• 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

Hvad sker der på spildevandsanlægget, når ”det pisser ned”?

Analytisk kemiArtikler fra Dansk KemiTop25. 02. 2026

Hvordan moderne kemiske analysemetoder hjælper os til at forstå dynamikken af mikroforureninger i spildevandet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Kristoffer Kilpinen1, Selina

ISO 13391 og ISO 25078

Artikler fra Dansk KemiGrøn omstilling18. 02. 2026

– beregning af skovens klimaeffekter En ny international ISO-standard for beregning af skovens klimaeffekter giver emnet fornyet aktualitet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af

Ti, Mo, Cs, Pr, Nd – hvad har disse fem til fælles?

Artikler fra Dansk KemiHistorisk kemi18. 02. 2026

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Kemisk Forenings Nomenklaturudvalg (KFNU) i dets nuværende inkarnation daterer sig fra 1940. Udvalgets første større bedrift var i 1952 at nedkomme med

CleanCloud målekampagne i Nordøstgrønland

Artikler fra Dansk KemiKlima og miljø18. 02. 2026

CleanCloud er et EU-finansieret forskningsprojekt, hvor der blandt andet er udført to målekampagner på Villum Research Station (VRS) på Station Nord i Nordgrønland, med det formål at undersøge, hvordan partikler og skyer interagerer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses

Supporting chemical thermodynamics:

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik18. 02. 2026

The role of infrared spectroscopy The use of molecular vibrations to probe structure in hydrogen bonding liquids. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) By Evangelos Drougkas, Georgios

To naturfagslærere fra slutningen af 1800-tallet

Artikler fra Dansk KemiHistorisk kemi18. 02. 2026

Naturvidenskab kom ind i latinskolen – den lærde skole – i midten af 1800-tallet. Hvad var det for lærere, der underviste i naturvidenskab i den lærde skole og realskolen? Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Svampe giver køerne kamp til stregen, når det kommer til produktion af mælkeprotein

Artikler fra Dansk KemiBioteknologi18. 02. 2026

Vores fødevareproduktion er alt for klimabelastende, og én af løsningerne findes i mælkeprotein produceret af svampe med en teknologi, der kaldes præcisionsfermentering. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Konsekvenserne af kunstig iltning af søer

Artikler fra Dansk KemiKlima og miljø18. 02. 2026

- effektvurdering på Danmarks længst iltede søer: Hald Sø og Furesø. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Sofie Kamlarczyk1, Henrik Skovgaard2, Julia Groth1, Theis Kragh1 og Kasper

Strontium understøtter tandemaljens robusthed – men hvordan?

Artikler fra Dansk KemiMedicinalkemi18. 02. 2026

Fluorid styrker tænders emalje ved at erstatte hydroxid i hydroxyapatit og sænke opløseligheden. Strontium styrker også tænders emalje, selv om strontium-analogen til Ca5(OH)(PO4)3 er mere opløselig. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer

Per- og polyfluorerede alkylstoffer (PFAS)

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø18. 02. 2026

– et problem i hele Kongeriget Danmark Seneste års monitering viser, at miljøet og mennesker i Danmark, Færøerne og Grønland kan være kritisk belastet af per- og polyfluorerede alkylstoffer (de såkaldte PFAS). I Danmark har brugen af PFAS – i særligt industrien, landbruget og brandøvelser – været

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





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

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Find det perfekte opsamlingskar på et øjeblik

  • MD Scientific

    PuriFlash oprensningssystem

  • Holm & Halby

    WorkShop: Fryserrobotter

  • DENIOS ApS

    Lithiumbatterier: Sådan sikrer du din virksomhed

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Energiomkostninger reduceret med 50% via et centraliseret vakuumsystem

  • Kem-En-Tec Nordic

    Nyt produkt – Streptavidin

  • DENIOS ApS

    Sådan fejrer vi valentinsdag hos DENIOS

  • Holm & Halby

    Holm & Halby klar med seminarprogram for foråret 2026

  • Holm & Halby

    TÜV-certificering styrker dokumenteret kvalitet hos Holm & Halby

  • Holm & Halby

    Workshop sætter fokus på Green Chemistry i sporstofanalysen

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Hvad sker der på spildevandsanlægget, når ”det pisser ned”?

    25.02.2026

  • ISO 13391 og ISO 25078

    18.02.2026

  • Ti, Mo, Cs, Pr, Nd – hvad har disse fem til fælles?

    18.02.2026

  • CleanCloud målekampagne i Nordøstgrønland

    18.02.2026

  • Supporting chemical thermodynamics:

    18.02.2026

  • To naturfagslærere fra slutningen af 1800-tallet

    18.02.2026

  • Svampe giver køerne kamp til stregen, når det kommer til produktion af mælkeprotein

    18.02.2026

  • Konsekvenserne af kunstig iltning af søer

    18.02.2026

  • Strontium understøtter tandemaljens robusthed – men hvordan?

    18.02.2026

  • Per- og polyfluorerede alkylstoffer (PFAS)

    18.02.2026

  • Grønlandske miner og metaller  

    10.02.2026

  • 2026-udgaven af Torkil Holm Prisen måtte deles af to markante forskningsprofiler

    03.02.2026

  • Italienskfødt, dansk-bosat forsker modtager årslegat for at sætte molekyler på menuen

    27.01.2026

  • To år med enhedspatentet og Enhedspatentdomstolen

    26.01.2026

  • Materialer til konstruktion af små modulære atomreaktorer med smeltet fluorid-salt

    20.01.2026

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