Duurzame coating zonder aardolie te gebruiken

Chemie Onderzoekers in Groningen hebben een coating ontwikkeld op basis van biomassa. „Om tot een duurzamere samenleving te komen moeten we nieuwe materialen ontwikkelen.”

Een man in beschermend pak brengt lak op een auto aan. Dankzij een Groningse uitvinding wordt het in de toekomst wellicht mogelijk hiervoor milieuvriendelijke coatings te gebruiken.
Een man in beschermend pak brengt lak op een auto aan. Dankzij een Groningse uitvinding wordt het in de toekomst wellicht mogelijk hiervoor milieuvriendelijke coatings te gebruiken. Foto Group4 Studio

Verf, lak en andere coatings beschermen tegen slijtage, verkleuring en roest. Het zit op talloze alledaagse producten, van speelgoed en keukenkastjes tot telefoons en auto’s. Belangrijk onderdeel van zulke beschermlaagjes is acrylaat. Jaarlijks wordt er zo’n 3,5 miljoen ton acrylaat geproduceerd, waarvan olie de grondstof is. Onderzoekers van de Universiteit Groningen hebben nu een manier gevonden om met ‘groene’ chemie, op basis van licht en zuurstof, een sterke coating te maken met biomassa als grondstof.

Ze hebben er vorige week over geschreven in Science Advances. Met hun aanpak zou acrylaat in verf en coating op den duur vervangen kunnen worden door een milieuvriendelijker variant.

De basis van de biomassacoating is lignocellulose, het stofje waar de houtige delen van planten uit bestaan. Het is de meest voorkomende vorm van biomassa en wordt ook gebruikt om biobrandstof van te maken. Om tot een coating te komen zijn een aantal chemische stappen nodig. Met zuur wordt het lignocellulose ‘gekraakt’ om tot de chemische bouwstof furfural te komen. Dat wordt door omzetting onder invloed van licht en zuurstof hydroxybutenolide, een stof die lijkt op acrylaat maar waarvan de hechtingseigenschappen nog niet genoeg zijn voor gebruik in coating.

Hecht goed aan glas

Dit proces heeft de Groningse groep al jaren geleden ontwikkeld; het werd toen voor andere toepassingen gebruikt. In het nieuwe onderzoek is verder gezocht naar manieren om tot een goede coating te komen. Dat is gelukt door onder meer bioalcohol aan de hydroxybutenolide te koppelen. De monomeren die dan gevormd worden, zijn met uv-licht om te zetten in de netwerken van polymeerketens, waaruit een coating bestaat.

Met verschillende soorten alcohol werden verschillende monomeren gevormd, en combinaties daarvan leidden tot coatings met uiteenlopende eigenschappen. Alle varianten hechtten goed aan glas, sommige samenstellingen ook aan plastic. Een coating kan worden toegepast op auto’s, volgens de onderzoekers duiden de resultaten op vergelijkbare kwaliteit als de huidige acrylaatcoatings.

„Het is een echte doorbaak richting duurzaamheid”, zegt Ben Feringa, hoogleraar organische chemie in Groningen en hoofd van de vakgroep die dit onderzoek deed. Hij is trots op het onderzoek. „Om tot een duurzamere samenleving te komen moeten we nieuwe materialen ontwikkelen. Met duurzame grondstoffen en maakprocessen en met minder afvalstoffen. Anders dan de petrochemie die we nu doen. Dat is een grote uitdaging.”

Chemie met licht

„Acrylaat is een belangrijke bouwsteen, daar zochten we een alternatief voor. Het is ongetwijfeld nog een lange weg tot deze coatings industrieel geproduceerd worden, dit is fundamenteel onderzoek, maar de eerste resultaten zijn heel goed”, zegt Feringa. In de studie is naast de chemie ook veel nadruk gelegd op het productieproces. „We wilden hier laten zien dat de chemie met licht ook op grote schaal toe te passen is. In de industrie wordt dat nog nauwelijks gebruikt. Wij hebben in dit onderzoek één kilogram geproduceerd, maar grote bedrijven produceren duizenden tonnen acrylaat per jaar. De vraag hoe je het technisch naar een grote schaal krijgt, is dus belangrijk.”

De coatings zijn niet beter afbreekbaar dan de huidige acrylaatcoatings. „Voor dit onderzoek hebben we ons niet met die vraag beziggehouden. Het is ook een lastig probleem. Een coating is er natuurlijk om iets te beschermen, je wil niet dat de laklaag bij een flinke regenbui van je auto spoelt. Er wordt wereldwijd wel hard aan betere recycling van materialen gewerkt, ook in onze vakgroep. We zoeken bijvoorbeeld naar stevige plastics die wel stabiel zijn maar ook makkelijk uit elkaar te halen. Dat lijkt tegenstrijdig en is moeilijk voor elkaar te krijgen, met name om toch de kwaliteit van materialen te behouden die we gewend zijn.”

Het onderzoek vond plaats in samenwerking met verfproducent AkzoNobel. De Universiteit Groningen en AkzoNobel zijn samen met overheden, andere universiteiten en enkele grote bedrijven actief in een consortium om langetermijnonderzoek naar duurzame nieuwe materialen en chemische processen te kunnen doen. AkzoNobel heeft voor twee stappen in het nieuwe productieproces een patent aangevraagd.