SMARTCASE - Sustainable Michael-Addition Resin Technology for coatings, Adhesives, Sealants and Elastomers

Aanleiding

Thermoset materials find use in almost all industrial sectors, especially where lightweight, stiffness, resistance and dimensional stability are key performance requirements.

Echter, traditionele thermosets lijden onder verschillende nadelen: ze zijn gemaakt van fossiele, niet-reversible polymeren en toxische monomeren; belangrijker nog, thermoset-materialen zijn vrijwel niet recyclebaar of herverwerkbaar, vanwege hun crosslinked microstructuur.

Momenteel worden de meeste thermoset-materialen verbrand of opgestapeld op stortplaatsen aan het einde van hun levensduur. Stortafval degradeert tot vloeistoffen die bekend staan als stortplaatsleachates, wat leidt tot gezondheids- en milieuproblemen. Een aanzienlijk deel van deze afvalstoffen is afkomstig van thermoset-materialen die worden gebruikt in verven, coatings, afdichtmiddelen en lijmen die als een dunne film op allerlei oppervlakken worden aangebracht. Deze niet-recycleerbare materialen dragen bij aan de vorming van nano- en microplastics. Ondanks veel inspanningen in de afgelopen jaren in deze context, zijn er aanzienlijke verdere ontwikkelingen vereist.

De productie van thermosets uit biobased grondstoffen met behulp van veilige en duurzame ontwerpbenaderingen is daarom cruciaal om het welzijn van mensen aan te pakken en een gezonde planeet te waarborgen.

Doelstelling

SMARTCASE aims to develop safe and circular carbohydrate-derived reactive polyester resins for coatings, adhesives, sealants and elastomers (CASE) for the building and interior sectors.

De nieuwe twee-componenten ('2K') formuleringen zijn ontworpen om de momenteel gebruikte fossiele epoxy- en urethaanharsen te vervangen door biobased en GHS-label-vriendelijke alternatieven. Dit verbetert niet alleen de veiligheid van werknemers en eindgebruikers van deze materialen, maar vermindert ook de afhankelijkheid van fossiele hulpbronnen en vergemakkelijkt de overgang naar overvloedig beschikbare biobased grondstoffen.

Een nieuwe klasse van biobased polyesters en thermosets zal worden ontworpen in SMARTCASE met behulp van veilige en duurzame ontwerpbenaderingen, waardoor meer duurzame en haalbare eindlevensopties mogelijk zijn. Biobased polyesters voldoen in het algemeen aan de eisen van circulariteit, omdat ze efficiënt kunnen worden gerecycled naar hun monomeren aan het einde van hun levensduur.

Daarom zullen het recycling- en degradatiegedrag van de ontwikkelde formuleringen onder thermische, mechanische en chemische omstandigheden en hun biodegradatie worden bestudeerd. Het resultaat van het project draagt bij aan de belangrijkste doelstellingen van het NGF BioBased Circular-programma.

Korte omschrijving

• Pretreatment of feedstocks such as cellulose, needed to properly convert C5/C6 sugars to diacid and diol monomers for polyesters, and investigation of the potential of new biomass feedstocks for synthesizing platform chemicals
• Synthesis and characterization of polyester-based Michael donors and Michael acceptors
• Lab-scale preparation of biobased thermoset formulations using polyester-based Michael donors and acceptors
• Study of end-of-life solutions (e.g. chemical hydrolysis, reprocessing/recycling using heat as stimulus) for the developed formulations
• Large-scale production of the best thermoset formulations for each of the targeted resin applications
• Evaluation of resin performance by industrial end-users in their own applications
• Techno-economic assessment of all main value chains targeted in SMARTCASE
• Determining the life-cycle benefits of the new formulations compared to existing reactive resin systems
• Organizing a stakeholder workshop as well as devising and executing a strategy for disseminating results

Resultaat

The project follows a value-cycle approach with a multi-disciplinary and balanced consortium of industrial representatives from every part of the value chain, from carbohydrate feedstock suppliers to resin formulators and end users.

This enables a system innovation instead of a (single) product innovation. De volgende resultaten worden verwacht binnen 10 jaar (meestal aan het einde van het project):

• Sustainable feedstock platform for novel biobased (BB) platform chemicals
• Access to novel monomers and building blocks
• Access to safe and novel polyester-based resin components
• Access to high performance, safe and circular thermoset formulations
• Scale-up of the best thermoset formulations
• Validated performance of novel thermoset formulations in industrial applications
• Sustainable and circular-by-design thermoset formulations with defined end-of-life solutions
• Data on LCA, TEA, toxicity and sustainability
• Engaged stakeholders and effective dissemination of project outcomes