“Poedercoating is hot”, zegt de Italiaanse promovenda Daniela Senatore. Er zijn veel voordelen. De beschermlaag is dikker en harder dan bij gewone lakken. Er ontstaan geen vegen of strepen en wat naast het voorwerp gespoten wordt, kan worden opgevangen en hergebruikt. Grootste actuele voordeel is de milieuvriendelijkheid.

Vanwege al die pluspunten wordt het in de industrie toegepast bij het coaten van witgoed, kantoorkasten en andere metalen onderdelen die een oven van meer dan 180 graden Celsius kunnen doorstaan. En daar zit de kern van Senatores onderzoek. “Ik wilde weten of er een poeder is te maken dat bij lagere temperaturen reageert tot de gewenste coating maar dat tijdens de opslag en tijdens het produceren niet klontert. Naast de energiebesparing levert dit een ander groot voordeel; zo wordt het toepasbaar op hout, MDF, plastics en zelfs op papier.”

Een coatingpoeder bestaat uit een mix van polymeer, harder en additieven waaronder de pigmenten. “Die mix ontstaat in een extruder, een soort pastamachine waarin ingrediënten worden vermengd en als slierten naar buiten komen”, legt Senatore uit. “Daarna wordt de mix in een molen tot poeder vermalen. Dit poeder wordt op elektrostatische wijze met een spraygun op de producten aangebracht, waarna de verharding in een oven gebeurt.”

Crosslinker
“Wij gebruiken in het poeder thermoset polymeer omdat dat niet hersmelt bij hoge temperaturen. Een netwerk tussen die polymeren wordt gecreëerd door een zogenoemde crosslinker. Voor de coatingindustrie was de keuze in crosslinkers beperkt tot bepaalde milieuonvriendelijke chemicaliën. Het was onmogelijk of zeer moeilijk om -voor het milieu minder schadelijke- vloeibare crosslinkers te gebruiken.”

Senatore heeft een procedure gevonden om vloeibare crosslinkers te omkapselen en gecontroleerd vrij te geven. “Onze crosslinker is ELO. Dat is een stof die verkregen is uit lijnzaadolie. Omdat ELO vloeibaar is kon ze niet eerder gebruikt worden bij poedercoating. De truc was nu een omkapsel te vinden dat bij temperaturen onder de 140 graden Celsius deze crosslinker vrijlaat zodat die haar werk kan doen en de coating kan laten harden. En die de crosslinker tot 120 graden vasthoudt, zodat het poeder goed houdbaar blijft en niet klontert tijdens opslag en productie. We gebruikten PVP (polyvinylpyrrolidonen)om de ELO deeltjes te omkapselen. Door experimenteel onderzoek kwamen we op een mengsel van PVP en ELO dat stabiel is en gecontroleerd reactie kan geven.”

Testen leerden dat de verhouding ELO/PVP cruciaal is. Onder een elektronenmicroscoop is te zien dat deeltjes hol en incompleet worden bij een te groot percentage crosslinker en te weinig PVP.

Bij de juiste verhouding krijg je mooie gladde deeltjes van ongeveer 15 microns die druppeltjes crosslinker van minder dan 1 µm diameter omkapselen.

COSI Award
Voor bedrijven is poedercoating met een ingekapselde vloeibare crosslinker aantrekkelijk omdat het ze de mogelijkheid biedt zonder schadelijke stoffen, snel, gemakkelijk en goedkoop hun producten van een harde en mooie beschermlaag te voorzien. Het idee leverde in februari 2007 een patent op. In hetzelfde jaar werd de creativiteit beloond met een COSI Award op de internationale conferentie over coatingwetenschap in Noordwijk. COSI is een bond die focust op wetenschappelijke achtergronden van de nieuwste technologische ontwikkelingen die relevant zijn voor de coatingindustrie. TU/e is deelnemer, net als onder meer KNAW, AKZO NOBEL, en Dutch Polymer Institute.

Senatores promotieonderzoek was een modelstudie. De resultaten zijn technologisch interessant maar ze worden nog niet commercieel toegepast. “Ik denk dat de coatingindustrie niet graag met onze crosslinker ELO werkt, ook al is ze niet-toxisch en goedkoop. De uiteindelijke coating die ontstaat met gebruik van ELO is namelijk niet perfect en daardoor minder geschikt voor de behoefte van de consument.” Senatore maakt zich er niet druk om: “In ieder geval, aangetoond is dat het idee van omkapselen werkt. Het kreeg niet voor niets een patent. Dat geeft aan dat industriële toepassing aan ons voorbehouden is en er geen anderen mee mogen werken.”

Zelf zal ze zich hier niet meer mee bezig houden. Sterker, sinds maart werkt ze bij DSM NeoResins+ in Waalwijk aan een nieuw onderzoek naar poedercoating met een totaal ander uitgangspunt; coatings op waterbasis. NeoResins+ is een snel groeiende tak van DSM waar watergedragen emulsies worden ontwikkeld. “Waterborne coating vormt een alternatief voor minder milieuvriendelijke harsen op basis van vluchtige organische stoffen”, noemt Senatore als het grootste voordeel.

Passie
Voor ze op de TU/e bij de capaciteitsgroep Materiaal en grensvlakchemie aan haar promotie begon, werkte ze vier jaar bij de researchafdeling van bandenfabrikant Pirelli in Milaan. Daarvoor studeerde ze polymeerchemie in Salerno. In 1999 studeerde ze daar af op het maken van bepaalde polymeren, namelijk styreenethyleen, via een bepaald proces, te weten de Ziegler-Natta katalyse.

Eind 2003 kwam ze naar de TU/e . Ze ervoer de overgang van het Italiaanse naar het Nederlandse werk- en studieklimaat als een grote verandering. “Ik moest wennen aan de enorme mate van onafhankelijkheid. Eigenlijk miste ik in de eerste twee jaar van mijn onderzoek krachtige support en vooral passie tijdens de dagelijkse coaching, zoals dat gebruikelijk is in Italië.” Maar uiteindelijk is het allemaal goed gekomen; ze vond haar weg en ontdekte hoe leuk het is om te werken in een multiculturele onderzoeksgroep./.

Op 21 april verdedigt Daniela Senatore haar proefschrift ‘Microencapsulation for controlled release of liquid crosslinker; towards low temperature curing powder coatings’.