PHA als matteringsmiddel

Sirris en Centexbel bundelden hun krachten om het gebruik van biogebaseerde additieven in coatings te onderzoeken en te bevorderen. In het COOCK-project "AddBIO" onderzochten we biogebaseerde functionele additieven, waaronder vlamvertragers, versterkende vezels, waterafstotende middelen, kleurstoffen en pigmenten, matteringsmiddelen en meer in coatings. We verkennen de mogelijkheid om biogebaseerde materialen te gebruiken als additieven met een hoge toegevoegde waarde. Deze presentatie toont de mogelijkheid om PHA te gebruiken als matteringsmiddel.

PHA is een natuurlijk voorkomend polymeer. Het wordt geproduceerd door bacteriën als een energiereservepolymeer. In zekere zin vervult het een soortgelijke functie als vetreserves bij dieren of zetmeel bij planten. Wij slaan energie op in verschillende vormen om deze later te gebruiken. Wat bijzonder is aan PHA is dat de bacteriën het opslaan in korrels die ‘carbonosomen’ worden genoemd. Deze korrels hebben een harde textuur en een smeltpunt. Dat betekent dat ze gebruikt kunnen worden als een soort kunststof die niet alleen biogebaseerd is, maar ook gemakkelijk biologisch afbreekbaar. PHA kan geproduceerd worden uit diverse grondstoffen, waaronder oliën en suikers, maar ook uit reststromen zoals bierbostel, rioolwater, frituurolie en zelfs groenteafval uit huishoudens. Daarom is PHA een veelbelovend nieuw ingrediënt, niet alleen als bioplastic maar ook als additief voor coatings.

Matteringsmiddelen worden aan coatings toegevoegd om glanzende reflecties te voorkomen. Glanzende oppervlakken kunnen bij consumenten de indruk wekken dat producten goedkoop en plasticachtig zijn. Bovendien is er een modetrend richting matte oppervlakken. Matteringsmiddelen geven producten daardoor een luxueuzer uiterlijk. Dit effect wordt bereikt met een matte coating of verf. Wat wij als glans waarnemen is in feite de reflectie van licht. Matteringsmiddelen veroorzaken kleine oneffenheden op het oppervlak die het licht verstrooien in plaats van het te weerkaatsen als glans. Om dit te realiseren, worden kleine, kleurloze en slijtvaste deeltjes aan de coating toegevoegd.

Hoe presteert PHA als matteringsmiddel?

Matteringsprestaties worden gemeten met een reflectometer. Dit instrument meet eerst de reflectie van een zwart spiegeloppervlak in volledige duisternis onder een hoek van 60°. Vervolgens wordt de reflectie van de coating onder dezelfde hoek gemeten en vergeleken met die van de zwarte spiegel.

Een waarde van 100% betekent dat het oppervlak volledig reflecterend is, 0% betekent geen reflectie en is dus volledig mat.

Sommige matteringsmiddelen zijn nuttiger dan andere. Zo moeten bepaalde bestand zijn tegen slijtage, terwijl andere perfect kleurbehoud moeten garanderen. In het geval van PHA, dat in witte poedervorm komt, zien we dat we de deeltjes volledig transparant kunnen maken door de coating net boven het smeltpunt van de PHA te verwarmen. Het matterende effect wordt dan iets verminderd, maar de kleuren blijven perfect behouden. In de afbeelding hieronder is te zien dat het matteringsmiddel transparant wordt bij verhitting, maar het matte effect redelijk goed behouden blijft (de coating zonder matteringsmiddel had een reflectie van 0,65%).

We gebruikten scanning-elektronenmicroscopie om te onderzoeken wat er gebeurt aan het oppervlak wanneer het matteringsmiddel boven zijn smeltpunt wordt verhit.

Zoals te zien is op de beelden, komt PHA vaak voor in grote agglomeraten – clusters van kleine PHA-deeltjes. Deze zien er wit uit zolang ze niet versmolten zijn. Na warmtebehandeling zijn er geen individuele PHA-deeltjes meer zichtbaar en zien de aggregaten er transparant uit.

Er bestaan veel soorten PHA. We hebben vastgesteld dat niet alle commerciële PHA-poeders even efficiënt zijn. Wat een bepaalde PHA-kwaliteit waardevol maakt als matteringsmiddel, hangt af van hoe goed deze dispergeert in coatingpasta’s, van de deeltjesgrootte en van het gedrag in coatings.

Over het algemeen kan PHA gebruikt worden als een hoog performante matteringsmiddel in verschillende types coatingsystemen. Er moet aandacht besteed worden aan de juiste PHA-kwaliteit om de beste prestaties te verkrijgen. Extra meerwaarde wordt verkregen doordat PHA zorgt voor uitstekend kleurbehoud bij warmtebehandeling.

Foto: Uitstekend presterende PHA voor mattering, in de foto zien we de structuren van het matteringsmiddel dat licht verstrooit.