Om meer te weten te komen over deze duurzame coating, gaan we eerst in op enkele belangrijke aspecten van poedercoating. In tegenstelling tot conventionele coatings zoals verven, die worden gevormd door de verdamping van een oplosmiddel, zijn poedercoatings doorgaans droge poeders die elektrostatisch worden aangebracht en uitgehard via temperatuur of met ultraviolet licht. Tegenwoordig worden deze coatings intensief gebruikt in de industrie om bescherming te bieden tegen agressieve omgevingsfactoren en/of voor decoratieve doeleinden. Enkele voorbeelden van gepoedercoate producten zijn te zien in figuur 1. Het bindmiddel of de hars is het hoofdbestanddeel van een typische thermohardende poedercoating (TPC) en is het filmvormende element van het product. Het zorgt voor hechting aan een ondergrond, bindt pigmenten en andere additieven samen en bepaalt belangrijke eigenschappen als duurzaamheid, flexibiliteit en hardheid. Bovendien kunnen kleuren, additieven en vulstoffen worden toegevoegd om bepaalde eigenschappen van de coating, zoals glans, dekking en stabiliteit, te wijzigen.

Figuur 1: Voorbeelden van gepoedercoate toepassingen die worden toegepast voor decoratieve en beschermende doeleinden, zoals onderdelen voor de auto-industrie (links) en gepoedercoate metalen voorwerpen zoals pijpleidingen (rechts).

Bij de synthese van TPC's kunnen verschillende soorten thermohardende poeders, afgeleid van epoxy's, acryl-, hydroxylgroepen (polyester) en carboxylgroepen (polyurethaan), worden gebruikt. Sommige van deze soorten hebben een slechte buitenduurzaamheid of een matige chemische weerstand. Een alternatief zou daarom een op polycarbonaat gebaseerde hars kunnen zijn die typisch amorf is en meestal eigenschappen vertoont zoals hoge transparantie en lage UV-absorptie, bijzonder geschikt voor gebruik buitenshuis. De keerzijde van commercieel gesynthetiseerd polycarbonaat is echter het gebruik van fosgeen (Cl₂C=O) een zeer giftig gas dat serieuze milieu- en veiligheidsoverwegingen vereist.

Limoneenoxide is een potentieel biobased epoxide afgeleid van limoneen en zou een goed alternatief kunnen zijn voor fosgeen/BPA. Limoneen is een belangrijk bestanddeel dat kan worden gevonden in de olie van schillen van citrusvruchten, zoals citroenen, limoenen en sinaasappels. Het is een kleurloze vloeistof die vaak wordt gebruikt als smaakstof bij de productie van levensmiddelen. De overvloed en de vele functionaliteiten maken het tot een aantrekkelijke, hernieuwbare bouwsteen voor polymeersynthese. Via een chemische reactie waarbij koolstofdioxide CO₂ betrokken is, kan een volledig recyclebaar poly(limoneencarbonaat) (PLC) worden gesynthetiseerd, met functionele groepen die kunnen worden gewijzigd of verknoopt om nieuwe functionaliteiten te introduceren, zoals antibacteriële activiteit, hydrofiliciteit en oplosbaarheid in water . Dit maakt CO₂, ook wel bekend als de belangrijkste aanjager van klimaatverandering, een nuttig molecuul dat als monomeer kan worden gebruikt om een duurzame polycarbonaat poedercoating te maken. Dit pad wordt schematisch weergegeven in figuur 2. Als gevolg hiervan heeft deze volledig van limoneen afgeleide PLC een groot potentieel als TPC-bindmiddel, dat een goede uitwendige duurzaamheid en chemische weerstand kan bieden. Deze twee eigenschappen maken dit type hernieuwbare binder tot een geweldig alternatief voor de productie van poedercoatings, waarbij alle relevante reactanten worden vermeden.

Figuur 2: een vereenvoudigd overzicht van het reactiemechanisme van een op limoneen gebaseerde coating. Hier wordt eerst limoneen geëpoxideerd tot limoneenoxide. Het laatste wordt gebruikt voor de synthese van poly(limoneencarbonaat) (PLC) in aanwezigheid van kooldioxide. Met behulp van een verknopingsmolecuul (op basis van thiol) en radicaalinitiator wordt onder invloed van ultraviolet licht een verknoopt netwerk (TEN) gevormd via een thiol-eenreactie met de aanhangende isoprenylgroepen van PLC. Het resultaat is, de vorming van een dunne laag op een bepaald oppervlak.

Of u nu de duurzaamheid van materialen wilt verbeteren, nieuwe materialen wilt ontwikkelen of materiaalonderzoek wilt doen, ons team heeft de kennis, expertise en ultramoderne infrastructuur om u te helpen uw doelen te bereiken. En met een groot netwerk binnen de TU/e kunnen we een schat aan kennis en middelen aanboren. Neem contact met ons op voor meer informatie over hoe we u kunnen helpen! Contact.

Heeft u interesse in de aanvullende technische details over deze publicatie, zie link: Limonene-derived polycarbonates as bio-based UV-curable (powder) coating resins

Bereik het onbereikbare!
Confocal Raman spectroscopie is een geschikte techniek om dit soort vervuilingen te analyseren. De meting kan uitgevoerd worden op minuscule deeltjes die volledig worden omsloten door een polymeermatrix (zie schematische afbeelding). Door twee voorbeelden belichten we de mogelijkheden met Confocal Raman spectroscopie.

1. Polyetheen zak
In het eerste voorbeeld hebben we een gesloten polyetheen (LDPE) zak met daarin Polyethyleentereftalaat (PET) korrels direct onder de confocal Raman microscoop geplaatst. Vervolgens hebben we een diepteanalyse uitgevoerd door de LDPE zak op de PET-korrels. Tijdens de diepteanalyse konden we continu de materiaalcompositie analyseren waardoor een duidelijke overgang van LDPE naar PET zichtbaar werd in de spectra hieronder. Via deze techniek hoeft de zak niet open omdat de inhoud door het verpakkingsmateriaal heen gemeten kan worden.

2. Glazen flesje met aceton
In het tweede voorbeeld hebben we een glazen flesje gevuld met aceton onder de microscoop geplaatst. Opnieuw hebben we een continue meting uitgevoerd dwars door het glas heen tot de aceton geanalyseerd kon worden. Hieronder is duidelijk de overgang te zien van glas naar aceton.

Confocal Raman spectroscopie kan worden gebruikt om onbekende materialen of vloeistoffen te identificeren. Ook zeer kleine deeltjes tot 1 µm kunnen gemeten worden, zelfs wanneer ze volledig worden omsloten door een ander materiaal.

Heb je een vergelijkbaar probleem, waarbij kleine deeltjes van een onbekend materiaal in een product terecht zijn gekomen? Confocal Raman spectroscopie biedt de oplossing. Mocht je vragen hebben of meer informatie hierover willen ontvangen, neem gerust contact met ons op!