Project
Bio-gebaseerde Coatings (Bio-gebaseerde Coatings)
De impact van een bio-gebaseerde economie op Vlaanderen is aanzienlijk: tot 1,5% van de totale brutomarge en 0,8% van de totale Vlaamse tewerkstelling (vnl. in de ontwikkeling van nieuwe bio-chemicaliën).
Hoewel iedereen in de waardeketen (coatingontwikkelaars, jobcoaters en maakbedrijven) zich bewust is van het feit dat bio-gebaseerde coatings de toekomst zijn, stagneert de introductie ervan in productie. Europees onderzoek en bevraging van Vlaamse bedrijven toont aan dat vooral vier oorzaken aan de basis liggen. (1) Performantie: Er is de veel gehoorde misvatting dat de performantie van de bio-gebaseerde coatings per definitie lager is dan de traditionele coatings. Echter, de mogelijkheden om nieuwe bio-gebaseerde coatings te ontwikkelen zijn immens door de constante ontwikkeling van nieuwe bio-gebaseerde bouwstenen vanuit (non-food-) biomassa. Sommige bio-gebaseerde coatings hebben betere eigenschappen of bredere toepassingsmogelijkheden dan de fossiel-gebaseerde. Vaak is manier van aanbrengen en niet de performatie van coating de oorzaak van de lagere vastgestelde performantie. (2) Know-how: De (job)coaters beheersen onvoldoende de andere manier van verwerking en applicatie die bio-gebaseerde coatings vereisen. Vlaamse coatingontwikkelaars willen deze nieuwe bio-gebaseerde grondstoffen ook effectief in hun coatings verwerken, maar de opstart ervan is een complexe opgave die tijd en geld vraagt. (3) Chemie-kennis: Er is niet altijd één-op-één vervanging mogelijk van bepaalde chemicaliën. De gebruikers zijn niet vertrouwd met de formulatie van een bio-gebaseerde coating om een idee te krijgen van de mogelijkheden en bottlenecks bij de ontwikkeling. (4) Onderzoekfocus: Internationaal focust het onderzoek op de ontwikkeling van bouwstenen en niet op de validatie van bio-gebaseerde coating formulatie en de applicatie ervan.
De toepassing en prestaties van biogebaseerde coatings zijn aangetoond voor verschillende coatings types, waaronder acrylaten, epoxy, polyurethaan en PLA. Op basis van een overzicht van industrieel verkrijgbare biogebaseerde componenten zijn diverse bindmiddelen, crosslinkers, verdunningsmiddelen en additieven geselecteerd en zijn concentratiestudies uitgevoerd door geleidelijke vervanging van de op fossiele grondstoffen gebaseerde componenten door biogebaseerde alternatieven. De samenstellingen zijn afgestemd voor gebruik op substraten zoals hout, textiel, beton, metaal,... met specifieke eisen aan functionele eigenschappen zoals slijtvastheid, weersbestendigheid, afwasbaarheid, corrosieweerstand, hydrofobiciteit. Met name de introductie van biogebaseerde coatings werd gevalideerd door de identificatie van applicatieprocedures en gebruiksomstandigheden waarbij biogebaseerde coatings beter kunnen presteren dan de traditionele fossiele coatings in termen van hydrofobiciteit of levensduur. Voor acrylaatcoatings is een UV-uithardingsproces geëvalueerd waarbij de betere smerende eigenschappen en hydrofobiciteit van biogebaseerde acrylaatmonomeren bijdragen aan de hogere abrasieve slijtvastheid. Tegelijkertijd resulteert de betere ductiliteit en hoge elasticiteit van de biogebaseerde acrylaten in een betere krasbestendigheid. Voor epoxycoatings werden nieuwe crosslinkers en verdunningsmiddelen op basis van olie-extracten geëvalueerd, die zorgen voor een hoge vernettingsgraad, hardheid en hydrofobiciteit in combinatie met een betere levensduur van de coating. De eigenschappen kunnen worden afgestemd afhankelijk van de concentratie van verdunningsmiddelen en verknopingsmiddelen, waardoor een operationele set parameters wordt verkregen die compatibel is met de thermische uithardingsomstandigheden. Voor polyurethaancoatings werden alternatieven met biogebaseerde isocyanaten of polyolen en de ontwikkeling van isocyanaatvrije dispersiecoatings geëvalueerd. Voor 2K PU-systemen werd de drop-in-oplossing met een biogebaseerde diisocyanaat geoptimaliseerd voor dezelfde verwerkingstijd, viscositeit en droogtijden, waarbij lineaire toename in hardheid, slijtage en UV-bestendigheid van de biogebaseerde component een goede compatibiliteit en menging impliceert eigenschappen. Voor dispersiesystemen zijn nieuwe stabilisatietechnieken ontwikkeld die resulteren in verbeterde coatingprestaties, voornamelijk in textieltoepassingen. Ten slotte werden de emulgatie- en dispersiecoatings van PLA verder ontwikkeld tot eindtoepassingen met geschikte additieven om de verwerkbaarheid en prestaties te verbeteren. Het project toonde, in samenwerking met een begeleidingsgroep van 70 bedrijven, aan dat traditionele coatings geherformuleerd kunnen worden tot biogebaseerde alternatieven en dat door aanpassing van de verwerkingsomstandigheden operationele reeksen met superieure prestaties kunnen worden opgespoord.