Verf is er natuurlijk niet alleen vanwege het leuke kleurtje. Je hebt het nodig om hout en metaal te beschermen tegen weersinvloeden en slijtage. Verduurzamen dus. Zonder verf was de Eiffeltoren allang verroest en ingestort. Het probleem is alleen dat verf zelf helemaal niet zo duurzaam is. Scheikundigen van de Rijksuniversiteit Groningen hebben samen met verfproducent AkzoNobel een techniek ontwikkeld om een milieuvriendelijke verf te kunnen maken op basis van biomassa. Deze nieuwe verf moet uiteindelijk de op basis van aardolie gemaakte acrylverven vervangen.
De meeste coatings bestaan uit ketens van acrylaatmonomeren. De wereldwijde productie van die acrylaten bedraagt zo’n 3,5 miljoen ton per jaar. Allemaal gemaakt uit aardolie. RUG-wetenschappers onder leiding van hoogleraar organische chemie Ben Feringa, hebben samen met ontwikkelaars van AkzoNobel een nieuwe verf gemaakt op basis van lignocellulose.
“Lignocellulose is,” aldus George Hermens, promovendus in de groep van Nobelprijswinnaar Feringa, “de meest voorkomende vorm van biomassa op aarde. Ongeveer 20 tot 30 procent van de houtige delen van planten bestaat uit die stof.” Deze biomassa wordt nu nog vooral gebruikt als brandstof 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,” legt Hermens uit in een persbericht van de universiteit. Hij gebruikte een proces dat de Groningse groep in de afgelopen decennia heeft ontwikkeld om furfural om te zetten in een verbinding met de naam hydroxybutenolide. Dat 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.”
Verschillende toepassingen
Een deel van de structuur van het hydroxybutenolide lijkt erg op acrylaat. Maar om van deze stof bruikbare polymeren te maken, moest het molecuul wel worden aangepast. Dit gebeurde door verschillende groene of van bio-grondstoffen gemaakte alcoholen te koppelen aan het hydroxybutenolide. Zo ontstonden vier zogeheten alkoxybutenolidemonomeren. Deze monomeren zijn met behulp van een starterverbinding en UV-licht relatief gemakkelijk 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 coatings hechtten bijvoorbeeld op glas. Maar om plastic te kunnen verven, moest er weer een combinatie van die coatings worden toegepast. En door stijvere monomeren te gebruiken ontstond er 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.
Duurzame grondstof
“Het is ons gelukt om coatings te maken van een duurzame grondstof, lignocellulose, via groene chemie,” vertelt Hermens. “De kwaliteit 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.
Nieuwe chemische processen
Het project is gestart vanuit het Advanced Research Center Chemical Building Blocks Consortium, een publiek-privaat nationaal onderzoekscentrum voor de ontwikkeling van duurzame chemie op basis van nieuwe chemische processen. Hierin werken de Universiteit Utrecht, Rijksuniversiteit Groningen en TU Eindhoven samen met industriële partners AkzoNobel, Shell, Nouryon en BASF en de ministeries van Onderwijs en Economische Zaken, plus onderzoekfinancier NWO.
Het onderzoek is gepubliceerd in Science Advances.
Ook interessant: Start-up Vertoro start productie bio-olie in nieuwe proeffabriek voor circulaire chemie
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
