Schil het verschil: van citrusschil naar biologische coating

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