Harscoatings op waterbasis dienen als milieuvriendelijker alternatief om kartonnen verpakkingen waterdicht te maken.  

Watergedragen coating

Beeld: Bakker, S., et al (2022) Macromol. Mater. Eng. https://doi.org/10.1002/mame.202100829

A) Chemische componenten van de emulsie-polymerisatiereactie om de polymeerdispersies te vormen. B) Voorbereiding van de coating door de dispersie met een staaf op karton te coaten en C) foto van een coating aangebracht op karton.

De barrièrelaag in melkpakken fungeert als grens tussen de vloeistof en het karton. Deze laag is nu een folie van polyetheen. Het scheiden van polyetheen en papier is moeilijk en daarom zijn deze verpakkingen lastig te recyclen. Coatings op waterbasis zijn een milieuvriendelijker alternatief, als je ze tenminste waterafstotend kunt maken.  

De waterafstotende eigenschappen van zo’n coating hangen af van diens chemische eigenschappen en het filmformatieproces. Sterre Bakker en collega’s van de Technische Universiteit Eindhoven onderzochten de relatie tussen de eigenschappen van een harscoating op waterbasis en hoe goed hij fungeert als waterafstotende barrière. Op waterbasis betekent in dit geval dat de coating wordt aangebracht door de benodigde stoffen op te lossen in water, deze laag aan te brengen en het water vervolgens te verdampen.  

De coatings bereidden ze uit stabiele polymeerdispersies in water middels emulsiepolymerisatie. Ze brachten de waterige oplossing aan op het substraat en verdampten het water, waarna de polymeerdeeltjes een niet-wateroplosbare film vormden. De uitdaging voor een coating met goede waterafstotende-eigenschappen is de overgang van in water gedispergeerde polymeerdeeltjes naar een defectvrije polymeercoating die water afstoot. 

Bakker ontdekte dat de waterafstotende eigenschappen van de coating vooral afhankelijk zijn van de carboxylaatconcentratie die in de film achterblijft, die weer afhankelijk is van het vochtgehalte in de omgeving. Hoge temperaturen verbeterden deeltjesdeformatie en de polymeerstroming tijdens het vormen van de coating, maar hadden geen invloed op de prestaties van de waterbarrière. Ze publiceerden de resultaten in Macromolecular Materials and Engineering.

Drogen coating op waterbasis

Beeld: Bakker, S., et al (2022) Macromol. Mater. Eng. https://doi.org/10.1002/mame.202100829

A) Schematische weergave van het drogen van de coating. De droging bij kamertemperatuur volgden de onderzoekers met FTIR. B) De verdamping van water is zichtbaar in de afname van de OH-strekpieken en C) de verdamping van ammoniak in de afname van de COO–piek en de toename van de COOH-piek. D) Ontbinding van het ammoniakzout van de coating bij verschillende temperaturen, gecontroleerd met FTIR (grijs gedeelte). E) Schematische weergave van het evenwicht tussen carbonzuur en carboxylaat in de coating.