Een coating zo hard als autolak geproduceerd op basis van planten

Een artikel over het proces is gepubliceerd in Science Advances.

De meeste coatings bestaan uit polymeren, ketens van acrylaatmonomeren. De wereldwijde productie van die acrylaten bedraagt zo’n 3,5 miljoen ton per jaar, allemaal gemaakt uit aardolie. Om meer duurzame coatings te maken gingen RUG-wetenschappers samenwerken met collega’s van coating- en verfproducent AkzoNobel. "We wilden lignocellulose gebruiken als basis", zegt eerste auteur George Hermens. Lignocellulose is de meest voorkomende vorm van biomassa op aarde, ongeveer 20 tot 30 procent van de houtige delen van planten bestaat eruit. Maar vooralsnog wordt dit doorgaans verbrand in energiecentrales of gebruikt voor de productie van biobrandstof.

Geen afval

"Je kunt lignocellulose met zuur kraken tot de chemische bouwsteen furfural, maar dat moet je dan vervolgens nog aanpassen om er coatings mee te maken." Hermens gebruikte een proces dat de Groningse groep in de afgelopen decennia heeft ontwikkeld om furfural om te zetten in de verbinding hydroxybutenolide, die lijkt op acrylaat. "Voor de chemische omzetting zijn alleen licht, zuurstof en een simpele katalysator nodig. Ook ontstaat er geen afval. Het enige bijproduct is methylformaat, dat weer nuttig is als vervanger van chloorfluorkoolstof, de CFK’s, in andere processen."

Reactiever maken

Een deel van de structuur van het hydroxybutenolide lijkt erg op acrylaat, maar omdat het deel van het hydroxybutenolidemolecuul dat sterk kan reageren aanwezig is in een ringstructuur, is het minder reactief dan acrylaat. "Dus onze uitdaging was om het molecuul verder aan te passen zodat er bruikbare polymeren mee te maken zijn." Dit gebeurde door verschillende groene of van bio-grondstoffen gemaakte alcoholen te koppelen aan het hydroxybutenolide. Zo ontstonden vier  alkoxybutenolidemonomeren die

met behulp van een starterverbinding en UV-licht relatief gemakkelijk zijn om te zetten in polymeren en coatings. "Coatings bestaan uit verknoopte netwerken van polymeerketens. Door verschillende monomeren te combineren konden we zulke netwerken maken met verschillende eigenschappen."

Alle aldus geproduceerde coatings hechten op glas, maar slechts een combinatie deed dat op plastic. En door stijvere monomeren te gebruiken ontstaat een hardere coating, met eigenschappen die lijken op de coatings die bij auto’s worden toegepast. Op die manier zijn de coatings af te stemmen op verschillende toepassingen.

Patent

"De kwaliteit van onze coatings is vergelijkbaar met bestaande coatings op basis van acrylaat." Voor twee verschillende stappen in het proces is door AkzoNobel een patent aangevraagd. Hermens werkt inmiddels aan de productie van een andere bouwsteen die is afgeleid van furfural, om andere soorten coatings te kunnen maken.