noordover, universitair docent Polymer Materials Chemistry bij de TU Eindhoven.

Poedercoating

Transparantie van het materiaal was een belangrijk vereiste voor de nieuwe biobased poedercoating. Dit kan de producent beter kleuren. Een troebele poedercoating ontstaat als de polyamidemoleculen kristallen gaan vormen. Dat moesten de onderzoekers dus voorkomen. ‘Kristallen ontstaan pas als de polymeerketens een regelmatige structuur kunnen vormen’, legt Noordover uit. ‘Wij hebben die regelmatige ordening van de polymeren voorkomen door asymmetrische bouwstenen van verschillende lengte - ontwikkeld door Food & Biobased Research - te gebruiken. Zo ontstaat een onregelmatige ketenstructuur die kristalvorming voorkomt, waardoor het materiaal transparant blijft.’

Poederhoudbaarheid

Bij de ontwikkeling van de nieuwe poedercoating voor projectpartners AkzoNobel en Nuplex was ook de houdbaarheid van het poeder bij temperaturen tot zo’n vijftig graden een belangrijk vereiste. Als het polyamidepoeder warmer dan zo’n vijftig graden Celsius wordt, kunnen de fijne poederdeeltjes aan elkaar gaan plakken. Een zak poeder verandert dan in een keiharde, onbruikbare massa. Juist bij transparante polyamides, die geen kristalstructuur hebben, ligt dit gevaar op de loer. Deze materialen zijn namelijk vaak zacht bij relatief lage temperaturen: de molecuulketens zijn flexibel en beweeglijk en plakken daardoor gemakkelijk aan elkaar. De onderzoekers konden dit voorkomen door in de polyamideketen isoidide diamine (een suikerachtig molecuul) in te bouwen. Hierdoor werden de ketens stijf en minder beweeglijk. Poeder blijft zo poeder, ook als het warm wordt. In samenwerking met Croda optimaliseerde Food & Biobased Research de synthese van het isoidide diamine. ‘De succesvolle samenwerking met Croda stelde ons in staat om het in Wageningen ontwikkelde proces snel op te schalen waardoor voldoende resin-grade diamine beschikbaar was voor de partners’, aldus Daan van Es, senior onderzoeker bij Food & Biobased Research.

Giftige stoffen

Bij de watergedragen polyurethaancoatings was de milieuwinst van een biobased versie nog groter dan bij de poedercoatings. Bij de fabricage van deze coatings gebruiken producenten namelijk giftige stoffen, zoals isocyanaten en fosgeen. De onderzoekers bedachten een alternatief productieproces waarbij die stoffen niet nodig waren. ‘We gebruikten glycerol als basis. Dit is een goedkoop bijproduct van de biodieselindustrie en is vooral afkomstig uit plantaardige oliën’, zegt Noordover. ‘Hieruit maakten we zogenaamde cyclische carbonaten. Die bouwstenen reageren samen met amines tot een polyurethaanpolymeer zonder dat daar giftige stoffen bij nodig zijn.’

Kritieke stap

De nieuwe biobased coating blijkt bij recente testen op de TU in Eindhoven en bij deelnemende bedrijven goede eigenschappen te hebben. ‘De basis ligt er’, zegt Noordover. ‘De volgende stap is om het polymeer op grotere schaal te produceren, zodat de industrie dit verder kan gaan testen voor specifieke toepassingen.’ Noordover is ervan overtuigd dat dit op termijn gaat gebeuren, niet alleen door stijgende olieprijzen, maar ook door een toenemende vraag naar schonere, duurzame materialen. Daarnaast zijn ook het EU-beleid en het Nederlandse beleid erop gericht om giftige chemicaliën (‘zeer zorgwekkende stoffen’) in het productieproces te gaan vervangen. Recent onderzoek door Wageningen UR Food & Biobased Research in opdracht van het RIVM onderstreepte dat er in veel gevallen goede biobased alternatieven voorhanden zijn. Noordover: ‘Het zou prachtig zijn als we met ons onderzoek een bijdrage kunnen leveren aan een schoner productieproces.’