Je leest:

Verf droogt milieuvriendelijk met mangaan

Verf droogt milieuvriendelijk met mangaan

Auteur: | 6 mei 2005

Vrijwel alle verf bevat kobalt omdat het ervoor zorgt dat de verf lekker snel droogt. Maar het ziet er naar uit dat de Europese Unie deze verfdroger gaat verbieden vanwege recent vastgestelde kankerverwekkende eigenschappen. In onderzoek aan de Universiteit Leiden ontdekte Remy van Gorkum een klasse van alternatieve, mangaanhoudende verbindingen die minstens zo goed of zelfs beter presteren dan kobalt.

Verffabrikanten hebben haast. De kans is groot dat kobalt al binnen twee jaar als verfdroger verboden zal worden. Dan moet er een bruikbaar alternatief zijn. Vandaar dat met steun van het ministerie van Economische Zaken in één van de zogenaamde Innovatiegerichte Onderzoeksprogramma’s (IOP’s) een onderzoek werd gestart om alternatieve verfdrogers te vinden. Remy van Gorkum voerde het uit bij het Leids Instituut voor Chemisch Onderzoek. Verffabrikanten Akzo-Nobel, Sigma Coatings en DSM coatings begeleidden Van Gorkums onderzoek.

Verf drogen

Veel mensen denken dat de droging van verf gebeurt door de verdamping van het oplosmiddel. Dit is slechts ten dele waar. Als dat zo zou zijn dan zou je opgedroogde verf kunnen verwijderen door simpel wassen met terpentine. Bij het drogen van verf verdampt niet alleen het oplosmiddel maar treedt ook chemische droging op. Door oxidatie worden verfmoleculen aan elkaar geknoopt tot grote netwerken die uiteindelijk een harde, ondoordringbare laag vormen.

Eigenlijk is verf wel te vergelijken met margarine, want beide bevatten onverzadigde vetzuren, zoals het bekende linolzuur uit bijvoorbeeld zonnebloemen. Wanneer boter buiten de koelkast bewaard en aan de lucht blootgesteld wordt, wordt hij eerst ranzig en uiteindelijk zelfs hard. Dat komt omdat door reactie met zuurstof uit de lucht (oxidatie) andere stoffen gevormd worden. Oxidatie is ook het belangrijkste proces in de droging van verf.

Als deze droging spontaan zou moeten verlopen, dan zou je maanden moeten wachten voordat de pas geschilderde deur droog is. Om dit drogingproces te versnellen wordt een katalysator toegevoegd. In de huidige op olie gebaseerde verven is dit een kobaltzout die de oxidatiereactie zodanig versnelt dat de deur na drie uur al droog is.

(bron:dr. Elisabeth Bouwman)

Mangaan

Met echte verf heeft Remy van Gorkum niet gewerkt. Het zou zijn kwetsbare testopstelling maar vervuilen. Hij voegde de mogelijke nieuwe verfdrogers toe aan ethyllinoleaat, een derivaat van lijnolie. Deze stof reageert precies hetzelfde als echte verf, maar wordt desondanks niet hard. Daardoor kon de promovendus alle gewenste metingen aan de reactie uitvoeren.

Hij testte zo honderden chemische verbindingen voor het antwoord op de vraag: doet-ie-het-of-doet-ie-het-niet? Is déze specifieke verbinding in staat verf net zo snel, misschien zelfs sneller, te laten drogen als kobalt? Vaak was het antwoord nee, maar uiteindelijk ontdekte Van Gorkum mangaanacetylacetonaat ([Mn(acac)3]), een metaalverbinding die in de test-opstelling precies deed wat hij moest doen: verf sneller laten drogen.

Een goede droger moet goed oplosbaar zijn, makkelijk te krijgen en vooral: goedkoop zijn. Mangaanacetylacetonaat voldoet aan alle drie de eisen. Je kunt het gewoon kopen bij gespecialiseerde chemische laboratoria: bruin poeder in een potje. Die bruine kleur kan volgens Van Gorkum bij licht gekleurde verven nog wel eens een probleem zijn, maar het oplossen daarvan laat hij graag aan de verfindustrie over. Zijn fundamentele kennis over het werkingsmechanisme van verfdrogers heeft de alternatieve verbindingen opgeleverd, het is nu aan de industrie om er producten mee te maken. Inmiddels is een aantal van de door Van Gorkum ontdekte verbindingen al met succes getest in echte verfmengsels door verffabrikant Elementis.

Drogingssnelheden van de verf-modelstof ethyllinonoleaat vergeleken.De actieve component van het drogingsysteem [Mn(acac)3] + bipyridine bleek een uitermate bijzondere structuur te hebben; deze is ook afgebeeld. De grafieken laten de afname zien van het percentage ongereageerd ethyllinoleaat. De helling van de grafiek is een maat voor de drogingsnelheid van de ‘verf’. Het is duidelijk te zien dat de ‘verf’ veel sneller droogt onder invloed van de nieuwe drogingkatalysator [Mn(acac)3] + bipyridine (de grijze lijn) dan onder invloed van de commerciële mangaandroger (de zwarte lijn). Beeld: Universiteit Leiden, fac. FWN

Van Gorkum ontdekte ook dat diverse stikstofhoudende ligand-verbindingen de droogreactie nog versnellen. Deze verbindingen werken als een soort accelerator op het mangaanacetylacetonaat. Maar ook zonder de accelerator is de droogtijd van verfmengsels mét mangaanacetylacetonaat al vergelijkbaar, en in sommige gevallen zelfs korter, dan van mengsels met de standaard kobaltdroger. Bovendien is gebleken dat bij het gebruik van mangaanacetylacetonaat de toevoeging van een anti-velmiddel – óók een kankerverwekkende verbinding – niet langer nodig is. Verf met mangaanacetylacetonaat in plaats van kobalt vormt geen vel in het blik, en toch droogt de verf snel nadat deze is uitgestreken. Twee vliegen in één klap dus: zowel de kankerverwekkende kobaltdrogers als de eveneens kankerverwekkende anti-velmiddelen kunnen achterwege worden gelaten.

Remy van Gorkum werd vorig jaar ‘ontdekker van het jaar’ bij de Leidse faculteit Wiskunde en Natuurwetenschappen. Van de acht genomineerden kreeg hij de ‘publieksprijs’, toegekend door de medewerkers en studenten van de faculteit. Foto: Jos van den Broek, Universiteit Leiden, fac. FWNDeze tekst is een bewerking van een interview met Remy van Gorkum in de brochure ‘Waar wij trots op zijn, de ontdekkingen van het jaar 2004’ van de Leidse faculteit Wiskunde en Natuurwetenschappen. Het werd geschreven door Dini Hogenelst.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 06 mei 2005

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.