Siliconen en fluorpolymeren met antikleef eigenschappen
Wanneer deegwaren, zuivelproducten (bv kaas), chocolade, vlees, in contact komen met het oppervlak van een matrijs of een ander gereedschap kunnen er vaak voedingsresten achterblijven. Dit kan leiden tot het verstoren van de productie, tot meer onderhoudswerken, tot een verminderde kwaliteit en hygiëne. Oplossingen op basis van fluorpolymeren (zie ook dit artikel van 04/11/2010) of siliconen kunnen hierbij dikwijls een oplossing geven. Siliconenmallen of gecoate mallen zijn hier voorbeelden van.
Fluorpolymeren: Het bekendste polymeer is Polytetrafluoroethylene (PTFE), beter gekend onder de commerciële naam Teflon® (DuPont de Nemours) die is opgebouwd als een keten van tetrafluorethyleen (Figuur 1). Er bestaan afgeleide polymeren waarbij een deel van de Fluor groepen vervangen worden door andere chemische groepen, zoals Perfluoralkoxy (PFA) en Fluor Ethyleen Propyleen (FEP), deze coatings zijn makkelijker aan te brengen. Nieuwe ontwikkelingen hebben betrekking op het duurzaam maken van dit soort coatings (krasbestendiger) en het veiliger maken van de gebruikte samenstellingen (vrij van het schadelijke Perfluoroctaanzuur (PFOA)). Deze fluorpolymeren bestaan als kunststoffen of kunnen als coatings worden aangebracht. Recent is er een nieuwe methode ontwikkeld om dit via een plasmatechnologie aan te brengen.
Figuur 1: tetrafluorethyleen monomeer Siliconen: Bij dit polymeer wordt de keten gevormd door silicium- en zuurstofatomen (Figuur 2), waarbij de siliciumatomen gesubstitueerd worden met andere chemische groepen (bv. methylgroepen in geval van Polydimethylsiloxaan). Siliconen vindt men commercieel terug onder diverse vormen: smeermiddelen, sprays, thermoharders, siliconenrubbers. Voor antikleeftoepassingen wordt vaak gebruik gemaakt van siliconensprays of van siliconenmallen. Een recente nieuwe ontwikkeling maakt eveneens gebruik van het aanbrengen van de coating via plasmatechnologie. Men verkrijgt dus als het ware een dunne glasachtige en transparante coating die kan afgezet worden op een oppervlak.
Figuur 2:siliconen polymeerketen |
Ook in andere sectoren zoals de kunststofverwerking wordt met dergelijke oplossingen gewerkt om bijvoorbeeld het aankleven van kunststoffen te reduceren. Er zijn daarom zeker parallellen waar te nemen in de mechanismen van aankleven van materialen.
Innovatieve coatingtechnologie
Nieuwe fluorpolymeer gebaseerde coatings kunnen een oplossing geven voor de klassieke beperkte krasvastheid. Dit gebeurt meestal door het polymeer in te bouwen in een hardere coating. Dit kan bijvoorbeeld een metallische coating zijn waarin fluorpolymeren worden ingebouwd. Er bestaan ook ontwikkelingen waarbij keramische deeltjes worden ingebouwd in een fluorpolymeercoating. Op dit moment worden deze coatings al gebruikt voor het nieuwe assortiment braadpannen. Om de toenemende vraag te beantwoorden om deze coatings PFOA-vrij te maken werden nieuwe formulaties ontwikkeld die hieraan voldoen.
Dunne siliconenlagen kunnen dan weer via een plasmaproces als een vaste laag worden aangebracht op gereedschappen en matrijzen. Ook dit soort coatings kent ondertussen reeds zijn eerste toepassingen voor contact met voeding. Het zijn net zoals fluorpolymeren vrij stabiele materialen die meestal water- en olieafstotend zijn (lage oppervlakteënergie).
Coatingtechnieken toepasbaar voor fluorpolymeren: Lakken = het als een vloeibare lak of als poeder aanbrengen van een coating. Dit kan gebeuren via spraytechnieken, dompeltechnieken,… Deze coatings worden meestal uitgehard. Impregnatie = het inbouwen van fluorpolymeerdeeltjes in een metallische coating. Coatingtechnieken toepasbaar voor siliconen: Siliconenlakken = kleine siliconenpolymeerdeeltjes die rondzweven in water. Na aanbrengen van de lak, verdampt het water en door verder moffelen of uitbakken op 100-200°C ontstaat de hechting met het substraat en een verdere aaneenkitting van de polymeerdeeltjes. Plasmapolymeercoating = door PDMS (polymethyldisiloxaan) onder gasvorm in een gesloten reactor te brengen worden de monomeren geïoniseerd in een lagedrukomgeving (Ar-plasma) en energetisch aangetrokken door een te bedekken substraat. Er ontstaat zo een dunne glasachtige coating. Sol-gel = Glasachtige polymeren kunnen ook via sol-gel aangebracht worden. Men vertrekt hier echter niet van PDMS maar van organosilanen of siliciumalkoxides. Na het aanbrengen van de coating treedt er een afsplitsing van water en een verdere vernetting op. Deze coatings worden ook meestal uitgehard. |
Innovatieve behandeling van drager materialen
Verder kunnen dit soort coatings en coatingtechnieken gecombineerd worden met innovatieve voorbehandelingen zoals het vooraf aanbrengen van een gepaste ruwheid of textuur in het drager materiaal, of nabehandelingen zoals etching. Dit kan een grote invloed hebben op de antikleefeigenschappen. Momenteel kan men dit combineren van coating en textuur/ruwheid al gaan toepassen voor metallische dragermaterialen. Men kan ook rechtstreeks al bepaalde polymeren gaan voorzien van een specifieke oppervlaktetextuur.
Op zoek naar geschikte antikleefoplossingen voor de voedingsindustrie
Om het aankleven van voedingswaren beter te begrijpen –niet alle antikleefoplossingen blijken immers effectief te werken- nodigt Sirris geïnteresseerde bedrijven uit om samen te werken rond deze thematiek. Dit kan al starten met een haalbaarheidsstudie waar de beste oplossingen worden uitgetest, specifiek voor bepaalde types voedingsproducten.
Sirris heeft de laatste jaren heel wat ervaring opgebouwd met antikleeftoepassingen, waarbij vaak ook andere functionaliteiten zoals krasbestendigheid, kleur, transparantie,… aan bod komen. We hebben de mogelijkheid om zelf deze coatings aan te brengen op proefstalen, soms werken we hiervoor ook samen met andere labo’s of met bedrijven die iets nieuws op de markt brengen. U krijgt als bedrijf meteen een zicht op kostprijs, gemak van aanbrengen, voor-en nadelen en andere praktische aspecten. Een objectieve kwaliteitsevaluatie helpt u ook al een stuk verder. Aspecten die te maken hebben met regelgeving (food contact, migratie,…) komen eveneens aan bod. Het specifiek evalueren van een gecoat oppervlak met voeding naar aankleven toe wordt bestudeerd in testopstellingen die samen met de bedrijven worden besproken.
Voor verdere info kan u contact opnemen met: Marc.VanStappen@sirris.be of steven.vancampenhout@flandersfood.com
Bronnen
- Mark Van Stappen, Sirris: Marc.VanStappen@sirris.be
- Deklagen op basis van fluorpolymeren en hun eigenschappen, Studiedag Sirris 25.10.2010
- Siliconen: deklagen uit glasachtige polymeren, Studiedag Sirris 26.11.2009
Nuttige links
