Naar de content

De moeizame weg naar het verfschap

Bijzondere eigenschappen blijken lastig toe te voegen

Luke Roberts via Wikimedia Commons CC BY SA 2.5

Wetenschappers werken al jaren aan verf met bijzondere eigenschappen, bijvoorbeeld verf die CO2 vangt, die virussen doodt, of die warmte opwekt. Maar deze ontwikkeling gaat niet zo makkelijk, want deze verf is nog niet in het schap te vinden – en het duurt ook nog wel even voor we deze verf echt kunnen kopen.

Een foto van een schap vol verf in een verfwinkel.

In de bouwmarkt heb je veel keuze in het verfschap, maar echt bijzondere eigenschappen heeft alle verf niet.

 Wikimedia Commons, Santeri Viinamäki via CC BY-SA 4.0

Om te zorgen dat het coronavirus zich zo min mogelijk verspreidt, hebben we het afgelopen anderhalf jaar niet alleen onze handen stuk gewassen, maar ook alle mogelijke oppervlakken schoongeboend. Een nieuwe soort verf zorgt er misschien voor dat dit in de toekomst minder nodig is. Onderzoekers van de Universiteit Utrecht werken namelijk aan verf die met behulp van metaaldeeltjes virussen kapotmaakt en zo bijvoorbeeld een deurklink in een ziekenhuis virusvrij kan houden. “We hebben het afgelopen jaar samengewerkt met het Universitair Medisch Centrum Utrecht om antivirale materialen te maken voor dit soort oppervlaktes”, vertelt Eline Hutter, universitair docent aan de Universiteit Utrecht. “Koper en koperoxide bleken redelijk te werken, dus je zou deze in een verf kunnen proberen te verwerken.”

Meer functies

Het onderzoek van de Universiteit Utrecht laat zien dat verf nog veel meer functies kan hebben dan alleen een muur een mooi kleurtje geven. Hutter en haar collega’s zijn dan ook niet de enigen die hieraan werken. De ideeën voor bijzondere verfsoorten lijken wel eindeloos. Zo stopten Britse onderzoekers verf met zonnecellen gebaseerd op het mineraal perovskiet in een spuitbus, en wisten hiermee in het lab zonne-energie op te wekken. En Amerikaanse onderzoekers veranderden een muur in een touchscreen door er waterverf met nikkel op te smeren en deze oppervlaktes met elektriciteitsdraden aan elkaar te verbinden. Daarnaast werken verschillende wetenschappers aan verf die als sensor werkt, bijvoorbeeld door van kleur te veranderen als het onderliggende hout nat wordt door lekkage.

&t=1s

Aan ideeën geen gebrek dus. En hoewel onderzoekers aan veel van deze bijzondere toepassingen al jaren werken, zien we ze nog niet terug in de schappen van de bouwmarkt. Dat komt onder meer doordat de overgang van lab naar de praktijk niet zo makkelijk is als het lijkt. “Niet alles wat wij in het lab bedenken, zal uiteindelijk in de schappen liggen”, zegt Bert Weckhuysen, hoogleraar Anorganische Chemie en Katalyse aan de Universiteit Utrecht, die samen met Hutter aan de antivirale verf werkt. “We kunnen wel verf met een bijzondere eigenschap ontwikkelen, maar die moet dan nog heel veel stappen van testen, opschalen en nog meer testen ondergaan voor we die echt kunnen gaan verkopen. Je wilt namelijk wel zeker weten dat de verf veilig is om te gebruiken voor mensen het op de muur aanbrengen.”

Uit balans

Tijdens al deze tests stuiten veel bijzondere verfsoorten op problemen, ziet Rolf van Benthem, hoogleraar Coating Technologie aan de TU Eindhoven. “Een van de problemen is dat je bij al deze toepassingen de eigenschappen van de basisverf verandert. Normale verf bestaat uit een kleurstof, een bindmiddel en een oplosmiddel. Zodra je hier iets aan toevoegt, verstoor je de balans tussen deze onderdelen en kan het zijn dat je verf ineens niet meer goed droogt, of heel snel stukgaat.”

En mocht het wel lukken om deze samenstelling goed te krijgen, dan is het nog een uitdaging om de omstandigheden in een laboratorium te vertalen naar de praktijk. “In een laboratorium kun je alles heel goed controleren en precies aanbrengen zoals het moet”, zegt Van Benthem. “Maar zo precies zullen mensen thuis niet te werk gaan.”

Te veel laagjes

Als voorbeeld noemt hij de pogingen om zonnepanelen en displays op muren te verven. “Een normaal zonnepaneel of display bestaat uit meerdere lagen die heel precies met elkaar communiceren. Ik betwijfel of het lukt om al deze eigenschappen in één pot verf te stoppen; je zult er altijd meerdere lagen en extra componenten als stroomkabels voor nodig hebben die je precies moet afstellen. Dat zie ik de gemiddelde consument nog niet doen.”

In elk geval één verffabrikant is er toch in geslaagd om de verf een bijzondere eigenschap mee te geven. Het Engelse bedrijf Sherwin-Williams bracht in 2016 een antibacteriële verf op de markt die een muur vier jaar lang zou beschermen tegen bacteriën. De aan de verf toegevoegde zogenoemde quaternaire ammoniumdeeltjes (positief geladen stikstofdeeltjes met daaraan vier zijtakken) hechten aan de micro-organismen en maken hun celwand kapot. Volgens het eigen onderzoek van Sherwin-Williams doodt de verf 99,9 procent van alle bacteriën die op de muur komen. Of dit in de praktijk ook zo is, is nog niet onderzocht. De vraag is bovendien hoeveel zin deze verf heeft, omdat de meeste bacteriën niet op de muur zullen zitten. Maar het laat wel zien dat het ontwikkelen en op de markt brengen van een bijzondere verf niet onmogelijk is.

Deze sporthal in Almere is uitgerust met de panelen met warmteabsorberende verf van TNO.

 Via Sanne van Leeuwen, met toestemming

Warmte vangen

Dat blijkt ook uit het feit dat er steeds meer bijzondere soorten verf dicht bij de markt lijken te staan. Zo is daar de warmtevangende verf van Sanne van Leeuwen, innovatiewetenschapper bij onderzoeksinstituut TNO. “We weten dat lichte verf in warme landen wordt gebruikt om de warmte buiten te houden. Wij willen juist warmte vangen, zodat we die energie kunnen benutten.” Hiervoor gebruiken de TNO-onderzoekers geen zwarte verf, maar hebben ze in samenwerking met AkzoNobel gezocht naar moleculen die ook in lichtgekleurde verf de warmte absorberen. “Het is gelukt om deeltjes te vinden die in het nabij-infrarood zonlicht absorberen en zo de warmte oogsten zonder de kleur van de verf te beïnvloeden”, zegt Van Leeuwen.

Deze verf kun je op je gevel aanbrengen, maar dan doe je verder niets met de energie. Daarom hebben de onderzoekers een gevelcollector ontwikkeld, waarbij buisjes zijn aangebracht aan de achterkant van een paneel. De vloeistof die hier doorheen stroomt, werkt als medium om de warmte te transporteren naar een buffervat. Het idee is dat je dit systeem als warmtebron op een warmtepomp kunt aansluiten. “Met 10 m2 van deze collector op je gevel voorzie je een goed geïsoleerd huis bijna compleet van warmte”, stelt Van Leeuwen.

Verder uitwerken

Het systeem is nog niet perfect, maar de eerste tests in een sporthal in Almere lijken veelbelovend. Op deze sporthal is ruim 100 m2 aan panelen geïnstalleerd, en die wisten het gebouw goed warm te houden. Van Leeuwen: “TNO wil nu graag een bedrijf oprichten dat het concept verder uitwerkt en het energieconcept uiteindelijk op de markt brengt. Hiervoor moeten we vooral nog kijken naar hoe het geheel efficiënt is te installeren en natuurlijk naar de prijs.”

Die prijs kan wel bepalend zijn, denkt Weckhuysen. Want hoewel mensen wel bereid zijn om extra te betalen voor een verf die ook wat oplevert, zoals in dit geval een warm huis, moet dit natuurlijk wel in verhouding blijven staan. “Je moet aantonen dat het echt meerwaarde heeft, en dan nog zit er een grens aan wat mensen willen betalen voor innovaties. Dat houdt veel van dit soort bijzondere verven ook tegen: de ingrediënten zijn simpelweg te duur. Dan moeten de ontwikkelaars eigenlijk eerst weer goedkopere alternatieven vinden voor het op de markt kan komen.”

Deze muurschildering in Zwolle is gemaakt met verf die stikstof kan afbreken.

 Via Trotse Muren, met toestemming

Afbreken

Gelukkig zijn er ook relatief goedkope toepassingen denkbaar en één daarvan wordt nu al een aantal jaren in de praktijk getest. Het gaat om verf met moleculen die een reactie aangaan met licht en zo bijvoorbeeld ongewenste stoffen verwijderen. “In dit soort verven zit vaak titaandioxide”, vertelt Hutter van de Universiteit Utrecht. “Deze stof reageert met uv-licht en breekt dan bijvoorbeeld stikstofoxides, zoals NO2 en NO, af.” Ook dit wordt al wel toegepast, onder meer in steden in Japan en het Verenigd Koninkrijk, waar ze testen of het bijvoorbeeld werkt om smog tegen te gaan. In Zwolle is dit principe enkele weken geleden nog gebruikt voor een muurschildering die stikstofoxides uit de lucht omzet in onschadelijke stoffen.

Maar ook deze toepassing is nog niet heel wijdverspreid, en dat komt met name doordat er nog niet helemaal duidelijk is wat voor effect titaniumdioxide op onze gezondheid heeft. Van Benthem van de TU Eindhoven maakt zich in ieder geval wel een beetje zorgen: “Bij deze reactie met uv-licht kunnen zich radicalen vormen, deeltjes die met alles om zich heen kunnen reageren. We weten niet precies wat voor effect dit soort toepassingen hebben op onze gezondheid. Daar moeten we wel eerst meer onderzoek naar doen voor we dit soort verf grootschalig gaan gebruiken.”

Vanaf nul opbouwen

Daarom pakken ze het in Utrecht net even anders aan. “Wij onderzoeken vergelijkbare soorten verf, maar dan gemaakt van andere materialen waarbij dezelfde soort reacties plaatsvinden, maar dan zonder uv-licht”, vertelt Hutter. “Als dat lukt, kunnen we die verf ook binnen gebruiken om de lucht te zuiveren.” Ze bouwen deze nieuwe soort verf vanaf nul op, en hopen zo ook de veiligheid van het uiteindelijke product te kunnen garanderen. Hutter: “Dat zorgt ervoor dat de ontwikkeling langer duurt dan als je simpelweg iets toevoegt aan bestaande verf, maar we hopen zo wel betere controle te hebben over het totale mengsel en wat het allemaal doet.”

Zo zijn er verschillende manieren om nieuwe soorten verven te maken, en leidt het onderzoek er langzaam maar zeker toe dat er steeds meer nieuwe varianten dicht bij de markt komen. Maar of ze het gaan redden, is volgens Van Benthem maar de vraag. “Volgens mij maken vooral de wat simpelere toepassingen een kans: verf die maar één laag nodig heeft, veilig is en een duidelijk voordeel geeft, zoals het opwarmen of afkoelen van je huis. Maar zodra het te ingewikkeld wordt, gaat het in de praktijk niet werken – of alleen voor gespecialiseerde bedrijven.”

Weckhuysen is ervan overtuigd dat het verfschap er over tien jaar heel anders uitziet. “We zien steeds meer vraag vanuit de markt, van consumenten, maar ook van de overheid, naar bijvoorbeeld zo’n antivirale verf. We maken elke dag stappen vooruit en uiteindelijk moet het lukken om de juiste formule voor kwalitatief goede verf met een bijzondere eigenschap te vinden.”

ReactiesReageer