Det finns en ökande efterfrågan på gröna produkter, men för att de ska vara genuint hållbara, Tillverkarna måste också använda lim och färger som är gjorda av biobaserade råvaror. Avancerat material som utvecklats i Fraunhofers labb visar vägen framåt.

Efterfrågan på ekologiska produkter blomstrar. Fabriksgårdar och åkrar dränkta i kemiska cocktails lockar inte de många konsumenter som föredrar att se frigående djur i grönskande betesmarker, ät obehandlad frukt och grönsaker och bär kläder gjorda av ekologiskt odlade, bekämpningsmedelsfri bomull. Det är inte tillräckligt, dock, bara för att ersätta plast med naturliga material som trä eller kork. För att produkter ska vara genuint hållbara, Tillverkarna ska också använda lim och färger som är gjorda av biobaserade råvaror.

De flesta äldre lim är gjorda av petroleumbaserade värmehärdande epoxihartser. Dessa är syntetiska hartser som håller sin form när de har värmts upp. Monomerer är byggstenarna i epoxihartser. Ett härdare eller härdare gör att de enskilda molekylerna binder, skapa en solid plast som inte smälter. Tillsatser tjänar till att finjustera egenskaperna för att passa den givna applikationen. Till exempel, pigment kan tillsättas för att färga hartset, och andra tillsatser används för flamskydd eller för att göra plasten lättare att bearbeta.

Vegetabiliska oljeepoxider med naturliga tillsatser

Ändå är det också möjligt att tillverka epoxihartser av miljövänliga material. Ett nytt tillvägagångssätt är lovande – vegetabiliska oljeepoxider, en organisk version av konventionella epoxihartser. De kommer från vegetabiliska oljor som innehåller en hög andel omättade fettsyror. Dessa fettsyror är epoxiderade; det är, kopplad till en trevärd förening bestående av två kolatomer och en syreatom. Att kombinera dessa vegetabiliska oljeepoxider med härdare ger anmärkningsvärt motståndskraftig plast. Och med det, hållbara lim, beläggningar och till och med skumplaster ser ut att vara genomförbara alternativ. Men den kemiska sammansättningen av råvaror som utvinns från frön från oljeväxter kan variera mycket. Och den variansen är ett problem för tillverkarna.

Miljövänliga lim med idealiska egenskaper

Forskare vid Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems IMWS siktar på att ta itu med detta problem genom att undersöka egenskaperna hos nyutvecklade biogena hartser. Detta är en genomträngande analys:"Vi undersöker dessa hartser från mikro- till makronivå, säger Andreas Krombholz, gruppledare på IMWS. Det första steget är att fastställa hur variationer i råvarans sammansättning påverkar resinerna. När IMWS-teamet har löst det pusslet, de kan börja förbättra och anpassa hartserna till de givna bearbetningsmetoderna.

Fraunhofer-forskare använder också vegetabiliska oljeepoxider för att utveckla nya lim. Alla formuleringar för dessa lim från Fraunhofer-labb är lösningsmedelsfria. Forskarna gräver djupare för att lära sig vilka fyllmedel och tillsatser som kan användas för att leverera specifika egenskaper. Hög elektrisk ledningsförmåga, till exempel, kommer väl till pass. Om ett limskikt är ledande, den kan värmas upp inifrån och ut genom att lägga på en elektrisk spänning, därigenom snabbt och selektivt härda det. Eller en tillsats som modifierad timjanolja kan förse limmet med antibakteriella egenskaper.

Omvandling från epoxidation till enzymbehandling

Användningen av vegetabiliska oljeepoxider ökar det organiska innehållet i dessa lim till 86 procent, eftersom materialen innehåller en hög andel vegetabilisk olja och härdaren är baserad på organiska ämnen snarare än petroleumderivat. Som jämförelse:att kvalificera sig som ett hållbart material, minst 35 procent av dess ingredienser måste komma från förnybara källor. "Tillsammans med Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB, vi bytte från epoxidation till en ny enzymbaserad process. Det betyder att vi kan bearbeta vegetabiliska oljor utan att använda petrokemikalier. Behandlingen med enzymer sker vid 40 grader Celsius snarare än 100 grader Celsius som tidigare, så vi sparar också energi, ", tillägger Krombholz. Fördelarna slutar inte där. Industriella användare i Europa hade köpt linoljan för vegetabiliska oljeepoxider från Kanada, vilket inte precis är miljövänligt med tanke på avståndet det måste resa. Fraunhofer-forskare anpassade processen för att använda en eterisk olja som härrör från den moldaviska drakhuvudsväxten, odlas ekologiskt i Tyskland, snarare än importerad linolja. Detta minskar koldioxidavtrycket ytterligare. Dessutom, forskarna hittade en miljövänlig ersättning för den tidigare mycket giftiga härdaren.