Organische chemici van de Rijksuniversiteit Groningen en de Nederlandse multinational AkzoNobel, een belangrijke wereldwijde producent van verven en coatings, een proces ontwikkeld waarmee ze biomassa met licht, zuurstof en UV-licht. Dit proces combineert een hernieuwbare bron met groene chemie en zou petrochemische monomeren zoals acrylaten, die momenteel worden gebruikt als bouwstenen voor coatings, harsen en verven. Een paper over het nieuwe proces werd gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang op 16 dec.

Coatings zijn overal, van de verf op je huis tot een beschermlaagje op het scherm van je smartphone. Ze beschermen oppervlakken tegen krassen, het weer of dagelijks gebruik. De meeste coatings zijn gemaakt van polymeren op basis van acrylaatmonomeren, met een wereldwijde productie van acrylaat van meer dan 3,5 miljoen ton per jaar, allemaal geproduceerd uit fossiele stookolie.

Om deze coatings duurzamer te maken, wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen, onder leiding van hoogleraar Organische Chemie Ben Feringa, samen met wetenschappers van coatingproducent AkzoNobel. "We wilden lignocellulose gebruiken als uitgangsmateriaal, " zegt George Hermens, een doctoraat student in de Feringa-groep en eerste auteur van de paper in wetenschappelijke vooruitgang . Lignocellulose maakt 20 tot 30 procent uit van de houtachtige delen van planten en is de meest overvloedig beschikbare grondstof voor biomassa op aarde. Momenteel, het wordt voornamelijk gebruikt als vaste brandstof of voor de productie van biobrandstoffen.

"Lignocellulose kan met zuur worden gekraakt om de chemische bouwsteen furfural te produceren, maar dit moet worden aangepast om het geschikt te maken voor de productie van coatings, " legt Hermens uit. Hij gebruikte een proces dat in hun groep is ontwikkeld om de furfural om te zetten in een verbinding, hydroxybutenolide, dat lijkt op acrylzuur. "De chemische omzetting gebruikt alleen licht, zuurstof en een eenvoudige katalysator en produceert geen afval. Het enige bijproduct is methylformiaat, die nuttig is als vervanging voor chloorfluorkoolwaterstoffen in andere processen."

Een deel van de structuur van hydroxybutenolide is vergelijkbaar met acrylaat, maar het reactieve deel van het molecuul is een ringstructuur. "Dit betekent dat het minder reactief is dan acrylaat en onze uitdaging was om het molecuul verder te modificeren zodat het een bruikbaar polymeer zou produceren." Dit werd bereikt door verschillende groene of biobased alcoholen toe te voegen aan de hydroxybutenolide, het creëren van vier verschillende alkoxybutenolide-monomeren.

Deze monomeren kunnen met behulp van een initiator en UV-licht worden omgezet in polymeren en coatings. "Coatings zijn opgebouwd uit verknoopte polymeerketens. Door verschillende monomeren te combineren, we zouden verknoopte polymeren met verschillende eigenschappen kunnen krijgen." terwijl alle polymeren glas zouden coaten, een combinatie was in staat om ook een coating op kunststof te vormen. En door meer rigide monomeren toe te voegen, er ontstond een hardere coating, met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van coatings op auto's. Op deze manier, deze coatings zijn aanpasbaar voor verschillende doeleinden.

"We zijn erin geslaagd om coatings te maken uit een hernieuwbare bron, lignocellulose, groene chemie gebruiken, ", besluit Hermens. "En de kwaliteit van onze coatings is vergelijkbaar met die van de huidige coatings op acrylaatbasis." Voor twee stappen in het proces, octrooiaanvragen zijn ingediend bij AkzoNobel, de industriële partner in het project. Hermens werkt nu aan een andere bouwsteen afgeleid van furfural om andere soorten polymeercoatings te produceren.