ONTWIKKELING LAGE DICHTHEID, FTALAAT-VRIJE COATING OP BASIS VAN ACRYLAAT BINDERS

Glen Meir
Gefoamde pastisolen als efficiënte en duurzame underbody coating voor auto’s?1.    InleidingBrandstofverbruik, CO2-uitstoot, duurzaamheid, hybride, ... Deze termen worden de dag van vandaag steeds belangrijker bij het selecteren van een auto. Niet alleen op economisch vlak, maar ook op ecologisch vlak zijn deze kernwoorden belangrijk.2.    Massabesparing voor brandstofbesparingHet is al langer geweten dat lichtere auto’s minder brandstof verbruiken, daarom proberen de producenten om op alle onderdelen van de auto enkele percentjes te besparen.

ONTWIKKELING LAGE DICHTHEID, FTALAAT-VRIJE COATING OP BASIS VAN ACRYLAAT BINDERS

Gefoamde pastisolen als efficiënte en duurzame underbody coating voor auto’s?

1.    Inleiding

Brandstofverbruik, CO2-uitstoot, duurzaamheid, hybride, ... Deze termen worden de dag van vandaag steeds belangrijker bij het selecteren van een auto. Niet alleen op economisch vlak, maar ook op ecologisch vlak zijn deze kernwoorden belangrijk.

2.    Massabesparing voor brandstofbesparing

Het is al langer geweten dat lichtere auto’s minder brandstof verbruiken, daarom proberen de producenten om op alle onderdelen van de auto enkele percentjes te besparen. Dit gebeurt door nieuwe materialen te gebruiken of door de gebruikte materialen lichter te maken (bijvoorbeeld door gaten aan te brengen).

Deze scriptie richt zich op één van de onderdelen waar massa kan bespaard worden; de underbody coating of in mensentaal: een coating die aangebracht wordt aan de onderzijde van een auto om de carrosserie te beschermen. Voor deze functie komen verschillende producten in aanmerking. Meestal wordt een PVC-plastisol gebruikt, maar een polyurethaan schuim (ook gebruikt in muurisolatie) of een harde plastic cover is een optie.

3.    Plastisol

De term ’plastisol’ laat bij de meeste niet meteen een belletje rinkelen, vandaar de korte uitleg. Een plastisol is als het ware een ’oplossing’ van zeer fijne polymeerdeeltjes in een weekmaker. Het is vergelijkbaar met ’vloeibare plastic’ die uithardt wanneer dit verwarmd wordt. Plastisolen worden aangebracht door middel van een spuitpistool.

In dit onderzoek wordt het plastisol verschuimd (om minder materiaal te hoeven aanbrengen op de auto). Dit verschuimen wordt gedaan met behulp van blaasmiddelen, cru gezegd zijn dit vaste stoffen die gassen produceren wanneer ze worden opgewarmd. Dit verschuimen is efficiënter bij acrylaat plastisolen, dit zijn plastisolen op basis van polymethylacrylaat (PMMA), t.o.v. PVC plastisolen. Om deze reden wordt ook gewerkt met acryl plastisolen. Een tweede reden is dat acrylplastisolen beter zijn voor het milieu, PVC plastisolen creëren namelijk chloorgas bij de recyclage/verbranding.

4.    Onderzoek

Het ontwikkelen van een goed verschuimbaar acryl plastisol verloopt niet in één stap, daarom wordt dit opgedeeld in drie stappen. Als eerste wordt het optimale blaasmiddel geselecteerd om het verschuimen zo efficiënt mogelijk te maken. Vervolgens wordt een geschikte weekmaker geselecteerd om het geheel duurzaam en milieuvriendelijker te maken en de laatste stap bestaat uit de fine-tuning van de diverse componenten om de geschikte eigenschappen te verkrijgen.

Selectie blaasmiddel

Het blaasmiddel dient gekozen te worden op basis van zijn verschuimingsvermogen. M.a.w. het blaasmiddel dat zorgt voor het meest ’luchtige’ plastisol zal worden geselecteerd.

Er zijn in dit geval 4 mogelijke types blaasmiddelen die getest werden. Deze zijn microspheres (kleine bolletjes die uitzetten bij verwarmen), azodicarbonamide (een poeder dat gas vormt bij verwarmen), 4,4’-Oxydibenzeensulfonyl hydrazide (OBSH, vergelijkbaar met azodicarbonamide) en NaHCO3 (vergelijkbaar met bakpoeder dat de cake laat rijzen).

Uit een reeks experimenten bleek dat OBSH het efficiëntste blaasmiddel bleek te zijn van de selectie. Hierdoor werd dit product in het uiteindelijke product gebruikt.

Selectie weekmaker

De ’normale’ plastisolen zijn gemaakt op basis van di-isononylftalaat (DINP). Deze stof is als het ware het solvent waarin het polymeer is ’opgelost’. Maar DINP op zich is ook niet meteen milieuvriendelijk. Daarom werd getracht deze stof te vervangen door een biologische weekmaker. Die is gemaakt uit het afval van de suikerindustrie, dit is dus als het ware een win-win situatie. Deze biologische weekmaker zorgt niet alleen voor een ’groen’ karakter van het plastisol, maar heeft ook positieve invloeden op enkele karakteristieken van het plastisol.

Fine-tuning

Naast de hoofdbestanddelen die daarnet aan bod kwamen bevat het plastisol nog enkele additieven. Om eigenschappen zoals treksterkte, e-modulus, migratie van de weekmaker naar het oppervlak van het plastisol (zorgt voor een slechte hechting), viscositeit ... te manipuleren worden deze additieven in de juiste hoeveelheden gemengd.

Mechanische eigenschappen

Op vlak van mechanische eigenschappen blijkt het ontwikkeld plastisol op sommige vlakken beter te zijn dat de standaard plastisolen op de markt. Zo is er een lagere temperatuur nodig om de uitharding te starten. Ook blijkt de migratie van de weekmaker afwezig te zijn in het ontwikkeld plastisol. Dit houdt in dat het uitgehard plastisol geen ’vettige film’ bevat na enkele dagen terwijl de referentie producten dit wel hebben. Op vlak van sterkte zijn de resultaten quasi dezelfde als het commercieel product.

Er werden ook tan delta metingen uitgevoerd. Tan delta is een maat voor de dempingseigenschappen van het staal. Bij een hogere waarde zal het staal meer trillingen absorberen. Dit kan vergeleken worden met een balletje dat op de grond valt. Als dit balletje meer dempend materiaal bevat zal dit minder hoog opbotsen en dus een hogere tan delta waarde bevatten. Er werd gemeten dat de dempingswaarden voor het ontwikkeld plastisol veel gunstiger gelegen waren dan alle opgenomen referenties in het onderzoek. Dit houdt in dat het kleine trillingen in het chassis van de auto kan compenseren.

Een laatste test, maar wellicht de belangrijkste is de ’brass nuts’ test. Het plastisol komt onderaan de auto te hangen en dient om de impact van kleine steentjes (afkomstig van het wegdek) op te vangen. Hierbij is het dus belangrijk dat het plastisol zeer slijtvast is. Om dit te testen werden ’gestandaardiseerde’ bouten (vergelijk het met kleine steentjes) op het plastisol losgelaten vanaf een hoogte van 2 meter. Hierbij is het dus hoe meer van deze bouten het product kan opvangen zonder volledig door te slijten, hoe beter het is. Er bleek dat een verschuimd plastisol iets minder slijtvast is dan een niet-verschuimd, maar de gemeten waarde nog steeds binnen specificaties viel om gebruikt te kunnen worden in commerciële producten.

5.    Toekomstperspectief

Mogelijk zal het ontwikkeld product in de toekomst na lichte aanpassingen in omloop komen. Dit zal een ’vergroening’ betekenen van de auto-industrie. Niet alleen is er hierdoor minder product nodig om het chassis te bedekken, maar er worden ook ’groene’ materialen gebruikt om dit te verwezenlijken. Dit verhaal krijgt zeker nog een staartje.

3

 

Bibliografie

7 REFERENTIES

[1] M. Tomalino and G. Bianchini, “Heat-expandable microspheres for car protection production,” Prog. Org. Coat., vol. 32, no. 1, pp. 17–24, 1997.[2] G. Fettis, Automotive Paints and Coatings. John Wiley & Sons, 2008.[3] L. L. via R. M. H. S. Out, “Plastisol, what is it?,” ArticlesBase.com. [Online]. Available: http://www.articlesbase.com/shopping-articles/plastisol-what-is-it-6807…. [Accessed: 27-Aug-2014].[4] Kaneka, “Technical Information Kane AceTM Acrylic Binders for Plastisol.” .[5] A. Giessmann, Coating Substrates and Textiles: A Practical Guide to Coating and Laminating Technologies. Springer Science & Business Media, 2012.[6] D. Satas and A. A. Tracton, Coatings Technology Handbook, Second Edition. CRC Press, 2000.[7] J. M. Chalmers and R. J. Meier, Molecular Characterization and Analysis of Polymers. Elsevier, 2008.[8] “ICSC:NDUT0831 International Chemical Safety Cards (WHO/IPCS/ILO) | CDC/NIOSH,” 28-Oct-2011. [Online]. Available: http://web.archive.org/web/20111028002718/http://www.cdc.gov/niosh/ipcs…. [Accessed: 21-Aug-2014].[9] Blowing Agents and Foaming Processes. iSmithers Rapra Publishing, 2004.[10] AkzoNobel, “Expancel DU.” [Online]. Available: https://www.akzonobel.com/expancel/products/expancel_du/index.aspx.[11] “AZO Presentation.pdf.” .[12] “Genitron OB.” .[13] “General Chemistry Online: FAQ: Introduction to inorganic chemistry: What happens when sodium bicarbonate is heated?” [Online]. Available: http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/inorganic/faq/carbonate-de…. [Accessed: 23-Sep-2014].[14] W. V. Titow, PVC Technology. Springer Science & Business Media, 1984.[15] M. Biron, Thermoplastics and Thermoplastic Composites. William Andrew, 2013.[16] S. Patrick, Practical Guide to Polyvinyl Chloride. iSmithers Rapra Publishing, 2005.[17] Evonik, “AEROSIL® fumed silica.” [Online]. Available: https://www.aerosil.com/lpa-productfinder/page/productsbytext/detail.ht…. [Accessed: 23-Sep-2014].[18] Exxonmobil, “ExxsolTM dearomatized hydrocarbon fluids.” [Online]. Available: http://www.exxonmobilchemical.com/Chem-English/brands/hydrocarbon-oxyge…. [Accessed: 23-Sep-2014].[19] U. Poth, Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices. Vincentz Network GmbH & Co KG, 2008.[20] L. H. Sperling, “SOUND AND VIBRATION DAMPING WITH POLYMERS.” American Chemical Society, 1990.[21] “Thermoset Characterization Part 14: Introduction to Dynamic Mechanical Analysis (DMA),” Polymer Innovation Blog. [Online]. Available: http://polymerinnovationblog.com/thermoset-characterization-part-14-int…. [Accessed: 13-May-2015].

Universiteit of Hogeschool
Industrieel Ingenieur Chemie
Publicatiejaar
2015
Kernwoorden
@GlenMeir