Je leest:

Nieuwe maïscoating evenaart eigenschappen ‘gewone’ coatings

Nieuwe maïscoating evenaart eigenschappen ‘gewone’ coatings

Auteur: | 20 december 2007

De toekomstige verflaagjes op auto’s, wasmachines of computers komen mogelijk niet meer uit aardolie, maar uit biologisch materiaal. Bijvoorbeeld maïs. Onderzoek van Bart Noordover heeft bewezen dat bio-coatings minstens even goede eigenschappen kunnen bezitten als de bestaande coatings. Noordover promoveert donderdag 10 januari bij de Technische Universiteit Eindhoven.

Dat plastics worden gemaakt uit aardolie en dus slecht zijn voor het milieu is een vooroordeel waar de chemische industrie maar al te graag vanaf komt. In verschillende supermarkten kun je de boodschappen al verpakken in bio- afbreekbare plastic tassen. Dit klinkt al een stuk beter, maar het kan nog een stap verder. Bio- gebaseerde plastic tassen zijn inmiddels ook al mogelijk. Daarbij is de grondstof niet aardolie, maar een biologisch materiaal.

Halen we verflaagjes op auto’s in de toekomst uit maïs?

Dure aardolie

Bio-plastics zijn ‘hot’ in de industriële en academische wereld. Niet alleen vanwege het milieu en hun interessante eigenschappen, maar ook door het kostenaspect. De toenemende prijs van aardolie zet de industrie flink onder druk om snel te zoeken naar alternatieve grondstoffen voor hun kunststoffen.

“De onderzoeksagenda naar deze materialen is de laatste jaren explosief gegroeid”, aldus Bart Noordover, die zelf onderzocht of maïs een grondstof kan zijn voor het maken van coatings – kunststof beschermlaagjes, zoals verf. Volgens hem is duidelijk geworden dat biomassa tot minstens even goede coatings leidt als aardolie.

Noordover voerde zijn onderzoek uit voor het Dutch Polymer Institute, het nationale onderzoeksinstituut waarin industrie en universiteiten samenwerken aan nieuwe ontwikkelingen op kunststofgebied. Het DPI besteedt in toenemende mate aandacht aan het thema van natuurlijke grondstoffen, onder andere binnen het recentelijk opgestarte onderzoeksprogramma ‘Bio-inspired Polymers’.

In zekere zin zijn de chemici met dit thema weer ‘terug bij af’. Noordover memoreert dat er vóór de introductie van aardolie al gewerkt werd met plastics op basis van biologische materialen. “Maar toen de chemische industrie eenmaal met aardolie ging werken, is die ontwikkeling naar de achtergrond gedrongen. Nu zie je het weer opkomen – en dat moet ook wel, want de aardolievoorraden zijn niet oneindig beschikbaar.”

Monomeren

Het maken van coatings uit maïs vergt een aantal processtappen. Allereerst moet de maïs verwerkt worden tot de monomeren die de basis vormen voor de polymere coatings. Dit hoefde Noordover niet zelf te doen; hij kreeg de maïs-monomeren onder andere van het biotechbedrijf Agrotechnology and Food Innovations, onderdeel van Wageningen Universiteit and Researchcentrum.

Het kostte flink wat tijd om de juiste leverancier te vinden, vertelt Noordover. “De monomeren moeten van zeer hoge kwaliteit zijn, het liefst méér dan 99,9 procent zuiver. Het gaat al mis als er kleine fracties onzuiverheden – meestal suikers – in het materiaal aanwezig zijn. Om van monomeren naar polymeren te komen moeten we verwarmen. Suikers gaan bij hoge temperaturen karamelliseren en dan zou je polymeren krijgen met de kleur van een bruin bierflesje. Dat wil je natuurlijk niet.”

Bereiding van transparante coatings op aluminium uit maïs. Direct naast de maiskolf is het monomeer isosorbide te zien dat uit het maïszetmeel wordt gewonnen. Polymerisatie resulteert in de transparante polyester hars die iets verder naar rechts te zien is. Rechtsboven ligt een plaatje aluminium waarop de hars in poedervorm is aangebracht en dat vervolgens in de oven is gegaan. Bij hoge temperaturen vloeit de hars uit en vindt vernetting plaats (onderlinge koppeling) van de harspolymeermoleculen. Beeld: TU/e; Bart Noordover

Na drie maanden zoeken kon Noordover aan de slag met het juiste materiaal. De grootste uitdaging van zijn onderzoek lag vervolgens in het optimaliseren van de procescondities. De biologische monomeren zijn thermisch instabieler dan veel conventionele grondstoffen, hetgeen zich wreekt bij het opwarmingsproces. Noordover wist uiteindelijk met een paar aanpassingen van het standaardprocedé de maximale temperatuur te beperken tot zo’n 200 à 220 graden Celsius.

Noordover werkte met poedercoatings. Deze hebben als voornaamste voordeel dat er geen oplosmiddelen nodig zijn en er dus minder milieubelasting is. Het grote nadeel is dat er na het aanbrengen van de coating op oppervlak het hele zaakje nog in de oven verwarmd moet worden voor een laatste processtap. Van de monomeren maakte hij in eerste instantie relatief korte polymeren met reactieve uiteindes: de ‘poederpolymeren’. Nadat deze materialen op het oppervlak zijn aangebracht, vloeien zij uit in de oven, terwijl tegelijkertijd een reactie optreedt die leidt tot een supersterk polymeernetwerk.

Beter dan bestaand

De Eindhovense promovendus is bijzonder opgetogen over zijn resultaten. “Het was de bedoeling om bio-coatings te maken die nog beter zijn dan de conventionele coatings. En dat is gelukt.” Uit verschillende testen bleken de mechanische en chemische resistentie van de nieuwe coatings even goed te zijn als van de bestaande beschermingslaagjes. “Of je met oplosmiddel probeert het eraf te poetsen, of als je probeert krassen of deuken te maken; mijn bio-coatings kunnen er heel goed tegen.”

Aluminum testplaatje met transparante coating op basis van maïsmonomeer. De deuk wordt in het plaatje geslagen om de mechanische stabiliteit van de verflaag te evalueren. Beeld: TU/e; Bart Noordover

Op één eigenschap wist Noordover de bestaande coatings zelfs te overtreffen. “Een probleem van aardoliegebaseerde verven is dat deze weinig kleurvast zijn. Dat zie je bijvoorbeeld bij witte wasmachines of bij gebouwpanelen die na verloop van tijd onder invloed van UV-licht een gele kleur kunnen krijgen.” Hij legt uit dat de oorzaak van die verkleuringen ligt in specifieke chemische componenten. Oliegebaseerde coatings bevatten vaak veel aromatische structuren, bio-gebaseerde coatings vooral alifatische structuren. Die zijn minder UV-gevoelig.

Normaal gesproken wordt de kleurvastheid van verven en coatings getest in grote testvelden in Florida. Daar liggen panelen soms wel jaren te bakken in het zonlicht om de effecten van UV-straling te meten. “Daar had ik in mijn promotieonderzoek helaas geen tijd voor”, zegt Noordover met een lach. “Ik heb mijn geverfde objecten maar gewoon in mijn Eindhovense lab onder een soort zonnebankje gelegd. Met een zorgvuldige instelling van de UV-straling kon ik na drie maanden goede testresultaten verkrijgen.” Noordover testte overigens alleen een witte coating. Graag had hij ook andere kleuren gemaakt, maar dat moet hij overlaten aan vervolgonderzoekers.

Of de nieuwe coatings toepassing gaan vinden, daar kan Noordover geen harde uitspraak over doen. “Eerst moet nog bewezen worden dat je het maken van deze coatings kunt opschalen van labschaal naar immense ketels van enkele tonnen inhoud. Daarnaast blijf je altijd last houden van de variatie in het grondmateriaal; omdat dit uit natuurlijke grondstoffen komt, is die nooit precies hetzelfde. En dat is wat de industrie natuurlijk wel wil, een constante kwaliteit.” Belangstelling voor zijn onderzoek is er niettemin volop, als eerste van de bij het Dutch Polymer Institute aangesloten bedrijven zoals DSM, AKZO Nobel en Shell Chemicals.

Zie ook:

Dit artikel werd geschreven door freelance journalist Xavier Theunissen voor het Eindhovense universiteitsblad Cursor.

Dit artikel is een publicatie van Technische Universiteit Eindhoven (TU/e).
© Technische Universiteit Eindhoven (TU/e), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 20 december 2007
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.