09/01/2017
Door Ad Spijkers
Om succesvol te zijn, moeten coatings in de toekomst efficiënter kunnen worden aangebracht en bovendien in hun profiel van eigenschappen minimaal overeenkomen met die van gevestigde coatings.
Voor veel innovatieve coatingoplossingen is het vaak moeilijk te voldoen aan het voor toegang tot de markt noodzakelijke eisenpakket. In plaats daarvan werkt het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) aan reeds bestaande coatingsystemen waarbij wordt geprobeerd het profiel van eigenschappen doelgericht te verbeteren door de betreffende inwendige grensvlakken af te stemmen op de functie.
Revolutie of verbetering
Het probleem voor veel innovatieve en goede aanzetten op coatinggebied blijkt duidelijk uit vergelijkend patent- en marktonderzoek. Onder de octrooiaanmeldingen bevinden zich briljante aanzetten voor oplossingen, waarvan er echter verrassend weinig de markt halen. De redenen hiervoor liggen meestal in de in de praktijk gebruikte, best veeleisende eisenpakketten. Die maken het voor nieuwe innovatieve producten moeilijk om de markt te betreden, of zorgen in ieder geval voor de nodige vertraging.
In het verleden konden veel uitstekende coatingsystemen op de markt worden gebracht door geschikte combinaties van reeds gebruikte componenten zoals vulstoffen, pigmenten en polymeren met bekende, maar uiteenlopende profielen van eigenschappen. Voor toekomstige coatingsystemen wordt het echter steeds moeilijker om door deze benadering een toegevoegde waarde te vinden.
Om tot innovatie te komen wordt dan vaak de veel risicovoller weg naar een basisontwikkeling bewandeld, die berust op een volledig nieuwe benadering. Daarbij wordt vaak over het hoofd gezien dat in de doelgerichte modificatie van grensvlakken ook bij de reeds gangbare coatingsystemen ook nog een tot nu toe nauwelijks gebruikt potentieel voor innovatieve verbetering ligt. Fraunhofer-IPA past deze minder risicovolle benadering al enkele jaren met succes toe bij onderzoeksprojecten op het gebied van coatings.
Onderzoek aan grensvlakken
Centraal in dit concept is een doelgerichte modificatie van de betreffende grensvlakken. Aan de ene kant bevinden zich de in de coatings aanwezige vulstoffen en pigmenten, aan de andere kant een polymeermatrix met een geringe toevoeging van additieven. Door een doelgerichte anorganische/organische oppervlaktemodificatie van beproefde vulstoffen en pigmenten kunnen extra functionaliteiten in op de markt gangbare bindmiddelen bijzonder efficiënt worden ingebracht.
Dat kan bijvoorbeeld door de extra toepassing van zogeheten laagvormingseffecten, dat wil zeggen een inwendige laagvorming met concentratiegradiënten. Voor een deel wordt hierdoor een nieuw profiel van eigenschappen als toegevoegde waarde gecreëerd, aan de andere kant kan daardoor in de toekomst het conventioneel noodzakelijke aanbrengen van twee lagen worden vervangen door het aanbrengen van één laag.
Deze innovatiestap is weliswaar niet voor alle meerlaags systemen mogelijk of economisch, maar voor veel gebruikelijke system biedt het groot verbeteringspotentieel met goed in te schatten risico's. Dat zulke innovatieve, laagvormende coatingsystemen bij gelijke volumeconcentratie aan pigmenten ook in conventionele mogelijk zijn, wordt aangetoond door vergelijkende opnamen met een laser scanning microscoop en numerieke berekening van pigmentengehalten in lagen aan het oppervlak.
Functionele benadering
De resultaten aan het Fraunhofer IPA geven aan, dat het in de toekomst door functionele benadering van anorganische/organische deeltjes in combinatie met doelgerichte laagvormingseffecten mogelijk zal zijn, nieuwe soorten innovatieve oplossingen op het gebied van coatings te realiseren.
De foto toont rechts de coating met laagvorming van de pigmenten (factor drie lager) en links de uit conventionele pigmenten bestaande referentiecoating (foto: Fraunhofer-IPA)