Maling og lak baseret på kartoffelstivelse

Hvis en overflade skal beskyttes mod korrosion, i 80 procent af alle tilfælde sker dette ved at belægge det med maling eller lak. Når man gør det, andelen af ​​biobaserede, miljøvenlige løsninger er ekstremt lille. Forskere ved Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP, i samarbejde med Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA, søger at lukke dette hul og udvikler en omkostningseffektiv belægning baseret på vedvarende råmaterialer. Fokus i forskningen er på kartoffelstivelse.

Klima forandring, begrænsede ressourcer, stigende belastninger på miljøet betyder, at flere og flere industrier fokuserer på bæredygtig produktion. Og sådan er det også ved fremstilling af belægninger som maling og lak. Alene i Tyskland 100, 000 tons belægningsmaterialer til beskyttelse mod korrosion produceres hvert år. Imidlertid, i fortiden, maling og lak med biobaserede bindemidler eller filmdannere har som regel været for dyre eller ikke kunne opfylde kravene. Men gennem brugen af ​​modificeret stivelse, forskere ved Fraunhofer IAP har fundet en måde, som selv på dette område gør bæredygtige og omkostningseffektive løsninger mulige. "Indtil nu, traditionelle industrielle anvendelsesområder for stivelse har været papir-/bølgepap- og klæbemiddelindustrien, " siger Christina Gabriel, en videnskabsmand ved Fraunhofer IAP i Potsdam-Golm. "På den anden side inden for maling og lak, stivelse blev normalt kun brugt som tilsætningsstof. Med stivelse som hovedbestanddelen af ​​en vandbaseret dispersion, vi har nu meget lovende vedhæftningsresultater." I centrum for forskningen er belægning af metaller til indendørs brug, for eksempel aluminium, som kan bruges, f.eks. til branddøre, computerhuse eller vinduesrammer.

Fra kartoffelstivelse til filmdannere

Brugen af ​​stivelse som hovedbestanddelen af ​​maling og lak stillede forskellige udfordringer for Fraunhofer-eksperterne. "Filmdannere skal løse flere opgaver. De skal danne en kontinuerlig film, som klæber godt til underlagsmaterialet, er kompatibel med yderligere lag og additiver og kan også indlejre pigmenter og fyldstoffer, " forklarer Christina Gabriel. "I sin naturlige form, imidlertid, stivelse udviser flere egenskaber, som står i vejen for dens brug som filmdanner. For eksempel, det er ikke opløseligt i koldt vand og danner heller ikke kontinuerligt, ikke-skøre film. Vi var derfor nødt til at modificere stivelsen for at tilpasse den til kravene, som på trods af alle udfordringerne, som et vedvarende og omkostningseffektivt råmateriale, stivelse er af stor interesse for mange sektorer."

Løsningen fra Potsdam-forskerne involverer et indledende nedbrydningstrin af stivelsen for at forbedre dens opløselighed i vand og det efterfølgende associerede tørstofindhold i stivelsen i vand. samt dens filmdannende evne. Imidlertid, for at fremstille et stivelsesbaseret belægningsmateriale, som kan sammenlignes med en konventionel belægning, dette er endnu ikke tilstrækkeligt, som selvom filmdanneren til at begynde med skulle være opløselig eller dispergerbar i vand, belægningen må efterfølgende ikke længere opløses i vand.

Stivelsen skal derfor modificeres yderligere. Dette sker ved hjælp af en kemisk proces kendt som esterificering. De resulterende stivelsesestere er dispergerbare i vand, danner kontinuerlige film og har meget gode klæbeegenskaber på glas- og aluminiumsoverflader. I samarbejde med Fraunhofer IPA, den esterificerede stivelse "tværbundes", hvorigennem belægningens følsomhed over for vand reduceres yderligere.

Stabilitetstestene for at kontrollere langtidsstabiliteten udføres så også på Fraunhofer IPA. I testene, de coatede materialer udsættes for hurtigt skiftende temperaturcyklusser i en tidskomprimeret form for at simulere ændringen fra dag til nat og årstidernes forløb. Ud over, testobjekterne udsættes for elektrolytberiget vand for at se, hvordan belægningen reagerer på vand, og hvor modstandsdygtig den er under ekstreme forhold.

Alternativ til petroleumsbaserede filmdannere

I næste trin, modstanden mod korrosion og vedhæftning af den modificerede stivelse på forskellige metalsubstrater undersøges. Nye "opskrifter" er også ved at blive testet, som har til formål at optimere belægningens egenskaber yderligere. "Ud over det allerede testede aluminium, to andre vigtige metaller, stål og galvaniseret stål, skal testes", siger Gabriel. "Vores undersøgelser viser, at med sin gode filmdannelse og meget gode vedhæftningsegenskaber på forskellige underlag, stivelsesestere har potentialet til at være fremtidige alternativer til petroleumsbaserede filmdannere i belægningsindustrien."