Om en yta måste skyddas mot korrosion, i 80 procent av alla fall sker detta genom att den beläggs med färg eller lack. När du gör det, andelen biobaserade, miljövänliga lösningar är extremt liten. Forskare vid Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP, i samarbete med Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA, strävar efter att överbrygga detta gap och utvecklar en kostnadseffektiv beläggning baserad på förnybara råvaror. Fokus för forskningen ligger på potatisstärkelse.

Klimatförändring, ändliga resurser, ökande belastningar på miljön gör att allt fler industrier fokuserar på hållbar produktion. Och så är det även vid tillverkning av beläggningar som färger och fernissor. Bara i Tyskland 100, 000 ton beläggningsmaterial för skydd mot korrosion produceras varje år. Dock, förr, färger och lacker med biobaserade bindemedel eller filmbildare har oftast varit för dyra eller inte kunnat uppfylla kraven. Men genom användningen av modifierad stärkelse, forskare vid Fraunhofer IAP har hittat ett sätt som även inom detta område gör hållbara och kostnadseffektiva lösningar möjliga. "Tills nu, traditionella industriella användningsområden för stärkelse har varit pappers-/wellpapp- och limindustrin, säger Christina Gabriel, en vetenskapsman vid Fraunhofer IAP i Potsdam-Golm. "Inom färger och lacker å andra sidan, stärkelse användes vanligtvis bara som tillsats. Med stärkelse som huvudkomponenten i en vattenbaserad dispersion, vi har nu mycket lovande vidhäftningsresultat." I centrum för forskningen är beläggning av metaller för inomhusbruk, till exempel aluminium, som kan användas, t.ex. för branddörrar, datorhöljen eller fönsterramar.

Från potatisstärkelse till filmbildare

Användningen av stärkelse som huvudkomponent i färger och lacker innebar olika utmaningar för Fraunhofer-experterna. "Filmbildare måste fylla flera uppgifter. De måste forma en kontinuerlig film, som fäster bra på substratmaterialet, är kompatibel med ytterligare lager och tillsatser och kan bädda in pigment och fyllmedel också, " förklarar Christina Gabriel. "I sin naturliga form, dock, stärkelse uppvisar flera egenskaper, som står i vägen för dess användning som filmbildare. Till exempel, det är inte lösligt i kallt vatten och det bildas inte heller kontinuerligt, icke-spröda filmer. Vi var därför tvungna att modifiera stärkelsen för att anpassa den till kraven, som trots alla utmaningar, som en förnybar och kostnadseffektiv råvara, stärkelse är av stort intresse för många sektorer."

Lösningen från Potsdam-forskarna innebär ett första nedbrytningssteg av stärkelsen för att förbättra dess löslighet i vatten och det därpå associerade innehållet av fasta ämnen i stärkelsen i vatten, samt dess filmbildande förmåga. Dock, för att producera ett stärkelsebaserat beläggningsmaterial, som är jämförbar med en konventionell beläggning, detta är ännu inte tillräckligt, som även om filmbildaren initialt borde vara löslig eller dispergerbar i vatten, beläggningen får därefter inte längre lösas upp i vatten.

Stärkelsen måste därför modifieras ytterligare. Detta sker genom en kemisk process som kallas förestring. De resulterande stärkelseestrarna är dispergerbara i vatten, bildar kontinuerliga filmer och har mycket goda vidhäftningsegenskaper på glas- och aluminiumytor. I samarbete med Fraunhofer IPA, den förestrade stärkelsen "tvärbinds" genom vilket beläggningens känslighet för vatten reduceras ytterligare.

Stabilitetstesterna för att kontrollera den långsiktiga stabiliteten utförs då även på Fraunhofer IPA. I testerna, de belagda materialen utsätts för snabbt föränderliga temperaturcykler i en tidskomprimerad form för att simulera förändringen från dag till natt och årstidernas förlopp. Dessutom, testobjekten utsätts för elektrolytberikat vatten för att se hur beläggningen reagerar på vatten och hur motståndskraftig den är under extrema förhållanden.

Alternativ till petroleumbaserade filmbildare

I nästa steg, motståndet mot korrosion och vidhäftning av den modifierade stärkelsen på olika metallsubstrat undersöks. Nya "recept" testas också, som är avsedda att optimera beläggningens egenskaper ytterligare. "Förutom det redan testade aluminiumet, två andra viktiga metaller, stål och galvaniserat stål, ska testas", konstaterar Gabriel. "Våra undersökningar visar att med sin goda filmbildning och mycket goda vidhäftningsegenskaper på olika underlag, stärkelseestrar har potential att bli framtida alternativ till petroleumbaserade filmbildare inom beläggningsindustrin."