År 2012 lanserades på marknaden en bandlack med förnyelsebara komponenter som ersätter fossilt baserade komponenter. Efter många års forskning och utveckling introducerade SSAB ett biobaserat lösningsmedel och nu finns fortsatta forskningsresultat från kompetenscentret EcoBuild som visar att mer förnyelsebara kemiska komponenter kan bli introducerade i bandlacker de närmsta åren. Det förnyelsebara (”gröna”) kolinnehållet i färgen som idag är ca 10% kan komma att höjas till mer än 50% med vidare forskning och utveckling. Läs hela artikeln här som pdf.
Text: Per-Erik Sundell och Bror Sundqvist
Bandlackerad plåt med framtida högt innehåll av biobaserade komponenter
BioCoilCoat, ett forskningsprojekt finansierat av VINNOVA och kompetenscentret EcoBuild, avslutades i januari 2015 och arbetet med att introducera biobaserade bindemedel för bandlacker resulterade iatt det s.k. gröna kolinnehållet kunde ökas till ca 35% genom att använda sig av FDCA (furandikarboxylsyra), en förnyelsebar kemisk komponent som härrör från kolhydrater. Om man inkluderar än fler gröna komponenter i fortsatta forsknings- och utvecklingsarbeten kan rimligtvis det gröna kolinnehållet ökas till mer än 50%. I en pilottillverkning av en grundfärg under projektets gång producerades en färg som klarade alla initiala tester för bandlackerad plåt, utom tester av tåligheten mot UV-ljus. Färgen fungerar därför utmärkt som grundning men inte som toppfärg, berättar Per-Erik Sundell, ytbehandlingsansvarig på SSAB. Mycken tid inom BioCoilCoat har ägnats åt att förbättra tåligheten mot UV-ljus, men målsättningen har ännu inte riktigt uppnåtts. Det finns intressanta forskningsresultat, men bilden är inte riktigt klar över hur det hänger ihop säger Bror Sundqvist, som är projektledare på SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut.
Figur 1: Sophiahemmet, Stockholm. Bandlackerad takplåt, GreenCoat®, från SSAB med grön profil.
Bandlackerad plåt med grön profil sedan 2012
GreenCoat® är ett patenterat koncept för organisk ytbeläggning. En betydande del av konventionella lösningsmedel har ersatts av ett förnybart, reaktivt lösningsmedel vilket framställs av naturliga oljor, exempelvis rapsmetylester, RME, säger Per-Erik Sundell, SSAB.
Själva idén till att använda RME i färg uppkom redan 2002 under diskussioner mellan Professor Mats Johansson, KTH, Martin Svensson, Lantmännen och Per-Erik Sundell, SSAB. Tidigare erfarenhet från forskningsprojekt rörande användning av växtoljor i färg och lack i kombination med kunskap om den speciella bandlackeringsprocessen ledde fram till ett koncept där fossilbaserade, organiska lösningsmedel ersätts med metylestrar av fettsyror som ett reaktivt lösningsmedel.
Finessen med en reaktiv spädare som rapsmetylester (RME) är att det fungerar som lösningsmedel under tillverkning, applicering ända tills färgen kommer in i härdningsugnen. Väl där, så byter RME roll från att vara lösningsmedel till att vara en permanent färgkomponent och reagerar kemiskt med polyesterbindemedlet istället för att förångas som ett konventionellt lösningsmedel. På så sätt utgör en del av RME-molekylen en del av det färdiga färgskiktet.
Figur 2: Målad plåt med ”grön” färg från projektet BioCoilCoat (VINNOVA, EcoBuild). Till höger; vit primer (BioCoilCoat) i pilotskala med ca 35% grönt kolinnehåll. Till vänster; Toppfärg, standard, Röd Prelaq Greencoat (SSAB) med ca 10% grönt kolinnehåll ovanpå vit primer (BioCoilCoat). Sammantaget har systemet till vänster ca 20% grönt kolinnehåll.
Efter en inledande studie som bekräftade att idén fungerade lämnades en patentansökan in 2003. Därefter ansöktes om medel från VINNOVA för ett industristött doktorandprojekt på KTH. Katarina Johansson anställdes som doktorand och forskningen bedrevs i nära samarbete med de industriella partnerna vilket ledde till ett kontinuerligt kunskapsutbyte i bägge riktningar. Industripartnerna representerade också hela värdekedjan vilket gjorde att en lång rad aspekter beaktades. Lantmännen som råvaruleverantör, Akzo Nobel som bindemedels- och färgtillverkare samt SSAB som slutanvändare, bildade på detta sätt en stark utvecklingskonstellation. Projektet fokuserade på användning av naturliga råvaror från svensk jordbruks- och skogsindustri.
Från början behövdes full förståelse för kemin och sedan tillämpades den kunskapen för att göra en färgformulering som fungerade i en industriellt storskalig process som bandlackering.
SSAB lämnar dessutom garantier för glans- och kulörförändring på upp till 25 år, vilket innebär att utomhusexponeringar i krävande miljöer erfordras innan en ny produkt kan introduceras på marknaden. Som regel krävs en exponering av provpaneler i fem år på Bohus Malmön samt tre år i Florida innan en ny färgbeläggning utvärderas och förhoppningsvis uppfylla de höga krav som ställs på exempelvis takplåt. Vidare så måste produkten utvärderas i verklig hantering, allt från lackering, transport, klippning, formning och slutlig montering på tak. Det första taket som lades med GreenCoat® var på Sophiahemmet, 2007, följt av ett antal andra provobjekt under de kommande åren innan färgsystemet marknadsintroducerades på Nordbygg 2012. Det tog således tio år från ursprunglig idé till kommersiell lansering.
Idag medför konceptet en rad fördelar i hela kedjan från färgtillverkare till slutlig användning av den bandlackerade produkten. Först och främst mildras belastningen på miljön eftersom den reaktiva spädaren framställs ur förnybara råvaror samt att transport och hantering av fossila lösningsmedel minskas. Ur arbetsmiljösynpunkt innebär användning av RME en minskning av irriterande och illaluktande lösningsmedel. Alkylestrar av växtoljor är också effektiva lösningsmedel vilket ibland medför att en mindre mängd RME räcker för att erhålla rätt viskositet. Dessutom så förbättras reptåligheten samt förmågan att motstå väder och vind eftersom det är möjligt att använda andra, bättre typer av polyesterbindemedel, vilka normalt inte kan användas för bandlackering.
Gröna bindemedel i bandlack
Framgången med det reaktiva lösningsmedlet RME i bandlacker ledde snart till vidare idéer om att ytterligare öka det biobaserade innehållet i den i övrigt fossilt baserade produkten. Inom ramen för kompetenscentret EcoBuild startades projekt om biobaserade bindemedel 2007 där FDCA var en av de utvalda kemiska komponenterna. FDCA blev identifierat som en bra ersättare för fossilt baserade kemiska komponenter i bindemedel som borde passa bandlacker. Ett av de mest intressanta områdena för biobaserade bindemedel i form av polyestrar ansågs vara bandlacker med SSAB intressent. Projekten med biopolyestrar för bandlacker blev på så sätt förprojekt till BioCoilCoat fram till 2011. En hel del erfarenhet och kunskap samlades i projekten och var en god grund för gå mot pilottester och vidare utvärdering i BioCoilCoat.
Figur 3: Privat hem, Särö. Bandtäckt tak med GreenCoat® från SSAB.
BioCoilCoat
Forskningsprojektet BioCoilCoat har haft som mål att öka innehållet av biobaserade kemikalier i bandlack. Projektet pågick från december 2012 till januari 2015 och omsatte 1,8MSEK. Parterna utgjordes av Perstorp AB, AkzoNobel Industrial Coatings AB, SSAB, KTH och SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut. Projektet var en fortsättning på ett tidigare liknande EcoBuild-projekt med nästan samma parter och inriktning. Tidigare fanns också ett EcoBuild-projekt för bindemedelstypen alkyder för färg på trä. Även detta var baserat på FDCA som kemisk komponent och resulterade i lovande prototypfärger för trä. En av grundidéerna var att visa att svensk biomassa från skog och jordbruk som innehåller kolhydrater kan utgöra en bas istället för olja. BioCoilCoat-projektet har också bestått av en tydlig värdekedja från kemikalieleverantör till sluttillverkare av lackerad plåt, med hög kompetens och stor erfarenhet hos de inblandade personerna, vilket har varit viktigt för att ta fram prototyper och relevant kunskap.
Nätverk av biobaserade projekt
BioCoilCoat har varit ett delprojekt i det större Furu2Furan – Processer för svensk lignocellulosa till värdefulla furankemikalier under perioden september 2013 till Juli 2015. Furu2Furan var ett större paraplyprojekt finansierat av VINNOVA för att storskaligt utvärdera användningen av svensk biomassa för att tillverka furankemikalier som också är en bas för FDCA. En del av experimenten gjordes i stor skala vid SP Biorefinery Demo Plant i Örnsköldsvik och satte in BioCoilCoat i ett större sammanhang. Många av de parter som var med i BioCoilCoat och Furu2furan är nu med i Furan2Market en samarbetsplattform för diskussioner, utbyten av erfarenheter och möjliga nya projekt.
Fler biobaserade forskningsprojekt på FDCA
BioCoilCoat har varit ett i flera avseenden lyckat projekt, men mer arbete återstår för att komma vidare. Förhoppningen är att kunna skapa nya projekt med bandlacker och andra färger med denna teknologi. Lyckas satsningen med att produktifiera färger och lacker och öka kompentensen kring dessa. så innebär det en rejäl skjuts mot användningen av förnyelsebara komponenter för ett biobaserat och uthålligt samhälle. Även annan användning av FDCA inom området för plast, kemi och material vore spännande och intressant att forska vidare på.
Läs hela artikeln här som pdf.
Per-Erik Sundell. Principal Specialist, SSAB EMEA AB, Borlänge.
.
Bror Sundqvist. Projektledare och forskare på SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut i Skellefteå, Hållbar Samhällsbyggnad, sektionen för biobaserade material och produkter
BioCoilCoat – ökat innehåll av biobaserade kemikalier i grön bandlack. Ett VINNNOVA projekt i EcoBuild kompetenscenter. December 2012 – Januari 2015. Omsättning 1.7MSEK. Perstorp, AkzoNobel, SSAB, KTH och SP
EcoBuild
Kompetenscenter för eko-effektiva och beständiga biobaserade material och produkter för bygg-, möbel-, textil- och fordonstillämpningar. EcoBuild arbetar i hela värdekedjan, från råvara till slutprodukt. Detta tillsammans med såväl små som stora företag, både nationella och internationella. EcoBuild koordineras av SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut och Swerea IVF. I dagsläget består centret av 23 företag, 10 universitet och högskolor samt 5 forskningsinstitut. Under 2014 omsatte EcoBuild 34MSEK och 108 personer var aktiva inom centrets projekt.
FDCA:
2-, 5-Furandikarboxylsyra. Cas Nr: 3238-40-2. Kan produceras från kolhydrater (hexoser) från skogs- och jordbruksråvaror. FDCA är identiferad av US Department of Energy som en av de 12 viktigaste kemikalierna för omställning till en grön kemi. Den är föreslagen som en ersättare för fossilt baserade kemikalier i polymerer.
Fettsyra alkylestrar: Raps metylester, RME, är den som idag används i GreenCoat men även andra naturliga oljor kan utnyttjas, exempelvis, tallolja metylester, TOME.
