• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik03. 10. 2023 | Heidi Thode

Coatings uden opløsningsmidler via cykliske silikoner

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik03. 10. 2023 By Heidi Thode

En ny type af strækbare materialer, bestående udelukkende af cykliske polymerer, er første skridt på vejen mod coatings uden opløsningsmidler.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2023 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

Af Nikoline S. Frederiksen og Anne L. Skov, Dansk Polymer Center, Kemiteknik, DTU

Konstruktioner, såsom vindmøller og skibe, dækkes af coatings for at beskytte dem mod vind og vejr og derved forlænge levetiden. For at gøre disse industrielle coatingformuleringer spraybare og dermed nemmere at påføre tilsættes flygtige organiske opløsningsmidler (også kaldet volatile organic solvents, VOC). Når coatingen tørrer og de organiske opløsningsmidler fordamper, ender disse, ofte skadelige, stoffer i miljøet. Alene fra skibscoatings ender mere end 350.000 tons opløsningsmidler årligt i naturen [1,2]. Målet med dette projekt er at fremstille en ny type af industrielt relevant silikonebaseret coating, der indeholder færre eller slet ingen opløsningsmidler, så disse ikke ender i naturen. Denne nye silikonebaserede coating skal bestå af cykliske silikonepolymerer. Herfra omtales silikonepolymerer, silikone.
I dette projekt er der blevet udarbejdet en metode til at fremstille polymernetværk (elastomerer) udelukkende bestående af cykliske silikoner ved en simpel reaktion. Elastomerer fyldes ofte med uorganiske fyldstoffer, såsom silikapartikler, og finder stor anvendelse i coatings. Egenskaberne for denne nye type materiale er blevet kortlagt, og det er vist, at de har en meget høj strækbarhed sammenlignet med klassiske silikoneelastomerer.

Cykliske polymerer
Cykliske polymerer fremkommer fra klassiske lineære polymerer, der har foretaget en intramolekylær reaktion mellem dens to endegrupper og formet en ringstruktur. De har dermed ingen kædeender, hvilket giver dramatiske ændringer i flydeegenskaberne. Der har de sidste årtier været spekuleret i, hvordan cykliske polymerer inkorporeret i et netværk påvirker et netværks egenskaber sammenlignet med et netværk af lineære polymerer, men da cykliske polymerer indtil videre primært kun har kunnet produceres i meget lille skala, har eksperimentel forskning på området været meget begrænset [3,4].

Netværk af silikone
Silikone er flydende og kan kemisk krydsbindes for at opnå en netværksstruktur og dermed blive til et fast, elastisk materiale, nemlig en elastomer. Figur 1 viser en af de mest brugte reaktioner for at krydsbinde silikoner: en platinkatalyseret reaktion mellem en silikone, som indeholder mere end to funktionelle hydridgrupper, og en silikone med to funktionelle vinylgrupper [5,6].
Det mest interessante ved cykliske polymerer i forhold til anvendelsesmuligheder, er, hvilke typer af netværk de kan indgå i. Først og fremmest er der muligheden for at lave et netværk udelukkende bestående af cykliske polymerer, hor de er bundet sammen af de fysiske begrænsninger, der opstår, når ringe er sammenkædede, et såkaldt ”olympiske ringe”-netværk. Derudover kan man have et netværk blandet af lineære og cykliske polymerer, hvor de lineære polymerer tråder de cykliske polymerer.
I forhold til projektet om at fremstille en coating uden opløsningsmidler er ideen at blande små lavviskøse cykliske silikoner med lange lineære silikoner med en høj viskositet. De små cykliske silikoner vil derved fungere som opløsningsmiddel og sænke viskositeten af blandingen og gøre den spraybar. Når de lineære silikoner tråder de cykliske silikoner, vil interaktionerne mellem de to typer polymerer få viskositeten til at stige igen. Ved at blande lineære og cykliske polymerer med fyldstoffer i det rigtige forhold er det muligt at opnå et system, der er tiksotropisk (thixotropic), altså et system der er flydende, når de udsættes for en kraft, men opfører sig som et fast stof, når det ikke udsættes for en kraft.

Netværk af cykliske silikoner
Som allerede nævnt, kræver det en silikone med to vinylgrupper og en silikone med mere end to hydridgrupper for at krydsbinde til en fast silikoneelastomer. Ved at krydsbinde en silikone med to hydridgrupper med en silikone med to vinylgrupper burde man derfor ende med én lang viskøs silikone. Men da vi krydsbandt to silikonekæder med endegrupper af henholdsvis to vinyler og to hydrider, opnåede vi i stedet for en elastomer. En forklaring på dette fænomen kunne være, at der i stedet for lange polymerkæder bliver dannet polymerringe, som vist i figur 2. Det givne materiale er på den måde bundet sammen af fysiske overlapninger, der ikke kan vikles ud, som i et netværk af olympiske ringe, se figur 3.

Egenskaber for et netværk af cykliske silikonepolymerer
Efter at have fremstillet materialer udelukkende af cykliske silikoner, er egenskaberne blevet karakteriseret og kortlagt. En af de egenskaber, der viste sig at være særdeles interessant, er de cykliske netværks strækbarhed. Som det ses i figur 4, så kan netværkene, som består af cykliske silikoner, strækkes mange gange mere end et lineært silikonenetværk, og det er muligt at fremstille netværk af cykliske silikoner, der kan strækkes mere end 2.000 procent. Det betyder, at en prøve på 1 cm kan strækkes til mere end 21 cm.
En forklaring på, at ringnetværkene er så meget mere strækbare end de klassiske kemisk krydsbundne netværk, er, at der ikke er nogen faste kemiske krydsbindinger, men at ringene er låst sammen på grund af deres struktur. Dette medfører en struktur, hvor ringene er mere dynamiske og mobile end deres lineære modparter, hvor kædeenderne er begrænset af at være bundet til krydsbinderen.

Fra ringnetværk til coating
Selvom vi har fundet en simpel metode til at fremstille netværk udelukkende bestående af cykliske silikoner, som tilmed har fantastiske strækegenskaber, forbliver opgaven med at fremstille et coatingsystem med de cykliske silikoner dog en stor udfordring, da formuleringen skal leve op til mange andre krav end blot mekaniske egenskaber. Men når det forhåbentligt lykkes, så kigger vi mod en potential miljømæssig besparelse på 350.000 tons giftige opløsningsmidler om året, hvis alle coatings formuleres ud fra den nye formuleringsstrategi.

E-mail:
Anne L. Skov: al@kt.dtu.dk

Referencer
1. European Coatings, Marine coatings market: Floating towards slight growth, 2021. https://www.european-coatings.com/news/markets-companies/marine-coatings-market-floating-towards-slight-growth/ tilgået 31. juli 2023.
2. Ved antagelse af 400 g opløsningmidler per L coating 890∙106 L ∙ 400 g L-1 = 353.000 ton.
3. P.G. de Gennes. Scaling Concepts in Polymer Physics. Cornell University Press, Ithaca, USA. First edition, 1979.
4. J.A. Semlyen. Cyclic Polymers. Elsevier, London, England. First edition, 1986.
5. B. Marciniec. Hydrosilylation: A Comprehensive Review on Recent Advances. Springer Dordrecht, Netherlands, 2009.
6. P. Mazurek, S. Vudayagiri, A.L. Skov. How to tailor flexible silicone elastomers with mechanical integrity: a tutorial review. Chemical Society Reviews, 48(6):1448–1464, 2019.
7. J.R. Fried. Polymer Science and Technology. Prentice Hall, New York, USA. Third edition, 2014.

FAKTABOKS:
Silikone refererer som regel til polysiloxan, som er en gruppe af polymerer, som har en hovedkæde bestående af skiftevist silicium- og oxygenatomer. Sammenlignet med polymerer med en kulstof-kulstof hovedkæde, er silikonepolymerer mere fleksible og har en højere termisk stabilitet. Derudover er de biokompatible og ikke giftige, er elektrisk isolerende og er vandafvisende. Disse egenskaber giver silikone en bred anvendelse, og de bruges blandt andet i implantater, kontaktlinser, fuger, køkkengrej og smøremidler [7].

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Kemiteknik

Seneste nyt fra redaktionen

Chr. Hansen A/S, osteløbe og teknologispring

Artikler fra Dansk KemiHistorisk kemiTop06. 10. 2025

– en virksomhed, der har en historie med mange facetter. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Kurt Jacobsen, dr.phil. Den 29. januar 2004 fusionerede de to danske virksomheder,

Vil du stå i spidsen for et af Danmarks ældste fagblade – Dansk Kemi søger ny redaktør

Aktuelt02. 10. 2025

Da vores redaktør, Hanne Christine Bertram, stopper, søger vi en redaktør til et af Danmarks ældste fagtidsskrifter, Dansk Kemi. Dansk Kemi bringer aktuel og dybdegående information om kemien og dens udvikling inden for industri, forskning og uddannelse. Bladet er desuden medlemsblad for Kemisk

Fra forskning i nanosikkerhed til mere sikker håndtering af nanomaterialer i arbejdsmiljøet

Arbejdsmiljø/IndeklimaArtikler fra Dansk KemiTop29. 09. 2025

NFA har udgivet en videnskabelig artikel om NFA's samfundsmæssige aftryk på kemiområdet. Den beskriver, hvordan forskning i nanosikkerhed er omsat til mere sikker håndtering af nanomaterialer på arbejdspladser i Danmark. Det skete i tæt dialog mellem forskere, Arbejdstilsynet og arbejdsmarkedets

Sulfitter. Sulfo. Sulfonater og sulfater. Sulfa. Sulfy. Sulfider. Sulfan

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi22. 09. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Hvad er fælles for indholdet af de to flasker på billedet? Der er svovlforbindelser i begge, og i begge giver de pågældende forbindelser lidt

Jubilæumsudgaven af Labdays i Aarhus er kommet godt fra start

BranchenytTop10. 09. 2025

Lige fra morgenstunden stod de første besøgende klar til at komme ind på LabDays messen, der i år afholdes i smilets by, Aarhus. Her kunne de finde oplagte udstillere, der gennem messens to dage står klar til at præsentere deres produkter, der inkluderer alt indenfor laboratorieverdenen. Der ud

Kvantealgoritmer og kemisk forståelse i åbne systemer

AktueltArtikler fra Dansk Kemi03. 09. 2025

Fra myten om den heroiske beregning til realistiske simuleringer af elektronoverførsel i åbne systemer med hukommelse. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Lea K. Northcote1,2 og

Grøn kemi, affald og plast

AktueltArtikler fra Dansk KemiGrøn omstilling26. 08. 2025

Grøn kemi – læren om hvordan kemi udføres bæredygtigt og sikkert – bliver kun vigtigere. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Christine Brænder Almstrup og Mikael Bols, Kemisk

Det gyldne mikrobiom: Tarmbakterier som kilde til det essentielle B-vitamin riboflavin

AktueltArtikler fra Dansk KemiBiokemiBioteknologiMedicinalkemi20. 08. 2025

Riboflavin er et essentielt vitamin, der spiller en nøglerolle for vores sundhed samt for at opretholde et sundt tarmmikrobiom. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Emmelie Joe

Antibiotikaresistens i vores naturlige miljøer

AktueltArtikler fra Dansk KemiBiologi12. 08. 2025

Spredning af antibiotikaresistens kan ske via mineraloverflader. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Karina Krarup Svenninggaard Sand, associate professor, Globe Institute,

Nye metoder giver indsigt i plantebaseret strukturdannelse

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi04. 08. 2025

Et afsluttet ph.d.-projekt fra Institut for Fødevarer ved Aarhus Universitet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Julie Frost Dahl*, Sandra Beyer Gregersen og Milena Corredig,

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • MD Scientific

    Avanceret Dissolution Tester til pålidelig og effektiv analyse

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Efterårets IKA Specials – Rabatter til den kemiske industri

  • DENIOS ApS

    Sådan tjekker du, om dit lithiumbatteri er defekt – og udgør en brandfare

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Mød Busch Vacuum Solutions på DanFish International 2025 i Nordens Paris

  • Holm & Halby

    Seminar i Aarhus: Bliv klog på frysetørring 18. november

  • DENIOS ApS

    I morgen sker det

  • Holm & Halby

    Mød os på Cleanroom EXPO’25

  • DENIOS ApS

    Så er det nu eller aldrig

  • Busch Vakuumteknik A/S

    OTTO Digital Services til systemer

  • DENIOS ApS

    Sådan får du op til 50 % mere lagerkapacitet

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Chr. Hansen A/S, osteløbe og teknologispring

    06.10.2025

  • Vil du stå i spidsen for et af Danmarks ældste fagblade – Dansk Kemi søger ny redaktør

    02.10.2025

  • Fra forskning i nanosikkerhed til mere sikker håndtering af nanomaterialer i arbejdsmiljøet

    29.09.2025

  • Sulfitter. Sulfo. Sulfonater og sulfater. Sulfa. Sulfy. Sulfider. Sulfan

    22.09.2025

  • Jubilæumsudgaven af Labdays i Aarhus er kommet godt fra start

    10.09.2025

  • Kvantealgoritmer og kemisk forståelse i åbne systemer

    03.09.2025

  • Grøn kemi, affald og plast

    26.08.2025

  • Det gyldne mikrobiom: Tarmbakterier som kilde til det essentielle B-vitamin riboflavin

    20.08.2025

  • Antibiotikaresistens i vores naturlige miljøer

    12.08.2025

  • Nye metoder giver indsigt i plantebaseret strukturdannelse

    04.08.2025

  • Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

    23.06.2025

  • Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

    17.06.2025

  • Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

    09.06.2025

  • Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

    02.06.2025

  • Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

    26.05.2025

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik