• 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 KemiKemiteknik01. 02. 2020 | Heidi Thode

Computerbaseret design af organiske coatings

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik01. 02. 2020 | Heidi Thode

Læs originalartiklen her

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2020 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

En metode til at reducere ressourceforbrug i praktisk formulering og til at identificere mere miljøvenlige erstatninger for uønskede råvarer i organiske coatings.

Af Spardha Jhamb1,2, Xiaodong Liang2, Kim Dam-Johansen1 og Georgios M. Kontogeorgis1,2
1 CoaST
2 KT Consortium og CERE, DTU Kemiteknik

“Ansvarligt forbrug og produktion” er et af FN’s17 mål for bæredygtig udvikling [1]. Et af de områder, hvor man kan optimere forbrug af ressourcer samt finde bæredygtige alternativer til ingredienser, er ved design af formulerede produkter. Området er i dag typisk karakteriseret ved en empirisk tilgang til formuleringen, næsten uden brug af teoretiske værktøjer. I dette arbejde forsøger vi ved hjælp af computerbaseret design, dels at reducere antallet af eksperimenter der er krævet for en given udvikling, dels at udvikle værktøjer til at identificere mere miljøvenlige erstatninger for uønskede råvarer i formulerede, organiske coatings.
Organiske coatings anvendes på mange typer overflader, lige fra landbaserede og marine industrielle anlæg, over skibe til offentlig infrastruktur og private hjem. Coatingen kan give materialet, der er coatet, forbedret holdbarhed, nye funktionelle egenskaber og selvfølgelig farve og glans.

Typisk formulering af coatings
En organisk coating består typisk af fire hovedkomponenter: bindemiddel, opløsningsmiddel, pigmenter og additiver [2], figur 1. En polymer fungerer typisk som bindemidlet og tilvejebringer sterisk stabilisering af pigmentpartiklerne, et organisk opløsningsmiddel eller vand fungerer som viskositetsregulerende middel, og additiver kan anvendes til regulering af et utal af egenskaber ved formuleringen. Afhængig af anvendelsesområdet kan partikler anvendes dels som billigt fyldstof, dels til at give coatingen en særlig funktion. Mest kendt er farvepigmenter, men partikelfasen kan for eksempel også bruges til at ændre transportegenskaber i coatingen, til at hindre korrosion af substratet som coatingen beskytter, til kontrolleret frigivelse af aktive stoffer eller til at give coatingen katalytiske egenskaber.
Den typiske formulering af organiske coatings tager i dag udgangspunkt i erfaring, og de fleste nye coatings designes med udgangspunkt i eksisterende formuleringer, der modificeres med nye ingredienser.

Hvordan bruger man computer i formulering af coating?
Et alternativ til ren erfaringsbaseret formulering er at kombinere computerbaserede beregningsmetoder med eksperimenter. Metoden baserer sig på, at kvantitative egenskaber for de enkelte ingredienser defineres og alternative ingredienser screenes baseret på forskellige fysisk-kemiske beregningsmetoder – herunder gruppe-bidragsmetoder.
Det er målet, at antallet af mulige alternative ingredienser reduceres, og det eksperimentelle arbejde hermed reduceres betydeligt.
Conte et. Al [3] har foreslået formuleringsdesign baseret på fire trin:

  1. Først oversættes de kvalitative kravspecifikationer til coatingen til egenskaber, der kan kvantificeres.
  2. Derefter vælges de aktive ingredienser i formuleringen, dvs. pigmenter og bindemidlet.
  3. I trin 3 designes opløsningsmiddelblandingen.
  4. Til sidst vælges additiver.

For at understøtte denne metode anvendes et sæt algoritmer, et omfattende modelbibliotek og databaser, figur 2. Disse er tilgængelige via computerstøttede beregningsprogrammer som ICAS [4] og ProCAPD [5].

Design af opløsningsmidler til coatingformuleringer
Opløsningsmidler tegner sig for op mod en tredjedel af omkostningerne i organiske coatingformuleringer [6] og de er vigtige for coatingens egenskaber – både under påføring og tørring/hærdning [7]. Valg af opløsningsmiddel er således en vigtig del af formuleringen.
Anvendeligheden af den udviklede computerbaserede metode er testet i dette projekt igennem et eksempel, som involverer dispergering af pigmentpartikler. Designkriterier for opløsningsmidlet er anført i tabel 1. Fire opløsningsmiddelblandinger beregnes til at kunne være kandidater til at dispergere “Paliotol Yellow L1820 BASF”-pigmentet, når enten polymethylmethacrylat (PMMA) eller polyethylmethacrylat (PEMA) anvendes som bindemiddel.
Resultatet vises i figur 3 og tabel 2. Opløsningsmiddelkandidaterne er enten en blanding af “alkoholer og alkoxylerede alkoholer” eller “alkoxylerede alkoholer og glykolethere”, tabel 1. Disse klasser af organiske forbindelser bruges i formuleringen af akryllakker til autofinish [8]. Derfor vurderes resultaterne opnået fra den computerbaserede designmetode til at være fyldestgørende til at dispergere det valgte organiske pigment i de to akrylpolymerer.

Konklusion
Den computerbaserede metode gør det muligt for en formuleringskemiker at nå frem til en specifik liste over mulige opløsningsmiddelblandinger. Kemikeren kan derfor indskrænke antallet af kandidater blandt de tilgængelige opløsningsmidler. I praksis er anvendelsen af de computerstøttede design-algoritmer begrænset af tilgængeligheden, pålideligheden og nøjagtigheden af de anvendte fysisk-kemiske modeller til at forudsige egenskaberne. For eksempel er modeller for vand som opløsningsmiddel stadig for usikre til at kunne anvendes til computerbaseret design.

Fremtidsperspektiver
Anvendelsesområdet for computerbaseret formulering udvides konstant igennem udvikling af nye og stadig forbedrede modeller. Når de nødvendige modelparametre for nye komponenter er estimeret og pålideligheden af modellerne er verificeret, kan de relativt let tilføjes til modelbiblioteket. Der er dog stadig en del arbejde før nøjagtigheden af beregning af komplekse systemer bliver tilstrækkelig. Vi forventer, at fremtiden vil vise en kombination af fundamentale værktøjer baseret på fysisk-kemisk viden suppleret med maskinlæringsalgoritmer, der løbende kan inddrage eksperimentel erfaring.

Referencer
1. United Nations. Sustainable Development Goals (accessed Jul 25, 2019).
2. Turner, G.P.A. Introduction to Paint Chemistry and Principles of Paint Technology; 2011, DOI 10.1007/978-94-009-1209-0.
3. Conte, E.; Gani, R.; Ng, K.M. Design of Formulated Products: A Systematic Methodology. AIChE J. 2011, 57 (9), 2431-2449, DOI 10.1002/aic.12458.
4. Gani, R.; Hytoft, G.; Jaksland, C.; Jensen, A.K. An Integrated Computer Aided System for Integrated Design of Chemical Processes. Comput. Chem. Eng. 1997, 21 (10), 1135-1146, DOI 10.1016/S0098-1354(96)00324-9.
5. Kalakul, S.; Zhang, L.; Fang, Z.; Choudhury, H.A.; Intikhab, S.; Elbashir, N.; Eden, M.R.; Gani, R. Computer Aided Chemical Product Design – ProCAPD and Tailor-Made Blended Products. Comput. Chem. Eng. 2018, 116, 37-55, DOI 10.1016/j.compchemeng.2018.03.029.
6. Wu, D.T. Applications of Computers in Coatings Research and Development. J. Ind. Text. 1987, 17 (1), 22-40, DOI 10.1177/152808378701700104.
7. Wilson, S.K. The Levelling of Paint Films. IMA J. Appl. Math. (Institute Math. Its Appl. 1993, 50 (2), 149-166, DOI 10.1093/imamat/50.2.149.
8. Dow. Product Information Glycol Ethers for Automotive Coatings Applications Automotive OEM.

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Kemiteknik

Seneste nyt fra redaktionen

Udnyttelse af biernes bakterier til udvikling af innovative plantebaserede fødevarer

Artikler fra Dansk KemiBioteknologiTop19. 10. 2026

Forskere undersøger, hvordan mælkesyrebakterier fra honningbier kan bruges til at udvikle næste generation af plantebaserede fødevarer. Ved hjælp af avanceret droplet microfluidics kan tusindvis af bakteriestammer hurtigt screenes for deres evne til at fermentere plantebaserede råvarer og producere

Ny metode kan reparere fejl i gener

AktueltBioteknologiMedicinalkemi19. 10. 2026

Forskere fra Aarhus Universitet har vist, at en ny form for genbehandling kan rette fejl i patienters stamceller. På sigt kan metoden måske bruges til behandling af sjældne, arvelige sygdomme, som påvirker vores immunforsvar. Nogle mennesker bliver født med en fejl i deres genetiske

Nobelprisen i Kemi belønner forskning i molekylernes spejlbilleder

AktueltBranchenytMedicinalkemiOrganisk kemi12. 10. 2026

Nogle molekyler, såsom aminosyrer, findes i to varianter, der er hinandens spejlbilleder. Levende organismer indeholder imidlertid kun det ene af disse spejlbilleder. Hvordan en sådan kemisk asymmetri kunne være opstået, har længe været et mysterium for kemikere. Henri B. Kagan og Kenso Soai blev i

Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

AktueltBiologi12. 10. 2026

Alt er anderledes i rummet – også hvordan tarmene fungerer. Forstoppelse er en kendt bivirkning ved rumfart, men indtil nu har man vidst utroligt lidt om, hvorfor det sker. Nu har forskere fra Københavns Universitet i et samarbejde med NASA undersøgt blod fra astronauter og har et bud på, hvorfor

Grundstoffer med kant

Artikler fra Dansk KemiBranchenyt07. 10. 2026

Thomas Just Sørensen: Universets byggeklodser. 283 sider. Boganmeldelsen er bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Anmeldt af Søren Kiil, professor, DTU Kemiteknik Det periodiske system er kemiens

Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik07. 10. 2026

Ny viden og avanceret testning skal sikre mere holdbare og bæredygtige beskyttelsessystemer til fremtidens infrastruktur. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Ziyou Li, Joshua

Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemi07. 10. 2026

Tekstureret vegetabilsk protein bruges til at fremstille plantebaserede kødanaloger. pH og ionstyrke påvirker proteiners konformation og interaktion med vandmolekyler, så vi satte os for at undersøge, hvordan pH og ionstyrke påvirker rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein. Artiklen har

Hvad skal kalken bruges til?

Artikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026

Fra en brønd på en jysk mark til borekerner i kælderen under Aarhus Universitet: 55 millioner år gammel vulkansk aske kan måske hjælpe med at gøre CO₂ til sten. Samtidig forsøger dansk industri at vende kalkens gamle kulstofkredsløb på hovedet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og

Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner

Artikler fra Dansk KemiOrganisk kemi07. 10. 2026

Ved at udnytte at reaktionen mellem formaldehyd og d-Biotin (et vitamin, og et naturligt forekommende N,N'-dialkylurinstof) er reversibel, kan oligomeriseringsreaktionen guides ved at tilsætte en templat. I dette bidrag forklarer jeg, hvordan dette er blevet udnyttet til at syntetisere makrocykler,

“I dybden med kemi” og “Klædt på til skriftlig kemi”

Artikler fra Dansk KemiBranchenyt07. 10. 2026

I dybden med kemi af Lone Brun Jakobsen og Klædt på til skriftlig kemi af Lone Brun Jakobsen m.fl. Begge udgivelser på Nucleus Forlag ApS, 2026, 1. udgave, 1. oplag. Boganmeldelsen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder (læs

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





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

/Nyheder

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Effektiv laboratorieopvask starter med den rigtige løsning

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Vakuum reducerer vedligeholdelsesarbejdet og energiforbruget i osteproduktion

  • Holm & Halby

    Autoklave Kørekort i Aarhus – sikker sterilisering i praksis

  • Holm & Halby

    Holm & Halby på Cleanroom EXPO 2026

  • Holm & Halby

    Frysetørringsseminar – få styr på teorien bag den gode proces

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Besøg Busch Vakuumteknik på FoodTech 2026

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Mikrolab – Frisenette overtager aktiviteterne i MD Scientific

  • DENIOS ApS

    Vil du opvarme dine materialer effektivt?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Reduktion af energiomkostninger og forlængelse af vakuumpumpens levetid i fødevarepakning

  • Holm & Halby

    VidensDag’26 hos Holm & Halby

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Udnyttelse af biernes bakterier til udvikling af innovative plantebaserede fødevarer

    19.10.2026

  • Ny metode kan reparere fejl i gener

    19.10.2026

  • Nobelprisen i Kemi belønner forskning i molekylernes spejlbilleder

    12.10.2026

  • Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

    12.10.2026

  • Grundstoffer med kant

    07.10.2026

  • Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

    07.10.2026

  • Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

    07.10.2026

  • Hvad skal kalken bruges til?

    07.10.2026

  • Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner

    07.10.2026

  • “I dybden med kemi” og “Klædt på til skriftlig kemi”

    07.10.2026

  • Fra sjældne ædelmetaller til jern og mangan: Jagten på bæredygtige fotoaktive materialer

    07.10.2026

  • Fra kvantekemi til AI: Nye værktøjer til overfladekemi

    07.10.2026

  • Fra elastik til batteri

    07.10.2026

  • Ny erfaren institutdirektør på DTU Kemi

    06.10.2026

  • 30 års overvågning viser, at antibiotikaresistens kan presses tilbage

    05.10.2026

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}