| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Udvikling af rustbeskytter til undervognsbehandling baseret på vegetabilske råvarer.

3 Potentielle råvarer – basisrecept

Der er udført en omfattede søgning af patenter og anden litteratur, der omhandler rustbeskyttere til undervognsbehandling eller beslægtede formål (korrosionsbeskyttelse generelt). Litteratursøgningen skulle, dels klarlægge hvad traditionelle rustbeskyttere indeholder, og dels give inspiration til hvilke råvarer, der kunne tænkes anvendt i en alternativ vegetabilskbaseret rustbeskytter. Derudover blev det undersøgt, om der eksisterer patenter, der vedrører vegetabilske produkter anvendt til rustbeskyttelse af bilers hulrum.

Det har ikke umiddelbart været muligt at fremskaffe fagbøger eller artikler fra den åbne litteratur vedrørende rustbeskyttende produkter til undervognsbehandling. Den eksisterende faglitteratur beskæftiger sig mere med korrosionsbegrebet generelt. Det meste information er derfor fremskaffet via søgning på Internettet. Som en del af litteraturundersøgelsen blev der endvidere gennemgået råvarekataloger samt fundet råvareinformationer på Internettet.

Fremskaffelse af prøver af råvarer viste sig hurtigt at blive en flaskehals i projektet. I mange tilfælde var der ekstremt lange ventetider på de bestilte råvarer og nogle prøver kom aldrig. Nogle leverandører har formodentligt ikke troet på produktet, eller de har måske ikke ønsket at levere råvarer til et konkurrerende produkt til de traditionelle rustbeskyttere. Generelt har mange leverandører nok vurderet en vegetabilskbaseret rustbeskytter som værende et nicheprodukt, som de på længere sigt ikke ville opnå den store indtjening på. Det er på trods af, at der alene i Danmark bruges 3 – 4 millioner liter traditionel rustbeskytter om året. Enkelte leverandører har været meget behjælpelige og ydet en stor indsats ved blandt andet at specielfremstille råvarer specifikt til testning i den alternative rustbeskytter.

3.1 Patentsøgning og litteraturstudie generelt

Det er meget sparsomt, hvad der findes af patenter inden for rustbeskyttende produkter specielt til undervognsbehandling. De få patenter, der specifikt vedrører rustbeskyttende olier, beskriver produkter, der indeholder polymerer eller prepolymerer^iv,v, og der fremkom ingen patenter, der direkte vedrører vegetabilskbaseret rustbeskyttelse til undervognsbehandling. De fleste fundne patenter indenfor området rustbeskyttelse/korrosion omhandler smøremidler, motorolier og gearolier med rustbeskyttende effekt samt diverse additiver til samme produkter. Hovedparten af patenterne omhandler mineraloliebaserede produkter. De øvrige omhandlede hovedsageligt vandfortyndbare produkter.

Under patentsøgningen blev der, indenfor disse områder, fundet enkelte patenter, der beskæftigede sig med vegetabilskbaserede produkter, hvor specielt patentet, US 5348575^vi, var interessant.

Det omhandler et korrosionsprodukt til midlertidig beskyttelse af forarbejdede metaldele. Produktet består af en opløsning af en mineraloliebaseret voksblanding med smeltepunkt omkring 60-70° C opløst i en eller flere vegetabilske fedtsyre estre, hvor butyl stearat og butyl oleate er de fortrukne estre. Produktet indeholder 70-85% w/w af de vegetabilske estre. Produktet indeholder derudover mindst et additiv, som kan være enten alkonolamid, en sulfonat eller en fosforsyre til at øge den korrosionsinhiberende effekt. Additiverne kan indeholde mineralolie, men det er angivet, at det totale indhold af mineralolie i korrosionsproduktet ikke må overstige 1.5% w/w⁶.

Selve produktet syntes i begyndelsen ikke relevant til undervognsbehandling, og slet ikke til hulrumsbehandling, da det er et ”hot melt” produkt, der skal varmes op over voksens smeltepunkt, før metalstykkerne dyppes i produktet. Men produktets sammensætning forekom interessant og gav inspiration til de komponenter som alternative vegetabilskbaserede rustbeskytter kunne tænkes at bestå af. F.eks. kunne der anvendes mindre voksmængder og/eller andre vokstyper, således at produktet bliver flydende ved stuetemperatur.

Da smøremidler grundlæggende er opbygget af de samme komponenter som rustbeskyttende olier, nemlig basisolie, fortykkere og additiver (herunder korrosionsinhibitorer)^vii, er denne produkttype også blevet anvendt som udgangspunkt ved råvarevalg. Forskellen mellem de to produkttyper fremkommer ved forskellighed i smøreevne, viskositet, vedhæftning og eventuelt korrosionsbeskyttende virkning. Smøremidler er væsentlig tykkere produkter end rustbeskyttelsesprodukter til biler.

3.2 Basiskomposition af rustbeskyttere

Traditionelle mineraloliebaserede rustbeskyttere indeholder udover basisolien (hovedsageligt mineralolie samt eventuelt opløsningsmidler) typisk en eller flere vokse og en korrosionsinhibitor. Inhibitoren er oftest en metalholdig sulfoneret petroleumsforbindelse. Produkterne kan derudover være tilsat forskellige additiver som f.eks. kan fortykke produktet eller fremme vedhæftningen^viii,ix,x.

Komponenterne i en traditionel rustbeskytter kan grundlæggende deles op i følgende komponenter^8,9,10:

Basisolie
Fedtstoffer/voks
Korrosionsinhibitorer
Andre additiver

Hvor andre additiver kan opdeles i⁷:

Antioxidanter
Viskositets justerende stoffer (fortykkere)
Adhæsionsfremmere Befugtere

En vegetabilskbaseret rustbeskytter skal overordnet bestå af de samme komponenter som den traditionelle, hvor råvarerne, for så vidt det er muligt, er baseret på vegetabilske råvarer i stedet for på mineraloliebaserede. Tabel 3.1 viser en typisk basis sammensætningen for en rustbeskytter til biler. Tabellen viser eksempler på hvilke komponenter, der anvendes i en traditionel rustbeskytter, samt eksempler på hvad der kan tænkes anvendt i et vegetabilskbaseret alternativ.


Klik på billedet for at se html-versionen af: Tabel 3.1

3.2.1 Basisolie

Basisolier kan inddeles i mineralolier, vegetabilske olier og syntetiske olier. Hvor sidst nævnte udover olier som f.eks. som polyalphaolifiner, polyalkylen glykoler, polysiloxaner og flourerede polyestre også dækker over vegetabilske estre og modificerede olier som f.eks. epoxideret soja olie.

Basisolien i traditionelle rustbeskyttere indeholder typisk mineralolie. Mineralolier er forholdsvis højmolekylære kulbrintefraktioner fra råolie, som er flydende ved stuetemperatur. Mineralolien vil typisk bestå af fraktioner, der fordamper efter påføring og fraktioner, der ikke fordamper. Sidstnævnte danner selve rustbeskyttelsesfilmen. Udover selve mineralolien indeholder basisolien ofte et eller flere organiske opløsningsmidler (VOC). Typisk anvendes dearomatiseret mineralsk terpentin. Basisolien i en traditionel rustbeskytter vil derfor bestå af forskellige fraktioner udvundet fra råolie såsom mineralolie, der i sig selv indeholder fordampelige fraktioner, dearomatiseret mineralsk terpentin og anden VOC. I denne rapport omtales basisolien i traditionelle rustbeskyttere slet og ret som mineralolie.

Basisolien i en vegetabilskbaseret korrosionsbeskytter kan tænkes at bestå af rene vegetabilske olier eller en blanding af vegetabilske olier og vegetabilskbaserede estre. Vegetabilske olier er som oftest mere viskøse og mindre veldefinerede end vegetabilske estre.

Da den alternative rustbeskytter ikke må indeholde opløsningsmidler, kan den ikke tørre ved fordampning som en traditionel rustbeskytter. En vis form for filmdannelse via oxidativ tørring kan formodentlig være ønskværdig for at øge produktets evne til at vedhæfte til metaloverflader. Det kan derfor være nødvendigt at anvende en vegetabilsk olie eller ester med et relativt højt indhold af umættede fedtsyrer. Jo flere umættede fedtsyreforbindelser der er tilstede i basisolien, jo bedre evne har den til at filmdanne og dermed tørre. Filmdannelse ved oxidativ tørring er en forholdsvis langsom proces, som dog kan accelereres ved tilsætning af sikkativer.

Af mulige vegetabilske basisolier kan nævnes rapsolie, linolie, sojaolie eller tall olie. Hvoraf de tre sidstnævnte tørrer i større eller mindre grad ved oxidativ tørring ved kontakt med luftens ilt. Linolie er den mest tørrende af de nævnte olier. Den kan derfor umiddelbart synes at være det mest oplagte alternativ til basisolien, men linolieprodukter kan rynke ved for høj lagtykkelse og der kan desuden være risiko for selvantændelse ved brug af linolieholdige produkter. Som udgangspunkt blev det derfor foretrukket at anvende rapsolien, der dels produceres i Danmark i betydelige mængder og som dels ikke har problemer med selvantændelse. Rapsolien er en ikke-tørrende olie.

Modificerede olier som f.eks. blæste olier, stand olier, kogte olier og epoxiderede olier kan også tænkes at indgå i basisolien. De modificerede olier har typisk højere viskositet og øget tendens til filmdannelse end de almindelige vegetabilske olier.

Det er hovedsageligt applikationsegenskaberne og dermed produktets viskositet samt produktets evne til at vedhæfte, der er afgørende for basisoliens sammensætningen. Alternativet skal som udgangspunkt ligne en traditionel rustbeskytter mest muligt. De traditionelle produkter har et tørstofindhold på omkring 50 vægt%, hvilket betyder, at omtrent halvdelen af det påførte produkt vil fordampe og forsvinde under tørringsprocessen efter påføringen. De mineraloliebaserede produkter har derfor den fordel, at der forholdsvis nemt kan opnås en tilpas lav viskositet, dvs. produktet kan gøres tilpas tyndt til, at påføringen kan foregå ved sprøjtning med en trykluftsprøjte.
Tørstofindholdet i en vegetabilskbaseret rustbeskytter vil være derimod være omkring 100%, da vegetabilske olier ikke fordamper og produktet ikke fortyndes med opløsningsmidler.

Da det forholdsvis tidligt i projektet blev konstateret, at olierne på trods af deres højere viskositet godt kunne sprøjtes med trykluftsprøjte, blev de væsentlig tyndere vegetabilske estre ikke undersøgt nærmere. Fravalget skyldes især problemer med at få den alternative rustbeskytter til at vedhæfte på metaloverflader. Brug af vegetabilske estre ville med sikkerhed gøre basisolien tyndere, hvilket ville forværre problemerne med vedhæftning. Estrene er derfor heller ikke blevet miljøscreenet.

Vedhæftningsproblemer betød endvidere, at modificerede olier, som standolie, kogt linolie og blæst rapsolie er forsøgt anvendt, dog uden at det kunne løse problemerne. De sidstnævnte er derfor heller ikke blevet screenet.

Vegetabilske olier og estre er råvarer, der er forholdsvis nemme at få fat på. De modificerede olier er derimod ikke helt så tilgængelige. Såvel tørrende som ikke tørrende vegetabilske olier er testet som basisolie i den alternative rustbeskytter. Det er hovedsageligt rapsolie og linolie, der er blevet anvendt.

3.2.2 Fedtstoffer og vokse

Rustbeskytteren skal typisk indeholde et eller flere fedtstoffer eller vokse. Tilsætning af fedtstoffer og vokse bevirker, at produkts evne til at sky vand forbedres og derved fremmes den korrosionshæmmende effekt af produktet. Fedtstoffer og især vokse vil også bidrage til øget vedhæftning af rustbeskytteren.

I traditionelle rustbeskyttere anvendes ofte fedtstoffer baseret på lanolin (fårefedt), som f.eks. bariumlanolat. En sådan råvare kan også indgå i et vegetabilskbaseret alternativ. Det er naturligvis at foretrække, hvis der kan findes et anvendeligt alternativ, der ikke er metalholdigt eller i det mindste ikke bariumholdigt.

Hvis der tilsættes voks i et traditionelt rustbeskyttelsesprodukt anvendes der formodentlig paraffin eller syntetisk PE voks (polyethylen voks). I en vegetabilsk rustbeskytter ville det være logisk først og fremmest at teste bivoks eller vegetabilske vokse, men det lykkedes aldrig at fremskaffe sådanne vokse. Det er også tvivlsomt, hvorvidt denne type vokse vil kunne give produktet en tilstrækkelig vedhæftningsevne.

Derfor var det nødvendigt i stedet bruge paraffin eller PE voks i den alternative rustbeskytter. For at en voks kan anvendes i den alternative rustbeskytter, skal voksen dels være blandbar med vegetabilske olier og dels have et tilpas højt smeltepunkt. PE vokse har den fordel, at de findes i mange forskellige varianter med forskellige egenskaber.

Voksprøverne var meget vanskelige at få fat i. Det var således nødvendigt at teste de få syntetiske voksprøver, som det var muligt at skaffe. Som udgangspunkt blev en ostevoks og en paraffinvoks testet, hvor paraffinvoksen viste sig mest anvendelig. Sent i projektet blev en PE mikrovoks modtaget, der har et forholdsvis højt smeltepunkt, og som er blandbar med vegetabilske olier. Da projektet på dette tidspunkt var i sin afsluttende fase, er råvaren kun blevet testet meget overfladisk. Desuden er informationerne om den pågældende voks for sparsomme til, at den kunne miljøscreenes.

Tre forskellige lanolinprodukter er testet som vandskyende komponent i den alternative rustbeskytter.

3.2.3 Korrosionsinhibitorer

I traditionelle mineraloliebaserede rustbeskyttere anvendes der oftest metalholdige sulfonerede aromatiske kulbrinter som korrosion inhibitorer. De har gennem tiden erstattet sorbitan estre, især pga. prisen. I den alternative rustbeskytter var det derfor oplagt at prøve at anvende sorbitan estre (f.eks. sorbitan monooleate). Ud over gængse sorbitan estre blev følgende typer af inhibitorer testet i det alternative produkt: forskellige inhibitorer baseret på polymeriserede fedtsyrer herunder dimer syrer, sarcosinater, caprylsyre samt filmdannende sorbitan estre. Sidstnævnte blev specialfremstillet til dette projekt. Undervejs er der endvidere også testet et rustbeskyttende pigment.

En tilfredsstillende korrosionsbeskyttende effekt kunne ikke opnås med ovennævnte inhibitorer, hvorfor en mere traditionel inhibitor, et calcium dinonylnaphthalenesulfonat produkt, også blev sporadisk afprøvet lige før projektets afslutning. Miljøscreening af inhibitoren viste, at dennes miljøprofil ikke var markant dårligere end de fleste andre testede inhibitorers (Se kap. 4).

3.2.4 Sikkativer

Sikkativer accelererer den oxidative tørring og dermed filmdannelsen af tørrende vegetabilske olier. De mest almindelig anvendte sikkativer som Co-, Mn-, Zr- og Ca-sikkativ er blevet tilsat formuleringer med såvel tørrende som ikke-tørrende olier.

Sikkativer indgår ikke i traditionelle rustbeskyttere, da disse tørrer ved fordampning af opløsningsmidler.

3.2.5 Antioxidanter

Når der skal anvendes umættede vegetabilske olier eller estre som basisolie kan det være nødvendigt at tilsætte antioxidant for at bedre lagerstabiliteten af produktet, især hvis der anvendes sikkativer.

Som antioxidanter nævnes i litteraturen tertiær butyl hydroxy anisol, dibutyl hydroxy toluen samt vitamin E. Tilsætning af frie fedtsyrer skulle også kunne øge et vegetabilskbaseret olieprodukts stabilitet mod oxidation^xi. Produktet blev ikke udviklet så langt, at det blev undersøgt, hvilke antioxidanter, der eventuelt kan bruges i et vegetabilsk alternativ.

3.2.6 Andre additiver

Andre additiver, der kunne tænkes anvendt i en rustbeskytter, er viskositetsforbedrende stoffer (fortykkere), befugtere, der kan sikre, at produktet spredes nemmere på overfladen samt adhæsionsfremmere, der kan øge vedhæftningen. Fortykkere kan f.eks. være metal sæber eller urea forbindelser⁷. Mens f.eks. fosforsyre estre kan anvendes som adhæsionsfremmere og fosfat estre som befugtere^xii.

På grund af problemerne med at udvikle den grundlæggende alternative rustbeskytter har det ikke været muligt indenfor projektets rammer at teste andre additiver.

3.3 Udvælgelse af råvarer

Udvælgelsen af råvarer til formulering af den alternative rustbeskytter tog udgangspunkt i den viste basisrecept kombineret med miljøscreeningen, i det omfang denne kunne udføres. Det grundlæggende ved udvælgelsen er, at de råvarer, der skal indgå i en alternativ rustbeskytter, dels skal være blandbare med vegetabilske olier, som er grundsubstansen i rustbeskytteren, og dels at de har en acceptabel miljøprofil.

De potentielle råvarer som blev fremskaffet/screenet på baggrund af den forudgående litteraturundersøgelse kan ses i tabel 4.2 i næste kapitel. Listen over potentielle råvarer er langt fra komplet. Dels var der bestilte råvarer, som aldrig kom, og dels er det begrænset, hvor mange råvarer, det overhovedet er muligt at teste indenfor en given projektperiode. Endvidere er det ikke alle råvarer, der optræder på listen, der er testet i formuleringen af den alternative rustbeskytter. Andre råvarer er kun testet i nogle enkelte formuleringer, hvorefter de er blevet forkastet som egnede råvarer. F.eks. pga. for dårlig blandbarhed med olien.

Udvælgelsen af råvarer skulle primært have foregået inden selve produktudviklingen, men som projektet skred frem, og der opstod problemer med formuleringen af produktet, blev det dog klart, at formulerings- og optimeringsprocessen var nødt til at blive kompromiser mellem produktets tekniske formåen og dets miljøprofil. Ligesom det måtte indses, at valget af råvarer og undersøgelsen af disse måtte blive en kontinuert proces gennem hele projektet. At råvarer er blevet udskiftet gennem hele projektet har vanskeliggjort den planlagte miljøscreening af råvarerne, da screeningen ofte baseres på råvarernes sikkerhedsdatablade og disse blev i mange tilfælde først tilgængelige ved selve modtagelsen af råvarerne. For at komme videre med produktudviklingen var testningen af råvarerne i formuleringen til tider nødsaget til at blive påbegyndt uden en forudgående screening, når råvarerne endelig ankom.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |