Er is een toenemende vraag naar groene producten, maar om echt duurzaam te zijn, fabrikanten moeten ook lijmen en verven gebruiken die zijn gemaakt van biobased grondstoffen. Geavanceerde materialen ontwikkeld in Fraunhofer-labs wijzen de weg vooruit.

De vraag naar biologische producten is booming. Fabrieksboerderijen en velden gedrenkt in chemische cocktails zijn weinig aantrekkelijk voor de vele consumenten die liever loslopende dieren zien in groene weiden, eet onbehandelde groenten en fruit en draag kleding gemaakt van biologisch geteelde, katoen zonder pesticiden. Het is niet genoeg, echter, alleen om plastic te vervangen door natuurlijke materialen zoals hout of kurk. Om producten echt duurzaam te maken, fabrikanten moeten ook lijmen en verven gebruiken die gemaakt zijn van biobased grondstoffen.

De meeste oude lijmen zijn gemaakt van op aardolie gebaseerde thermohardende epoxyharsen. Dit zijn kunstharsen die na verhitting hun vorm behouden. Monomeren zijn de bouwstenen van epoxyharsen. Een verharder of verharder zorgt ervoor dat de afzonderlijke moleculen zich binden, het creëren van een stevig plastic dat niet zal smelten. Additieven dienen om de eigenschappen af ​​te stemmen op de gegeven toepassing. Bijvoorbeeld, pigmenten kunnen worden toegevoegd om de hars te kleuren, en andere additieven worden gebruikt voor het vlamwerend maken of om de kunststof gemakkelijker te verwerken te maken.

Plantaardige olie-epoxiden met natuurlijke toevoegingen

Toch is het ook mogelijk om epoxyharsen te produceren uit milieuvriendelijke materialen. Een nieuwe benadering is veelbelovend:plantaardige olie-epoxiden, een organische versie van conventionele epoxyharsen. Ze zijn afkomstig van plantaardige oliën die een hoog aandeel onverzadigde vetzuren bevatten. Deze vetzuren zijn geëpoxideerd; dat is, verbonden met een driewaardige verbinding bestaande uit twee koolstofatomen en één zuurstofatoom. De combinatie van deze plantaardige olie-epoxiden met verharders levert opmerkelijk veerkrachtige kunststoffen op. En met dat, duurzame lijmen, coatings en zelfs schuimharsen lijken haalbare opties. Maar de chemische samenstelling van grondstoffen gewonnen uit de zaden van oliehoudende planten kan sterk variëren. En die variantie is een probleem voor fabrikanten.

Milieuvriendelijke lijmen met ideale eigenschappen

Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems IMWS wilden dit probleem aanpakken door de eigenschappen van nieuw ontwikkelde biogene harsen te onderzoeken. Dit is een indringende analyse:"We onderzoeken deze harsen van micro- tot macroniveau, " zegt Andreas Krombholz, groepsleider bij IMWS. De eerste stap is om te bepalen hoe variaties in de samenstelling van de grondstof de harsen beïnvloeden. Zodra het IMWS-team die puzzel heeft opgelost, ze kunnen beginnen met het verbeteren en aanpassen van de harsen aan de gegeven verwerkingsmethoden.

Wetenschappers van Fraunhofer gebruiken ook epoxiden van plantaardige olie om nieuwe kleefstoffen te ontwikkelen. Alle formuleringen voor deze lijmen uit de Fraunhofer-labs zijn oplosmiddelvrij. De onderzoekers graven dieper om erachter te komen welke vulstoffen en additieven kunnen worden gebruikt om specifieke eigenschappen te leveren. Hoge elektrische geleidbaarheid, bijvoorbeeld, komt van pas. Als een lijmlaag geleidend is, het kan van binnenuit worden verwarmd door een elektrische spanning aan te leggen, daardoor snel en selectief genezen. Of een additief zoals gemodificeerde tijmolie kan de lijm antibacteriële eigenschappen geven.

Conversie van epoxidatie naar enzymbehandeling

Het gebruik van plantaardige olie-epoxiden verhoogt het organische gehalte van deze lijmen tot 86 procent, omdat de materialen een hoog percentage plantaardige olie bevatten en de verharder op basis van organische stoffen in plaats van aardoliederivaten. Ter vergelijking:om als duurzaam materiaal te kwalificeren, ten minste 35 procent van de ingrediënten moet afkomstig zijn uit hernieuwbare bronnen. "Samen met het Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB, we schakelden over van epoxidatie naar een nieuw, op enzymen gebaseerd proces. Dit betekent dat we plantaardige oliën kunnen verwerken zonder petrochemicaliën. De behandeling met enzymen vindt plaats bij 40 graden Celsius in plaats van 100 graden Celsius zoals in het verleden, dus we besparen ook energie, ", voegt Krombholz toe. De voordelen houden daar niet op. Industriële gebruikers in Europa hadden de lijnzaadolie voor plantaardige olie-epoxiden uit Canada gehaald, wat niet bepaald milieuvriendelijk is gezien de afstand die het moet afleggen. Wetenschappers van Fraunhofer hebben het proces aangepast om een ​​essentiële olie te gebruiken die is afgeleid van de Moldavische drakenkopplant, biologisch geteeld in Duitsland, in plaats van geïmporteerde lijnolie. Dit verkleint de carbon footprint nog verder. Daarbovenop, de onderzoekers vonden een milieuvriendelijke vervanging voor de voorheen zeer giftige verharder.