Udvikling af rustbeskytter til undervognsbehandling baseret på vegetabilske råvarer.

Udvikling af rustbeskytter til undervognsbehandling baseret på vegetabilske råvarer.

Sammenfatning og konklusioner

Der rustbeskyttes mellem 250.000 og 300.000 biler i Danmark om året. Det anslås, at der herved forbruges omkring 3 – 4 millioner liter rustbeskyttelsesprodukter, hvoraf hovedparten er mineraloliebaserede produkter. Da produkterne indeholder opløsningsmidler og andre svært nedbrydelige stoffer, udgør de en væsentlig belastning for miljøet.

Dette projekt er udført for at undersøge, om det er muligt at fremstille en alternativ rustbeskytter til bilers hulrum, der er baseret på vegetabilske råvarer, og uden tilsætning af opløsningsmidler. Kravene til en alternativ rustbeskytter er, udover en forbedret miljøprofil, at den teknisk set ligner de traditionelle produkter. Det vil sige, at alternativet skal kunne leve op til de kravspecifikationer, der eksisterer for de traditionelle rustbeskyttere, samt det skal kunne anvendes på de eksisterende anlæg i undervognscentrene.

Et litteraturstudie blev gennemført for at kortlægge, hvilke råvarer der eventuelt kunne anvendes i et vegetabilsk alternativ, og der er foretaget en screening af udvalgte råvarers miljø- og sundhedsmæssige effekter med henblik på at udelukke eventuelle miljø- eller sundhedsfarlige råvarer.

Traditionelle mineraloliebaserede rustbeskyttere indeholder en basisolie samt voks, fedtstoffer og korrosionsinhibitorer. Inhibitorerne er oftest metalholdige sulfonerede petroleumsforbindelser. Basisolien i traditionelle rustbeskyttere indeholder mineralolie, der typisk består både af fraktioner, der fordamper efter påføring og fraktioner, der ikke fordamper. Udover selve mineralolien indeholder basisolien ofte et eller flere organiske opløsningsmidler. En vegetabilskbaseret rustbeskytter skal overordnet bestå af de samme komponenter som den traditionelle, hvor råvarerne, så vidt det er muligt, er baseret på vegetabilske råvarer i stedet for petrokemiske. Basisolien kan således være en vegetabilsk olie eller en modificeret vegetabilsk olie. Da vegetabilske olier ikke fordamper og produktet ikke fortyndes med opløsningsmidler, kan et vegetabilsk alternativ ikke tørre ved fordampning. I stedet skal det tørre ved oxidativ tørring, som er en relativ langsom proces, der dog kan accelereres ved tilsætning af tørrelse (sikkativer).

En rustbeskytters vedhæftningsevne er en yderst vigtig egenskab, da produktet ikke vil have en tilstrækkelig rustbeskyttende effekt, hvis det ikke bliver hængende på den behandlede metaloverflade i en tilstrækkelig mængde. Hvis produktet løber af, og kun efterlader en meget tynd film, er det begrænset, hvor meget aktivt stof (korrosionsinhibitor), der vil være tilbage på overfladen. Produktet vil derfor ikke kunne yde tilstrækkelig beskyttelse, selvom det indeholder en virkelig effektiv korrosionsinhibitor. Produkter, der skal anvendes til behandling af hulrum, skal endvidere være så tilpas tynde i konsistensen, at de kan påføres ved sprøjtning. Derudover skal de have en god indtrængningsevne i små revner og spalter for at yde så optimal rustbeskyttelse som muligt.

I de opløsningsmiddelholdige traditionelle produkter kan der næsten altid opnås det nødvendige samspil mellem påføringsegenskaber, vedhæftning og indtrængning, idet der rimelig nemt kan justeres på produktet ved at ændre mængden af opløsningsmiddel i basisolien. Produkterne er tynde ved påføring pga. tilstedeværelsen af opløsningsmidler og er derfor nemme at påføre, og de har tillige en god indtrængning i små spalter og revner. Opløsningsmidlerne fordamper forholdsvis hurtigt efter påføringen, og der dannes en film af rustbeskytter. Produktet bliver tykkere, når det tørrer, hvorved en god vedhæftning også opnås.

Hovedkonklusionen fra de mange udførte test er, at en vegetabilskbaseret basisformulering indeholdende voks, fedtstoffer og sikkativer ikke har tilstrækkelig vedhæftning hvad enten basisolien er baseret på rapsolie eller linolie. Produktet når simpelthen ikke at tørre og danne film, inden det glider af metaloverfladen. En bedre vedhæftning kan opnås ved at øge mængden af hhv. voks og/eller fedtstof, men det vil så resultere i en dårligere indtrængning og sprøjtbarhed, når der ikke fortyndes med fordampelige opløsningsmidler. Endvidere vil der også være en grænse for, hvor store mængder af de nævnte råvarer, der kan opløses i de vegetabilske olier.

Et fuldt færdigudviklet og velfungerende alternativt produkt forelå ikke ved projektarbejdets afslutning, da der tilsyneladende altid vil være en konflikt mellem egenskaberne vedhæftning og indtrængning for den vegetabilske baseret rustbeskytter med 100% tørstof. Egentlige test af alternativets evne til at rustbeskytte er derfor ikke blevet gennemført.

Der er udført nogle indledende screeningsforsøg af vegetabilske alternativers evne til beskytte mod rust, hvor forskellige korrosionsinhibitorer er blevet testet i formuleringerne. Herunder også inhibitorer, der selv er i stand til at filmdanne. Konklusionen på forsøgene er, at der ikke kan opnås tilstrækkelig rustbeskyttelse med de pågældende formuleringer, hvilket kan skyldes to ting. Dels, at inhibitorerne i sig selv ikke giver tilstrækkelig rustbeskyttende effekt, og dels at filmtykkelsen af rustbeskytteren ikke er tilstrækkelig høj, pga. for dårlig vedhæftning. Svaret er sandsynligvis en kombination af de to nævnte muligheder. Forsøg gennem hele projektet har vist, at hvis der skal opnås en tilstrækkelig korrosionsbeskyttende effekt af en alternativ vegetabilskbaseret rustbeskytter, skal først og fremmest vedhæftningsegenskaberne være i orden.

Projektet viser, at det kan være en både tidskrævende og svær proces at skulle udvikle et mere miljøvenligt alternativ, der kan leve op til de eksakt samme kravspecifikationer, som der gælder for opløsningsmiddelbaserede produkter i samme produktgruppe. At skulle substituere ét opløsningsmiddel med et andet er en sag, men at skulle udvikle et produkt helt uden opløsningsmidler eller vand, der lever op til de samme krav som et opløsningsmiddelbaseret produkt er problematisk og i visse tilfælde svært opnåeligt.

Udover problemer med selve produktoptimeringen, der grundede i de alternative prøvers basale fysisk-kemiske egenskaber, var der gennem hele projektet også problemer med fremskaffelse af råvarer, hvilket ikke bare har vanskeliggjort fremstillingen af produktet, men også selve miljøscreeningen. Dels var det ofte uvist hvilke råvarer, det kunne forventes at modtage, dels var sikkerhedsdatabladene og øvrige miljørelaterede informationer ofte først tilgængelige ved modtagelsen af råvaren.

På trods af, at det ikke lykkedes at færdigudvikle en alternativ rustbeskytter blev en LCA-screening gennemført for at få en indikation af, om det fra et miljømæssigt synspunkt, overhovedet vil være fornuftigt at forsætte med en eventuel udvikling af en vegetabilskbaseret rustbeskytter. Der er opstillet to modelformuleringer, hvis miljøprofil er blevet sammenlignet med miljøprofilen for en traditionel mineraloliebaseret rustbeskytter.

LCA-screeningen viser, at modelformuleringerne på mange områder (på nær forsuring og næringssaltbelastning) har en bedre miljøprofil end den traditionelle rustbeskytter. Denne vurdering hviler på antagelsen af, at de to vegetabilske alternativer giver lige så god rustbeskyttelse som det traditionelle mineraloliebaserede produkt, men ved projektets afslutning havde ingen af de fremstillede alternativer tilnærmelsesvis samme holdbarhed og rustbeskyttelsesevne som de traditionelle produkter.

Screeningsforsøg af produkternes evne til at rustbeskytte viste, at metaloverflader behandlet med vegetabilske alternativer begynder at ruste indenfor få døgn efter neddypning i saltvandsopløsninger. Metaloverflader behandlet med en traditionel rustbeskytter har derimod en holdbarhed på flere måneder før de første tegn på rust viser sig.

For at der skal blive hold i observationerne fra LCA-screeningen, og for at et vegetabilsk alternativ reelt kan benyttes som rustbeskytter, er det essentielt, at produktets evne til at rustbeskytte øges kraftigt, blandt andet gennem en øget vedhæftning. Samtidig skal produktet stadig også kunne leve op til kravene vedrørende indtrængning.

Til sidst i projektet blev en mere traditionel inhibitor sporadisk testet i den alternative formulering. Inhibitoren var en sulfoneret petroleumsforbindelse og formuleringen havde endvidere en øget voksmængde sammenlignet med de øvrige formuleringer testet i projektet. Formuleringen udviste god vedhæftning til metaloverflader og gav tilsyneladende en øget rustbeskyttelse, men sidstnævnte er det nødvendigt at undersøge nærmere. Ligesom produktets evne til at trænge ind i spalter og revner skal kortlægges, men formuleringen vil sandsynligvis ikke kunne klare kravene til indtrængning pga. den øgede voksmængde.

Det synes tvivlsomt om en vegetabilskbaseret rustbeskytter kan fremstilles med tilfredsstillende egenskaber uden brug af organiske opløsningsmidler eller tilsætning af vand. Den mest sandsynlige måde at løse konflikterne mellem tilpas vedhæftning og gode påførings- og indtrængningsegenskaber, og samtidig opretholde en forbedret miljøprofil, er at forsøge at lave vandige emulsioner ud af de mest egnede vegetabilske formuleringer.