IM20214NL

WERELDPRIMEUR: 3D-GEPRINTE STALEN BRUG GEOPEND

NIEUWE GENERATIE BIOBASED POLYESTERS VOOR DUURZAME PRODUCTEN

PADDLEBOARD VAN HERNIEUWBARE LICHTGEWICHT MATERIALEN

AUXETISCH BETON HAALT ENERGIE UIT DE ZEE

ORIGAMI-GLAS

EEN NIEUWE VLOEIBARE KRISTALINKT VOOR 3D-PRINTEN

Innovatieve Materialen is een vaktijdschrift over ontwikkelingen op het gebied van duurzame, innovatieve materialen en/of de toepassing daarvan in bijzondere constructies. Innovatieve Materialen werkt nauw samen met Stichting MaterialDesign

Uitgeverij

SJP Uitgevers

Postbus 861

4200 AW Gorinchem tel. (0183) 66 08 08 e­mail: info@innovatievematerialen.nl www.innovatievematerialen.nl

Hoofdredactie: Gerard van Nifterik

Advertenties

Drs. Petra Schoonebeek e­mail: ps@innovatievematerialen.nl

Een digitaal abonnement in 2021 (6 uitgaven) kost € 40,70 (excl. BTW)

KIVI­leden en studenten: € 25,­ (excl. BTW)

Een papieren abonnement in 2021 kost € 69,­ (excl. BTW)

Zie ook: www.innovatievematerialen.nl

Niets uit deze uitgave mag worden verveelvuldigd en of openbaar worden door middel van herdruk, fotokopie, microfilm of op welke wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

Innovatieve Materialen platform:

Dr. ir. Fred Veer, prof. ir. Rob Nijsse (Glass & Transparency Research Group, TU Delft), dr. Bert van Haastrecht (M2I), prof. Wim Poelman, dr. Ton Hurkmans (MaterialDesign), prof.dr.ir. Jos Brouwers, (Faculteit Bouwkunde, Leerstoel Bouwmaterialen, TU Eindhoven), prof.dr.ir. Jilt Sietsma, (4TU.HTM/ Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek & Technische Materiaalwetenschappen, 3mE); Kris Binon (Flam3D), Guido Verhoeven (Bond voor Materialenkennis/SIM Flanders, Prof. dr. ir. Christian Louter (Institut für Baukonstruktion Technische Universität Dresden).

16 Wereldprimeur: 3D-geprinte stalen brug geopend

Op 15 juli opende Koningin Máxima in Amsterdam de eerste 3D­geprinte stalen brug ter wereld. De brug is vervaardigd door de Amsterdamse scale­up MX3D en is geplaatst op de Oudezijds Achterburgwal in Amsterdam. De brug is een prijswinnend ontwerp van Joris Laarman Lab en het resultaat van een samenwerking tussen onder meer MX3D, softwarebedrijf Autodesk, hoofd engineer Arup, staalconcern ArcelorMittal, gemeente Amsterdam en de Universiteit Twente.

18 Nieuwe generatie biobased polyesters voor duurzame producten

Ter introductie van biobased polyesters voor high­performance toepassingen, zoals automotive en elektronica, ontwikkelt Wageningen Food & Biobased Research (WFBR) een nieuwe generatie biobased polymeren op basis van het molecuul isoidide.

20 Paddleboard van hernieuwbare lichtgewicht materialen

Conventionele surfplanken zijn gemaakt van op aardolie gebaseerde materialen zoals epoxyhars en polyurethaan. Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Wood Research, Wilhelm­Klauditz­Institut, WKI, willen nu plastic boards vervangen door een duurzaam alternatief en wel door een stand­up paddleboard te ontwikkelen, volledig gemaakt van honderd procent hernieuwbare grondstoffen.

22 Auxetisch beton haalt energie uit de zee

Golven die tegen de kust aan beuken generen energie. Onderzoekers Branko Šavija en Yading Xu van de TU Delft willen die energie door middel van een speciaal soort beton opvangen en zo een alternatieve energiebron creëren. Het gaat om auxetisch beton, een flexibel beton dat een speciale eigenschap heeft. Bij drukbelasting trekt het samen, maar verdwijnt die belasting, dan zet het uit als een soort spons. Wellicht kan die eigenschap worden gebruikt om energie op te wekken met behulp van betonnen zeeweringen.

25 Origami-glas: Complexe glazen geometrische structuren

Glas is in veel opzichten een geweldig materiaal, maar het gedetailleerd vormgeven van glazen producten valt niet mee. Dat heeft te maken met de brosse eigenschappen van het materiaal en met de hoge temperaturen waarmee de (conventionele) vormprocessen werken. Onderzoekers van de Chinese Zhejiang University ontwikkelden nu een methode die het mogelijk maakt om driedimensionaal transparant glas te maken met origami­technieken. De vraag is: ‘hoe vouw je glas?’

28 Nieuw slim cement: duurzamere wegen en steden

Hoe infrastructuur ook is gebouwd, het moet worden onderhouden en uiteindelijk worden vernieuwd. Jaarlijks komen er miljoenen tonnen afval vrij en moet er nieuw cement worden geproduceerd, wat zorgt voor extra CO2­uitstoot. Om te voorkomen dat daardoor een navenante hoeveelheid CO2 vrijkomt, moeten die nieuwe steden en wegen worden gebouwd met duurzaam en slim beton.

32 Een nieuwe vloeibare kristalinkt voor 3D-printen

Vloeibare kristallen worden gebruikt in televisies en smartphones, maar toekomstige toepassingen voor sensoren in de gezondheidszorg of decoratieve verlichting zijn lastig omdat de materialen niet kunnen worden gebruikt voor geavanceerde, snelle productiemethoden zoals 3D­printen. De materialen zijn niet viskeus genoeg om stabiele, vaste structuren te maken, en het is moeilijk om de moleculen uit te lijnen om specifieke kleuren te produceren. Onderzoekers van de TU/e hebben deze problemen opgelost door een nieuwe lichtreflecterende vloeibaarkristalinkt te ontwikkelen die kan worden gebruikt met bestaande 3D­printtechnieken. Het nieuwe onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials.

Omslag: 3D-geprinte brug van MX3D. Fabricagerobot in actie (Foto: Olivier de Gruijter), pagina 18

3D-geprinte betonnen brug zonder versterking

Gewapend beton is overal ter wereld een populair bouwmateriaal. Hoewel het als constructiemateriaal haar sporen heeft verdiend, zijn er milieunadelen. Zowel bij de productie van beton als het staal voor de wapening komt veel CO2­vrij. De Block Research Group ontwikkelde samen met de Computation and Design Group van Zaha Hadid Architects een gewelfde voetgangersbrug van 12 bij 16 meter geheel zonder enige versterking. De brug ­ Striatus ­ staat inmiddels in een park in Venetië.

Het beton voor de 3D­printer werd speciaal voor dit project ontwikkeld door Holcim.

De brug is gemaakt van 3D­geprinte betonelementen, die zo zijn ontworpen dat er geen wapening nodig is, en ook geen mortel om de afzonderlijke delen

(Foto: ETHZ)

aan elkaar te plakken. Met behulp van digitale technieken werd een traditionele gewelfde boogconstructie ontworpen die haar stabiliteit te danken heeft aan de vorm van de elementen. Die zijn zo gevormd dat de drukkrachten maximaal worden afgevoerd naar de fundering. De

droog gemonteerde constructie is alleen door zijn geometrie stabiel. De 3D­betonprinttechnologie de ontwikkelaars van de brug in staat om alleen daar materiaal te gebruiken waar het structureel noodzakelijk is, wat leidde tot minimaal materiaalgebruik en afval.

Nieuw is het type 3D­geprint beton, dat de onderzoekers samen met het bedrijf Incremental3D ontwikkelden. Het beton wordt niet op de gebruikelijke manier horizontaal in laagjes aangebracht, maar onder bepaalde hoeken, zodanig dat ze loodrecht staan op drukkrachten. Daardoor kon extra versteviging of naspanning achterwege blijven.

Omdat de constructie geen mortel nodig heeft, kunnen de blokken worden gedemonteerd en kan de brug op een andere locatie weer worden opgebouwd.

ETHZ>

Integer, onafhankelijk, objectief onderzoek en advies. ISO 17025 geaccrediteerd.

Wij helpen u graag verder met onderzoek en analyse van uw innovatieve materialen. Bel ons op 026 3845600 of mail info@tcki.nl www.tcki.nl

Hét expertisecentrum voor materiaalkarakterisering.

Video (ETHZ/YouTube)

(Foto: ETHZ/YouTube)

De productie van zowel natuurlijk als synthetisch leer heeft grote negatieve gevolgen voor het milieu als gevolg van grondstof­intensieve processen en het gebruik van chemicaliën. De mode­industrie is verantwoordelijk voor maar liefst tien procent van de wereldwijde koolstofdioxide­uitstoot; met een CO2­footprint van naar schatting 130 miljoen ton per jaar.

Wetenschappers van het Finse VTT Research Institute hebben nu aangetoond dat de technologie van VTT continue productie van myceliumleer mogelijk maakt. Met het proces wordt mycelium verwerkt in een bioreactor waarna het vervolgens tot een film kan worden gegoten in een continue productie van myceliumleer met een snelheid van 1 meter per minuut. Ten slotte wordt het gedroogd, wat resulteert in een leerachtig materiaal.

De eerste producttoepassingen van het materiaal kunnen volgens de onderzoekers worden gezocht in accessoires, schoenen en kleding.

Volgens VTT heeft het materiaal een leerachtige look en feel en is het zo sterk als dierlijk leer. Het biedt ook de mogelijkheid om te worden gekleurd en eventueel van een patroon worden voorzien.

Paddenstoelleer

Schimmelmycelium is een biobased grondstof die duurzaam kan worden verwerkt tot leerachtige materialen. Tot nu toe was het vergroten van het productievolume met de huidige methoden

een uitdaging omdat de myceliumkweek plaatsvindt in een vlakke tweedimensionale vorm die beperkt is qua omvang. VTT ontwikkelde daarvoor een nieuwe technologie, gebaseerd op het kweken

Mycelium wordt verwerkt in een bioreactor waarna het vervolgens tot een film kan worden gegoten

Foto: VTT

van mycelium in bioreactoren. Het voordeel daarvan is dat vloeibare fermentatie in bioreactoren gemakkelijk is op te schalen tot een industrieel proces zoals die al volop wordt gebruikt in de voedings­, chemische en farmaceutische

industrie. Er is inmiddels patent op de methode aangevraagd. Het door VTT ontwikkelde filmproductieproces maakt een continue productie van alternatief myceliumleer mogelijk. De voordelen van deze productie­

methode zijn volgens VTT de constante kwaliteit, concurrerende productieprijs en verminderde hoeveelheden snijafval en CO2­reductie.

Op dit moment onderzoekt het team concrete toepassingen in de accessoire­, schoenen­ en kledingsegmenten. De onderzoekers richten zich nu nog op het verbeteren van de scheursterkte en slijtvastheid.

Wij leveren complete installaties voor ontstoffing, luchtreiniging en pneumatisch transport

Technieken voor o.a.:

- Ontstoffing van productieruimtes (MAC)

- Reduceren van geuremissies (NER)

- Reduceren van stofemissies (NER)

Componenten die wij o.a. kunnen leveren:

- Natfilters & Droogfilters

- Cyclonen

- Gaswassers

- Topsteen- / Frogreinigers

- Naverbranders

Projecten kunnen turn-key worden uitgevoerd

Wij garanderen de emissie & grenswaarden

Engineering, bouw en onderhoud in eigen beheer

Mesys Industrial Air Systems BV

Molenstraat 27, 6914AC Herwen

+31 (0) 316 248744

www.mesys.nl

Info@mesys.nl

Hoog vacuüm stofzuiginstallatie

Natfilter met slibtransporteur

Frogreiniger

VTT>

Video (VTT/YouTube)

Foto: VTT

Langste zonnefietspad ter wereld

Afgelopen zomer is het langste SolaRoad zonnefietspad ter wereld geopend in Maartensdijk. Het gaat om een pilotproject van de provincie Utrecht waarbij dubbel gebruik wordt gemaakt van de ruimte: zowel voor fietsen als voor het opwekken van duurzame energie. Bij succes wil de provincie zonnefietspaden op grotere schaal toepassen.

Het SolaRoad zonnefietspad bestaat uit modules van prefabbeton van 2,8 bij 3,5 meter. Deze hebben een kunststof, lichtdoorlatende toplaag van ongeveer 0,5 cm dik. Deze is vuilafstotend en stroef dankzij de doorzichtige coating. Onder de toplaag zitten de silicium zonnecellen tussen glasplaten die ze beschermen tegen mechanische belasting, strooizout en weersinvloeden.

Half juni 2021 is aannemer Strukton Civiel gestart met de aanleg van het SolaRoad zonnefietspad in Maartensdijk. SolaRoad is eerder onder andere toege­

past in de provincie Noord­Holland en op basis van de resultaten verder doorontwikkeld in samenwerking met TNO en Strukton Prefab Beton. Het nieuwe zonnefietspad levert duurzame energie aan het netwerk en is veilig, comfortabel en onderhoudsvriendelijk door het gebruik van nieuwe inzichten, materialen en technieken.

In 2040 wil de provincie Utrecht energieneutraal zijn. Het opwekken van duurzame energie met zonnepanelen in wegen, wordt gezien als kansrijk. Het zonnefietspad is een pilotproject van de provincie Utrecht in samenwerking met Strukton Civiel.

Het eerste SolaRoad fietspad is in 2014 als pilot aangelegd in Krommenie langs de N203. In de Twentse gemeente Haaksbergen is een SolaRoad fietspad aangelegd in het groene bedrijvenpark Stepelerveld. De opgewekte elektriciteit

wordt daar ingezet voor de openbare verlichting en het LED­scherm op het bedrijventerrein. In Groningen zijn de elementen toegepast in een bankje en kunnen met de opgewekte energie elektrische fietsen en mobiele telefoons worden opgeladen. Ook over de grens is het principe toegepast, zoals in Frankrijk voor onder andere de verlichting van een rotonde.

Strukton>

Meer over SolaRoad>

Video: Strukton/YouTube

Supercoating op ligninebasis voor hout

Vanwege de wens om meer en meer aan duurzaamheid te doen, zijn veel landen op zoek naar het vervangen van beton door hout als constructiemateriaal. Hout is een CO2­vriendelijke, hernieuwbare grondstof maar heeft ook nadelen. Het is bijvoorbeeld gevoelig voor degradatie bij blootstelling aan zonlicht en vocht. Om die reden zijn er beschermende coatings nodig. Onderzoekers van de Aalto University hebben lignine, een natuurlijk polymeer dat volop aanwezig is in hout en andere plantaardige bronnen, gebruikt om een veilige, goedkope en hoogwaardige coating te maken, speciaal voor gebruik in de bouw.

Lignine komt onder meer vrij als een afvalproduct van pulp­ en bioraffinageprocessen. Jaarlijks wordt via die weg wereldwijd zo’n 60 ­ 120 miljoen ton lignine geproduceerd, waarvan 98 procent wordt verbrand voor energieterugwinning; ondanks dat lignine verschillende interessante eigenschappen heeft.

Het is een natuurlijk polyfenol dat onder meer kan worden gebruikt om epoxy’s te harden. Helaas is het slecht oplosbaar in water en dat heeft in het verleden het gebruik van ongemodificeerde lignine in coatings in de weg gestaan.

Om dit probleem op te lossen, gebruikten de onderzoekers van Aalto University in water dispergeerbare colloïdale ligninedeeltjes (CLP’s) en een epoxyverbinding ­ glyceroldiglycidylether (GDE) ­ om een

multibeschermende biologische oppervlaktecoating te maken. Dat lijkt te zijn gelukt.

Met de GDE/CLP­verhoudingen van 0,65 en 0,52 g/g bleken de uitgeharde CLP­GDE­films zeer goed bestand tegen slijtage en hitte. Bij toepassing als coating op houten ondergronden, zorgden uiterst dunne oppervlaktelagen (de helft zo dun als commerciële coatings) voor effectieve bescherming tegen water,

vlekken, en zonlicht.

Volgens de Aalto­onderzoekers is lignine als coatingmateriaal veelbelovend en heeft belangrijke voordelen ten opzichte van de synthetische en biobased coatings die nu op de markt zijn. Het heeft uitstekende anticorrosieve, antibacteriële, anti­ijsvorming en UV­beschermende eigenschappen.

Verder onderzoek zal zich concentreren op het ontwikkelen van eigenschappen zoals de elasticiteit van de coating.

De studie werd op 15 juli 2021 gepubliceerd in ACS Applied Materials & Interfaces op onder de titel ‘Colloidal Lignin Particles and Epoxies for Bio-Based, Durable, and Multiresistant Nanostructured Coatings.’

Het is online>

Bron: Aalto>

Waterafstotende houtcoating beschermt tegen vlekken en door de zon veroorzaakte kleurveranderingen, terwijl het ademend vermogen en de natuurlijke ruwheid van het hout behouden blijft (Foto: Aalto)

Alpet: isolatiemateriaal van gerecycled PET

Isolatiestroken zijn een essentieel onderdeel voor een goede thermische isolatie in aluminium raamprofielen en gevels. Ze fungeren in vensters als thermische scheiders tussen buiten en binnen. Een belangrijk element dus dat nog belangrijker wordt met de opwarming van de aarde en de noodzaak om de CO2­uitstoot te verminderen. En hoewel het al meer dan vier decennia bestaat, is het

materiaal aan verbetering toe. Om die reden ontwikkelde het Zwitserse onderzoeksinstituut EMPA, samen met Hochuli Advanced (een spin off van het metaalconstructiebedrijf Hochuli ) het nieuwe isolatiemateriaal Alpet. Het gaat om een composiet van glasvezelversterkte kunststof waarin zich een schuimstrook van polyethyleentereftalaat (PET) bevindt, afkomstig van gerecyclede PET­flessen.

De isolerende eigenschappen van Alpet zijn te danken aan ontelbare poriën (met een diameter van minder dan 0,5 mm) in het PET­materiaal. De thermische geleidbaarheid van de prototypes is gemiddeld ongeveer 0,1 W/mK, en dat is volgens EMPA veel minder (en dus beter) dan een standaard isolatiestrook gemaakt van conventioneel toegepaste polymeren, zoals polyamide (ongeveer 0,25 W/mK).

Alpet is inmiddels getest door het gespecialiseerde Duitse IFT­testinstituut in Rosenheim (Beieren). De Duitse experts herhaalden niet alleen de Zwitserse tests, maar onderwierpen de prototypes ook aan brand­ en breuktests en andere belastingen ­ bijvoorbeeld aan onzichtbare microscheuren na 1000 uur opslag in olie of licht zuur, of aan sterke spanning in de dwarsrichting richting. Vergeleken met de high­end producten die al op de markt zijn schat Hochuli dat de thermische isolatie in bijvoorbeeld een nieuw kantoorgebouw tot twintig procent verbeterd kan worden met Alpet. En omdat de nieuwe isolatiestroken compatibel zijn met alle bestaande gangbare systemen, kunnen bestaande oplossingen relatief eenvoudig worden geüpgraded.

Klaar voor montage: de Alpet isolatiebaan van kunststof. De groenachtige kleur van het vulmateriaal komt door het gebruik van PET van gerecyclede flessen (Foto: EMPA)

Bron EMPA>

Cement wordt geleidend met koolstof

Beton wordt eigenlijk vooral gebruikt in bouwconstructies. Onderzoekers van de MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub), willen daar verandering in te brengen. In samenwerking met het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek (CNRS) willen ze beton duurzamer maken door nieuwe functionaliteiten toe te voegen, elektronengeleiding in het bijzonder. Dat zou beton geschikt maken voor allerlei nieuwe, tot dusver onvermoede toepassingen, variërend van verwarming tot energieopslag. De resultaten van het onderzoek werden onlangs gepubliceerd in ‘Physical review materials’ onder de titel ‘Electric energy dissipation and electric tortuosity in electron conductive cement­based materials.’

Voor hun onderzoek koos het team voor

carbon black, een goedkoop koolstofmateriaal met uitstekende geleidbaarheid. Dat bleek een goede keuze. Bij toevoeging van niet meer dan vier procent carbon black, bleek het materiaal al geleidend te worden. Bovendien bleek dat de elektrische stroom zelfs warmte kon genereren, mede dankzij het zogenaamde Joule­effect. Deze Joule­verwarming (of Ohmse verwarming) wordt veroorzaakt door interacties tussen de bewegende elektronen en atomen in de geleider.

Zelfs een kleine spanning ­ 5 volt ­ bleek de oppervlaktetemperatuur van de betonmonsters (ongeveer 5 cm3) te kunnen verhogen tot 41 °C. Dat zou interessant kunnen zijn interessant voor nieuwe, potentiële toepassingen, zoals vloerverwarming of het sneeuwvrij maken van

trottoirs of start­ en landingsbanen op luchthavens.

Voor het zo ver is, moet echter een reeks technische problemen worden opgelost. Zonder een methode om de nanodeeltjes in het cement onder te brengen in een functionerend ‘circuit,’ zou de geleidbaarheid bijvoorbeeld onbruikbaar zijn. Daarom concentreerde het team zich op een eigenschap die bekend staat als tortuosity (kronkeligheid). Het idee is dat de weg die elektronen afleggen door het cement, kronkelig is en daarmee groter dan de lengte van het cementmonster. Daarmee is er een verband tussen kronkeligheid en geleiding.

Om de kronkeligheid te optimaliseren, moesten de onderzoekers een balans worden vinden tussen de cementdispersie en hoeveelheid van koolstof. Bij te weinig koolstof werkt het principe niet, maar te grote hoeveelheden koolstof kunnen dan weer contraproductief zijn. De truc zit in een exact geoptimaliseerde verhouding.

Het doel van het recente onderzoek was overigens niet alleen om aan te tonen dat het mogelijk is om multifunctioneel, elektrisch geleidend cement te maken, maar ook dat het in grote hoeveelheden kan worden geproduceerd. Door de onderzochte mechanismen te begrijpen en te kwantificeren, hoopt het team dat multifunctioneel cement uiteindelijk op een brede schaal kan worden toegepast.

Meer bij MIT>

MIT CSHub postdocs Nicolas Chanut en Nancy Soliman met twee van hun geleidende cement monsters (Foto: Photo: Andrew Logan)

Fermentatieresidu als grondstof

De Hallertau is het grootste hopteeltgebied van Duitsland. Bij het oogsten blijft er kaf van de hop over, dat ter plaatse in een biogasinstallatie wordt vergist tot milieuvriendelijk bio­methaan. Het residu wat van dat fermentatieproces overblijft, wordt vanwege het hoge nutriëntengehalte als meststof in de landbouw gebruikt. Maar die toepassing wordt gezien als laagwaardig en bovendien komt op die manier stikstof in de bodem terecht.

Onderzoekers van het Duitse Instituut voor Textiel­ en Vezelonderzoek Denkendorf (DITF) hebben samen met wetenschappers van de universiteit van Reutlingen een manier gevonden om die fermentatieresiduen niet in het veld te laten eindigen, maar om te zetten

Residu van het fermentatieproces (Foto: DITF)

Kastje van fermentatiecomposiet (Foto: DITF)

tot een materiaal dat in de industrie kan worden verwerkt. Het gaat om een composiet die kan worden gebruikt om laminaten te produceren die op hun beurt weer kunnen gebruikt in de meubelindustrie.

Eerst wordt het residu gewassen, waarna er een non­woven mat van wordt gemaakt. Die wordt geïmpregneerd met een biobased harssysteem en ten slotte samengeperst tot een composietmateriaal. Het laminaatmateriaal kan op verschillende manieren worden toegepast als (dragend) constructiemateriaal. Inmiddels heeft het team een klein vierkant kastje van het materiaal gefabriceerd, dat als demonstratiemodel dient. Volgens DITF is het project een prima voorbeeld van succesvolle circulaire economie en waardecreatie. Het gebruik van biogas­residu als industriële grondstof is een milieuvriendelijk alternatief voor het eerdere gebruik als meststof,

wat nitraatvervuiling van de bodem veroorzaakt en bovendien onder vuur ligt door nieuwe regelgeving. Chemische toevoegingen zijn in het productieproces bewust vermeden. Bovendien is het mogelijk om ook restanten van de tex­

tielindustrie te gebruiken, met als gevolg verassende ontwerpmogelijkheden en een verdere toegevoegde waarde voor het milieu.

‘Bouw moet inzetten op biobased materialen’

Eerder dit jaar publiceerde Rabobank een artikel waarin wordt gesteld dat bouwen met biobased materialen noodzakelijk is om de doelstelling van de Nederlandse overheid ­ volledige circulariteit in 2050 ­ te kunnen halen. Materialen zoals stro, vlas en vooral hout zijn vaak volledig recyclebaar of composteerbaar en nemen CO2 op uit de atmosfeer en slaan dit op. Een kuub hout compenseert circa 1 ton CO2, wat overeenkomt met ongeveer 5.000 autokilometers. Daarnaast heeft hout als bouwmateriaal een aantal constructieve en gebruikstechnische voordelen. Het belangrijkste voordeel is volgens de Rabobank de bijdrage die biobased materialen kunnen leveren aan een CO2­neutralere bouwproductie en daarmee aan de totale klimaat­ en circulaire bouwdoelstellingen van Nederland. Dat maakt biobased bouwen ook op korte termijn aantrekkelijk, omdat het een oplossing kan zijn voor gebieden waar

nu vanwege stikstofregelgeving niet (traditioneel) gebouwd mag worden. Bovendien zou meer productiebosbouw een financieel aantrekkelijk perspectief kunnen zijn voor sommige landbouwgronden en ­bedrijven in ons land.

Rabobank ziet in dat verband een goede optie voor meer bosbouw in mogelijk vrijkomend agrarisch areaal (agroforestry).

Meer bij Rabobank>

Bron: DITF>

Non-woven mat geïmpregneerd met een biobased harssysteem (Foto: DITF)

Bioactieve papieren coatings ter vervanging van plastic voor het verpakken van voedingsmiddelen

Plastic afval neemt elk jaar toe. Een aanzienlijk deel daarvan komt van plastic voor voedingsmiddelen. Maar er wordt gewerkt aan een oplossing. Als onderdeel van het ‘BioActiveMaterials’ ­project hebben onderzoekers van het Fraunhofer­Gesellschaft nu een milieuvriendelijke coating voor papieren verpakkingen ontwikkeld.

Het overgrote deel van worst, kaas, vis vlees en vleeswaren is voorverpakt. Ook vers fruit, salades en groenten zitten te vaak in plastic verpakkingen. Die kunststof verpakkingen zijn vaak gebaseerd op minerale olie en als ze in het milieu terechtkomen, worden ze afgebroken

tot microplastics, die uiteindelijk in de voedselketen terechtkomen.

Het Fraunhofer­instituut voor procestechniek en verpakking IVV en het Fraunhofer­instituut voor grensvlaktechnologie en biotechnologie IGB hebben onlangs een innovatieve en duurzame oplossing voor voedselverpakkingen gepresenteerd. Net als bij conventionele verpakkingen blijven de etenswaren langer vers, maar de nieuwe verpakking bevat geen plastic. Na gebruik kan het materiaal probleemloos worden gerecycled.

In het kader van het project ‘BioActiveMaterials’ gebruikten de onderzoekers

papier als basismateriaal verpakkingsmaterialen en met behulp van standaardprocessen werd het papier voorzien van een speciale coating. De onderzoekers maken deze coating van eiwitten en was, met biobased additieven. De samenstelling van deze coating, die volgens de onderzoekers langdurige stabiel is, heeft meerdere functies. In de eerste plaats werken de eiwitten als zuurstofbarrièrelaag, terwijl de was waterdamp tegenhoudt, waardoor bijvoorbeeld fruit niet snel uitdroogt. Daarnaast hebben de biobased additieven een antioxidatieve en antimicrobiële werking. Dat voorkomt eventueel bederf. De eiwitten in de coating spelen ook een specifieke

Bij het coatingproces wordt het papier over rollen geleid en voorzien van de BioActive Materials opdruk. De worden geleverd in de vorm van een waterige dispersie (Foto: Fraunhofer)

rol. Ze voorkomen het doordringen van minerale olie van het papier naar het voedsel en dat is belangrijk want vooral gerecyceld papier bevat resten van oliehoudende printerinkt.

Volgens de onderzoekers is het nieuwe, gecoate papier een prima alternatief voor de huidige voedselverpakkingen. Consumenten kunnen het met papier verpakte etenswaren op precies dezelfde manier bewaren en verwerken als de voedingsmiddelen die in conventionele plastic verpakkingen zijn ingepakt. Bij het selecteren van de grondstoffen koos het team natuurlijke stoffen die al zijn goedgekeurd voor gebruik in de voedingsindustrie, biologisch afbreekbaar en commercieel verkrijgbaar zijn. Voor de eiwitcomponent experimenteerden ze bijvoorbeeld met koolzaad, lupine, wei of zonnebloemen. Wat de was betreft, kozen de onderzoekers voor bijenwas en was gemaakt van de Mexicaanse candelillastruik en van de Braziliaanse carnaubapalm.

Volgens Fraunhofer zit de truc in de mengverhouding en de volgorde waarin de afzonderlijke stoffen worden toegevoegd. Door te spelen met de verhouding, bleken de onderzoekers in staat om de coating exact te optimaliseren voor specifieke toepassingen. Verpakkingen voor bijvoorbeeld vlees die meer antioxidanten bevatten, zouden een bijzonder sterk antimicrobieel en antioxidatief effect kunnen hebben, terwijl een wascoating weer goed beschermt tegen uitdroging.

De bioactieve coating kan zowel voor karton als papier worden gebruikt. En ook het bedrukken van de verpakking is volgens Fraunhofer geen probleem. Een producent kan zijn logo of de voedingswaarde­informatie die volgens de levensmiddelenwetgeving vereist is, gewoonweg afdrukken.

Fraunhofer>

Een hersluitbare zak van papier met de coating aan de binnenkant. Na gebruik gaat de verpakking samen met de bioactieve materialen in de prullenbak (Foto: Fraunhofer)

MAKE IT MATTER MAKE IT MATTER

De rubriek MAKE IT MATTER wordt in samenwerking met MaterialDistrict (MaterialDistrict.com) samengesteld. In deze rubriek worden opvallende, en/of interessante ontwikkelingen en innovatieve materialen uitgelicht.

Schone baksteen van PFAS-klei

De Nederlandse ontwerpster Emy Bensorp ontwikkelde met haar startup Claybens een methode om met PFAS vervuilde kleigrond om te zetten in schone keramische materialen en producten zoals bakstenen. In 2019 heeft de politieke aandacht voor PFAS de hele bouwsector van Nederland stilgelegd, omdat de Nederlandse bodem op veel plaatsen PFAS bevat. Bensorp bedacht een oplossing, door verontreinigde klei te gebruiken om bakstenen te maken. Bakstenen moeten worden gebakken en PFAS wordt vernietigd bij hoge temperaturen.

Meer bij MaterialDistrict>

Verf van afvalbeton

Ontwerper Kukbong Kim ontwikkelde Celour, een verf gemaakt van afvalbetonpoeder, overgebleven van recyclingbeton, dat actief CO2 uit de lucht haalt en bindt door minerale carbonatatie; een proces waarbij CaO (calciumoxide) in het poeder reageert met CO2 tot vast CaCO3 (calciumcarbonaat). Met Celour­verf verwijnt er dus minder afval cementpoeder naar de vuilstorplaats en wordt CO2 uit de atmosfeer gebonden.

Meer bij MaterialDistrict>

Ultra waterdoorlatende steen

Start­up Aquipor ontwierp een bestratingsmateriaal met poriën van minder dan micron die water doorlaten, maar al het andere aan het oppervlak blijft. De oppervlaktetechnologie heeft de sterkte en duurzaamheid van traditioneel beton , maar heeft een waterstroomsnelheid die grote hoeveelheden regen op natuurlijke wijze doorlaat. Voordeel van Aquipor ten opzichte van soortgelijke materialen is, behalve dat het doorlaatbaar is, dat er alleen water doorheen kan. Deeltjes, vuil en puin blijven op het oppervlak.

Meer bij MaterialDistrict>

Akoestische design mycelium

panelen

Architectenbureau Arup en het Italiaanse biodesignbedrijf Mogu ontwikkelden samen wat naar verluidt ‘s werelds eerste mycelium akoestische paneelsysteem is: Foresta. Het Foresta paneelsysteem bestaat uit een modulair raamwerk zodat het naar behoefte kan worden aangepast aan van het interieur. Elke module wordt als paddenstoelmycelium gekweekt op een substraat van agrarische afvalstoffen, zoals hennepbieslook en textielresten.

Meer bij MaterialDistrict>

Toren gemaakt van 99 procent teruggewonnen materialen

De Boomtoren, de nieuwste toevoeging aan het Hof van Cartesius , een circulaire werkruimte voor creatieve en duurzame ondernemers in Utrecht. Het is een toren gemaakt van 99 procent teruggewonnen materialen, waaronder gerecycled CLT en ramen van gesloopte Dudok­gebouwen.

RiBoard

Meer bij MaterialDistrict>

RiBoard is een materiaal gemaakt van cementgebonden gerecyclede minerale vezels. Het heeft goede akoestische eigenschappen en is brandwerend. De componenten zijn milieuvriendelijk met als hoofdbestanddeel een 100 procent gerecycled mineraalvezelmateriaal. RiBoard kan goed worden gecombineerd met uiteenlopende oppervlakken zoals HPL of houtfineer. Het is leverbaar in kleuren naar keuze.

Meer bij MaterialDistrict>

SuprAnodic Collection

Chemisch geanodiseerd aluminium is een populair materiaal als bouwcomponent. Het materiaal heeft echter nadelen, zoals kleurconsistentie tussen verschillende batches en een beperkte kleurkeuze. De SuprAnodic­collectie is volgens de fabrikant een super duurzame, lang meegaande poedercoating. Het is speciaal ontwikkeld voor aluminium en stalen architecturale componenten, zoals raamkozijnen, gevels, bekleding en deuren. De collectie bestaat uit tweeëntwintig kleuren met een geanodiseerde look met alle voordelen van een poedercoating in super duurzame kwaliteit.

Meer bij MaterialDistrict>

Wereldprimeur:

3D-geprinte stalen brug geopend

Op 15 juli opende Hare Majesteit Koningin Máxima in Amsterdam de eerste 3D­geprinte stalen brug ter wereld. De brug is vervaardigd door de Amsterdamse scale­up MX3D en is geplaatst op de Oudezijds Achterburgwal in Amsterdam. De brug is een prijswinnend ontwerp van Joris Laarman Lab en het resultaat van een samenwerking tussen onder meer MX3D, softwarebedrijf Autodesk, hoofd engineer Arup, staalconcern ArcelorMittal, gemeente Amsterdam en de Universiteit Twente. Deze voetgangersbrug vervangt de komende twee jaar de oude brug die extern wordt gerestaureerd.

Volgens MX3D is met dit project aangetoond dat het mogelijk is om groot in metaal te printen. Met deze nieuwe technologie kunnen metalen structuren worden geproduceerd, zonder materiaalverspilling en met een aanpasbare vorm en stijl.

Laarmans ontwerp is 12,2 meter lang, 6,3 meter breed en weegt 6.000 kilo. MX3D heeft dit ontwerp, met Arup als hoofdingenieur, mogelijk gemaakt door lasrobots met intelligente software te veranderen in industriële 3D­printers.

Laag voor laag hebben ze zo de organische vormen weten te creëren. De brug, die eigendom blijft van MX3D, is voor plaatsing uitgebreid getest door Imperial College Londen, met behulp van de Universiteit Twente.

Om een veilige constructie te garanderen van de brug deed Imperial College London op onderzoek naar de sterkte en de structuur. De test vonden plaats in september 2019 bij de Universiteit Twente. Daar werd het volledige draagvermogen van de brug getest om de vei­

ligheid en functionaliteit te waarborgen. Naast het ontwerp is ook de monitoring van de brug innovatief. De brug is uitgerust met slimme sensoren om data te verzamelen voor onderhoud. Om die reden werd door de Universiteit Twente samen met MX3D, Autodesk en Arup een permanente sensornetwerk ontworpen, ontwikkeld en getest en uiteindelijk op de brug geïnstalleerd.

Softwarebedrijf Autodesk heeft met The Alan Turing Institute een zogenaam­

15 juli 2021. Koningin Máxima opent in Amsterdam de eerste 3D-geprinte stalen brug ter wereld (Foto: MX3D/Adriaan de Groot))

de Digital Twin van de brug gemaakt. Hiermee kan de veiligheidsstatus real time worden gemonitord, inclusief de simulatie met verschillende condities en belastingen. Met de data kan de gemeente ook verkeersstromen over de brug en de drukte in het gebied meten. Daarnaast doet Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions (AMS Institute), in samenwerking met onder andere TU Delft, Universiteit Twente en gemeente Amsterdam, onderzoek naar de ethische consequenties en regulering van slimme infrastructuur in de stad.

Vragen zoals: ‘wat willen we als burgers eigenlijk dat er gemeten wordt’ en ‘van wie zijn de verzamelde data’ en ‘willen we eigenlijk wel een stad vol sensoren’, staan hierbij centraal. De brug wordt hiermee een waar ‘Living Lab’. In 2018 won de brug de publieksprijs tijdens de Dutch Design Week.

UTwente>

MX3D>

Joris Laarman>

Het MX3D­project is mogelijk gemaakt dankzij de nauwe samenwerking met partners: Autodesk, Heijmans, Joris Laarman Lab en ArcelorMittal en de ondersteuning van Lead Structural Engineer Arup, The Alan Turing Institute Data Centric Engineering Programme, Lloyd’s Register Foundation, Air Liquide, ABB Robotics en Lenovo. Belangrijke bijdragen leverden: Force Technologies, HBM, Oerlikon, Faro Technologies, STV, Oerlikon Welding, MousBV en Plymovent. Publieke partners: TU Delft, Imperial College London, University of Twente, Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions (AMS Institute) en de gemeente Amsterdam.

Fabricagerobot in actie (Foto: MX3D/Olivier de Gruijter)

Boven: De stalen 3D-geprinte brug tijdens de Dutch Design Week in 2018

Onder: Plaatsing van de brug Oudezijds Voorburgwal (Foto’s: Adriaan de Groot)

Video (MX3D/YouTube

Nieuwe generatie biobased polyesters voor duurzame producten

Ter introductie van biobased polyesters voor high­performance toepassingen, zoals automotive en elektronica, ontwikkelt Wageningen Food & Biobased Research (WFBR) een nieuwe generatie biobased polymeren op basis van het molecuul isoidide. Biobased producten veroveren nu al geleidelijk hun aandeel in alledaagse producten zoals verpakkingen, en nu wil WFBR ook polymeren ontwikkelen voor de high­performance markt.

Met behulp van het rigide, op zetmeel gebaseerde molecuul isoidide van Archer Daniels Midland ontwikkelen WUR­wetenschappers een nieuwe generatie polymeermaterialen die niet alleen in BPA (bisfenol A)­vrije verpakkingen kunnen worden gebruikt, maar ook in technische toepassingen zoals in de automotive en elektronicasector.

Deze biobased, maar toch sterke en thermisch bestendige materialen zijn veelzijdig. Dat blijkt ook uit de projecten waarin Wageningen Food & Biobased Research samenwerkt met haar industriële partners. Refresco is bijvoorbeeld

Isoidide behoort tot de familie van dianhydrohexitol, stoffen die zijn afgeleid van hernieuwbare bronnen van polysachariden op basis van granen. Op het gebied van polymere materialen worden deze diolen hoofdzakelijk gebruikt om polycondensaten te synthetiseren of te modificeren. Hun aantrekkelijke eigenschappen als monomeren zijn gekoppeld aan hun stijfheid, chiraliteit, niet­toxiciteit en het feit dat ze niet zijn afgeleid van aardolie.

De grondstof isoidide is interessant voor een breed scala aan polyesters. Het is een symmetrisch en thermisch stabiel monomeer dat uit suiker te halen is. Mede daarom is het een interessante bouwsteen voor biobased producten. Polymeren op basis van isoidide zijn bruikbaar voor verpakkingsmateriaal of bouwmaterialen maar ook voor andere toepassingen, zoals toepassingen in de elektronica­industrie en de auto­industrie.

Illustratie: WFBR

geïnteresseerd in het potentieel van HIPPSTAR­materialen voor flessen, Beckers gaat ze gebruiken als metaalcoatings en HollandColours zal ze gebruiken in hun kleurstofformules. Samenwerken met belangrijke industriële partners is de beste manier om polymeren te ontwikkelen die voldoen aan de eisen en normen van de markt. Het gebruik van agrarische reststromen en overschotten van biomassaproductie, in plaats van vervuilende fossiele grondstoffen, is volgens de WFBR de optimale duurzame oplossing om een bijdrage te leveren aan het evenwicht tussen mens en natuur. Het gebruik van biobased polymeren in duurzame producten draagt bij aan de circulaire en biobased economie en helpt om de CO2­voetafdruk van de materialen langdurig te verlagen.

Wageningen University & Research (WUR)>

Archer Daniels Midland (ADM)> Beckers Industrial Coatings> Holland Colours Apeldoorn> Refresco>

HIPPSTAR: High performance polymers based on starch

Tijdens de samenwerking van WFBR met Archer Daniels Midland (ADM) werden er in het verleden diverse thermoplastische polymeerproducten uit zetmeel ontwikkeld. Deze projecten werden onder andere mede gefinancierd door de Nederlandse Topsector Agri&Food. In een eerder project hebben WFBR en ADM generieke technologie ontwikkeld voor de productie van hoogwaardige polyesters op basis van isoidide. Dankzij hun bijzondere thermo­mechanische eigenschappen bieden isoidide­polyesters veel mogelijkheden om te worden gebruikt in toepassingen die verder gaan dan alleen verpakkingen.

Doel van dit project is het synthetiseren van een bredere groep van isoididebevattende polymeren en het verkrijgen van uitgebreide wetenschappelijke inzichten in hun mechanische, gasbarrière­, vezel­ en film­vormende eigenschappen. Daarnaast zal hun industrieel relevante toepassingspotentieel in toepassingen als (voedsel)verpakkingen en coatings, textielvezels en industriële coatings worden onderzocht. Dit onderzoek gebeurt in samenwerking met vier industriele partners: ADM, Beckers Industrial Coatings, Holland Colours Apeldoorn en Refresco.

Zie ook:

HIPPIE: Ontwikkeling van high performance-polymeren op basis van isoidide>

Science direct: ‘Polymers from renewable 1,4:3,6-dianhydrohexitols (isosorbide, isomannide and isoidide): A review’ (2010)>

Kunststoffenbeurs 2021

Paddleboard van hernieuwbare lichtgewicht materialen

Conventionele surfplanken zijn gemaakt van op aardolie gebaseerde materialen zoals

epoxyhars en polyurethaan. Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Wood Research, Wilhelm­Klauditz­Institut, WKI, willen nu plastic boards vervangen door een duurzaam alternatief en wel door een stand­up paddleboard te ontwikkelen, volledig gemaakt van honderd procent hernieuwbare grondstoffen.

In het zogenaamde ecoSUP­project willen de Fraunhover­wetenschappers een stand­up paddleboard ontwikkelen dat is gemaakt van 100 procent hernieuwbare grondstoffen en dat bovendien sterk is. Het project wordt gefinancierd door het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek (BMBF). Het Fraunhofer Centrum voor Internationaal Management en Kenniseconomie IMW begeleidt het onderzoekswerk, met TU Braunschweig als projectpartner. De standaardplaten waarvan de conventionele paddle boards zijn gemaakt, bestaan uit een kern van polystyreen, versterkt met glasvezel en afgedicht met een epoxyhars. In plaats daarvan gebruikte het Fraunhofer­team gerecycled balsahout voor de kern. Dit natuurlijke

Textiel gemaakt van vlasvezels die als versteviging in het bord zijn verwerkt (Foto: Fraunhofer)

Houtvezels (Foto: Fraunhofer)

materiaal heeft een zeer lage dichtheid en is toch mechanisch belastbaar. Het wordt om die reden al vele jaren in grote hoeveelheden gebruikt in windturbines. Maar ook windturbines worden afgedankt ­ alleen al in 2020 6000 ­ en een groot deel van het afvalmateriaal wordt verbrand, inclusief het balsa.

Het balsahout uit het rotorblad halen is niet eenvoudig. Balsa is stevig verbonden met de glasvezelversterkte kunststof (GFRP) van de rotorwand. Fraunhofer WKI ontwikkelde (en patenteerde) inmiddels een methode waarbij het hout in een slagmolen van het composietmateriaal wordt gescheiden. De dichtheidsverschillen tussen de verschillende materialen worden daarbij gebruikt om het mengsel met behulp van een windzifter in individuele componenten te splitsen. De balsahoutvezels, die als snippers en fragmenten aanwezig zijn, worden vervolgens fijngemalen. Hierbij

worden de houtdeeltjes tot een soort beslag gesuspendeerd en verwerkt tot een licht maar stevig en stabiel houtschuim. Toevoegen van lijm is niet nodig. De dichtheid en sterkte van het schuim kan naar wens worden aangepast. Omdat de onderzoekers het complete sandwichmateriaal van conventionele paddleboards volledig wilden vervangen, is ook het omhulsel van het ecologische board gemaakt van een honderd procent biobased polymeer. Het is versterkt met vlasvezels.

In eerste instantie richten de onderzoekers zich op stand­up paddleboards. Het hybride materiaal blijkt echter ook geschikt voor alle andere soorten boards, zoals skateboards en zelfs als gevelelement in de thermische isolatie van gebouwen.

Fraunhofer>

Auxetisch beton haalt energie uit de zee

Golven die tegen de kust aan beuken generen energie. Onderzoekers Branko Šavija en Yading Xu van de TU Delft willen die energie door middel van een speciaal soort beton opvangen en zo een alternatieve energiebron creëren. Šavija werkte de afgelopen jaren op de afdeling materiaalkunde van zijn universiteit aan materialen die zich ‘onverwachts’ gedragen. Zoals auxetisch beton, een flexibel beton dat een speciale eigenschap heeft. Bij drukbelasting trekt het samen, maar verdwijnt die belasting, dan zet het uit als een soort spons. Het omgekeerde effect treedt op bij trekspanning. Dit nieuwe beton bevat gaten, waardoor het minder sterk, maar veel flexibeler is. Een mogelijke toepassing die de onderzoekers zien is het gebruik van het beton bij kustbescherming.

Golfbrekers bestaan uit grote stukken beton. Wanneer de golven die raken, ontstaan vibraties die omgezet kunnen worden in stroom. Vanwege de 450 kilometer lange kustlijn in ons land zien de onderzoekers veel potentie in dit plan.

Šavija diende samen met collega­onderzoeker Yading Xu vorig jaar een aanvraag in bij NWO­financieringsinstrument Open Mind. In november 2020 kregen ze op de online editie van innovatiefestival TEKNOWLOGY een financiering

van 50.000 euro toegekend. Daarmee kunnen ze een jaar lang aan de slag om hun plan te testen. Volgens de jury ging het om een ‘volstrekt origineel idee om een interessante nieuwe energiebron te verkennen’.

Inmiddels zijn ze in hun lab bezig om zogenoemde piëzo­elektrische polymeerfilms te koppelen aan het beton. Deze zachte en flexibele folie is in staat om de beweging uit het beton om te zetten in een elektronische weerstand. Inmiddels hebben de plannen ook buiten de TU interesse gewekt. Er is een aanvraag voor een Europese subsidie wat een aantal contacten voor de toekomst heeft opgeleverd. Zo is er onder meer contact gelegd met een universiteit in Italië die aan energieopwekking door menselijke bewegingen werkt, bijvoorbeeld door sensoren in schoenen. Als ze aan het einde van het huidige onderzoek een proof of concept kunnen laten zien, denken de onderzoekers bij meer commerciële partijen te kunnen aankloppen om dit soort onderzoek mede te ondersteunen.

Tekst is gebaseerd op het artikel ‘Energie halen uit beton,’ CiTG TU Delft.

Demonstratie van energieopwekking met 'auxetic concrete' (Foto: TU Delft)

Auxetische materialen (auxetica) zijn materialen die een negatieve Poissonratio1 hebben ­ wanneer ze worden uitgerekt, worden ze dikker in plaats van dunner. Dit gebeurt vanwege hun specifieke interne structuur en de manier waarop die vervormt wanneer het monster uniaxiaal wordt belast. Van dergelijke materialen en structuren wordt verwacht dat ze mechanische eigenschappen hebben, zoals een hoge energieabsorptie en breukvastheid.

1De Poisson ratio is een materiaalconstante die beschrijft hoe een materiaal reageert op een trekof drukbelasting, namelijk welke rek er loodrecht op de trekrichting ontstaat (dwarscontractie)

Meer over Auxetica>

Video: TUD/YouTube

Open Mind 2020 contestants - Auxetic concrete energy harvester

De Bond voor Materialenkennis (BvM) is een netwerk van experts op het gebied van materiaaltechnologie. Leden zijn onderzoekers en technici bij universiteiten, hogescholen, onderzoeksinstituten en de industrie. Het doel van de BvM is om kennis van de verwerking en toepassing van materialen te verspreiden, binnen en buiten het materialenveld.

De BvM initieert symposia, cursussen, technisch-wetenschappelijke publicaties, onderzoeksactiviteiten en bevordert de educatie in materialen. De totale aangeboden technologische kennis van ieder deelgebiedmetalen, kunststoffen, keramiek, biogebaseerde materialen, lasertechnologie, verbindingen, verftechnologie, reologie, tribologie, corrosie, warmtebehandelingstechniek, duurzaamheid en betrouwbaarheid - maakt de BvM een krachtige beroepsorganisatie in Nederland en België.

Voordelen van het lidmaatschap van de BvM:

 Gratis studentenlidmaatschap: Vertel het verder!

 BvM-leden genieten van het FEMS- en het EFC-lidmaatschap van de BvM

FEMS is de Federation of European Materials Societies

EFC is de European Federation of Corrosion

 Korting op activiteiten van de BvM

 Toegang tot een groot materialennetwerk

Kijk voor meer informatie en contact op de nieuwe website van de Bond voor Materialenkennis: https://www.bondvoormaterialenkennis.nl/

Complexe glazen geometrische structuren

Origami-glas

Glas is in veel opzichten een geweldig materiaal, maar het gedetailleerd vormgeven van glazen producten valt niet mee. Dat heeft te maken met de brosse eigenschappen van het materiaal en met de hoge temperaturen waarmee de (conventionele) vormprocessen werken. In de afgelopen jaren heeft onderzoek naar het gebruik van silica­polymeercomposieten als prepolymeer voor glasproductie uitgewezen dat die techniek perspectieven biedt voor het maken van complexe geometrische vormstructuren van glas, maar aan die techniek kleven nog altijd nadelen. Hetzelfde geldt voor het 3D­printen van glas. Onderzoekers van de Chinese Zhejiang University ontwikkelden nu een methode die het mogelijk maakt om driedimensionaal transparant glas te maken met origami­technieken. De vraag is: ‘hoe vouw je glas?’

Glas wordt in onwaarschijnlijk veel verschillende producten toegepast, van servies tot bouwkundige constructies en telefoons tot kunstwerken. Sterker nog, glas is in veel toepassingen onmisbaar vanwege typische eigenschappen als optische transparantie, slijtvastheid en thermische en chemische stabiliteit. Toch blijft het verwerken van glas lastig, zeker als het om complexe geometrieën gaat. Vaak zijn de verwerkingsmogelijkheden beperkt in vergelijking met metaal en polymeren. Dat komt door de brosse aard van het materiaal en de noodzaak die vaak aanwezig is om volledige transparantie te bereiken.

3D-printen

Conventionele processen om glas vorm te geven werken onder lastige omstandigheden zoals hoge temperatuur of chemisch etsen. Sol­gel technieken maken het weliswaar mogelijk om glasvormen onder mildere omstandigheden te produceren, maar de geometrische complexiteit wordt dan toch weer beperkt door de giettechniek.

Een andere oplossing zou kunnen zijn om gebruik te maken van silica­polymeercomposieten als voorloper voor het maken van glas, wat gieten bij lage temperatuur mogelijk maakt. Daarna kan het materiaal dan machinaal worden

bewerkt en gesinterd tot de uiteindelijke 3D glazen vorm.

Ten slotte kunnen ­ zonder gebruik te maken van gieten ­ zulke precursorcomposieten (prepolymeren) ook met een 3D­printer worden vormgegeven. Feit is dat universiteiten en onderzoeksinstituten over de hele wereld onderzoek doen naar nieuwe processen als het gaat om 3D­printen van glas en ondanks dat er interessante resultaten zijn geboekt, is er klaarblijkelijk nog geen doorbraak geforceerd (zie kader volgende pagina).

Voorbeelden van een glazen kraanvogel, vaas en bloem gemaakt via de origamimethode (Foto: Nature Communications)

Origami

Onderzoekers van de Zhejiang University, in het Chinese Hangzhou hebben nu iets anders bedacht. Ze ontwikkelden een methode die het mogelijk maakt om driedimensionaal transparant glas te maken met origami­technieken.

Origami is vouwkunst, ooit uitgevonden in China, maar in de loop van eeuwen geperfectioneerd in Japan. De truc van origami is een vlakke plaat ­ van origine papier ­ om te zetten in een driedimensionale geometrie. Dat gaat inmiddels

Figuur links:

a. Schematische weergave van het fabricageproces. b Twee mechanismen voor permanente vervorming via plasticiteit. c Dynamisch polymeeresternetwerk met bungelende hydroxylgroepen. d Foto van een 3D transparante glazen veer. (Schaalbalk: 1 cm.) e Demonstratie van de hoge thermische weerstand bij 600 °C (Schaalbalk: 1 cm) (Bron: paper ‘Transparant origami glass’)

3D-printen van glas

Overal ter wereld wordt onderzoek gedaan naar het vormgeven van glas door 3D­printen (Additive Manufacturig, kortweg AM). Daarbij staan twee veelgebruikte AM­methoden in de belangstelling: Selective Laser Sintering (SLS)

en Fused Filament Fabrication (FFF, ook bekend als Fused Filament Fabrication). Bij SLS wordt met behulp van een laser laag na laag een poeder gesmolten/gesinterd tot een vast product. In het geval van FFF brengt een spuitmond­extruder

laag voor laag gesmolten materiaal aan. Doordat het vloeibare materiaal na het aanbrengen van iedere laag stolt, kan zo de gewenste vorm opgebouwd worden. Probleem van beide technieken is dat ze afhankelijk zijn van het verhogen van de temperatuur tot net onder of boven het smeltpunt van het uitgangsmateriaal. Voor glas zijn temperaturen van ruim duizend graden Celsius nodig. De eerste onderzoeken dateren van om en nabij 2015. In 2015 ontwikkelde het Israëlische bedrijf Micron3DP een systeem voor het 3D­printen van gesmolten glas, met name natronkalk en borosilicaat. Nog datzelfde jaar kwam de Mediated Matter­groep van het Massachusetts Institute of Technology en MIT Glass Lab met haar G3DP (Glass 3D Printing)­platform, een 3D­printer speciaal ontwikkeld voor het verwerken van glas. In 2017 presenteerde MIT tijdens de Mila Design Week 3D­geprinte glazen kolommen, gemaakt met het G3DP2­platform: een doorontwikkelde G3DP­printer, die volgens MIT geschikt is voor industriële productie.

Kort daarvoor presenteerden onderzoekers van de Karlsruhe Institute of Technology (KIT) een totaal nieuwe 3D­print­

3D-geprinte glazen kolommen van Mediated Matter-groep, MIT (Foto: MIT)

verder van het vouwen van een traditionele Japanse kraanvogel. Met moderne origami­technieken zijn uiterst complexe vormen te maken, en dat is precies wat de onderzoekers van Zhejiang voor ogen hadden.

Glas laat zich vanwege de brosse eigenschappen op het eerste gezicht niet vouwen en precies voor dat probleem zeggen de onderzoekers een oplossing te hebben gevonden. Het blijkt namelijk mogelijk om het prepolymeer zo samen te stellen dat er mechanismen in het materiaal worden geïntroduceerd, waardoor het materiaal aanvankelijk wel degelijk kan worden gevouwen.

Ze maakten een composietplaat door een vloeibaar prepolymeer, gevuld met silica­nanodeeltjes te harden. Vervolgens vouwden de onderzoekers het materiaal het met behulp van handmatige origamitechnieken tot verschillende geometri­

sche figuren. Door het materiaal daarna te onderwerpen aan een pyrolyse­ en sinterproces wordt het omgezet in transparant driedimensionaal glas. Op die manier slaagden ze er in om min of meer complexe vormen te maken, waaronder een kraanvogel, vaas en bloem. Hoewel ze de composietvellen in dit onderzoek met de hand vouwden, verwachten de onderzoekers dat het proces

zou kunnen worden geautomatiseerd en daarmee uiteindelijk geschikt is voor grootschalige productie.

Het open access paper werd op 12 juli 2021 gepubliceerd in Nature Communications onder de titel ‘Transparant origami glass’ (DOI: 10.1038/s41467021-24559-x).

Het is online>

methode voor glas. De methode maakte gebruik van stereolithografie, waarbij met een laserstraal laag voor laag de oppervlakte van een vloeibaar materiaal (doorgaans een polymeer, maar in het geval van KIT een mengsel van een vloeibaar polymeer en nanodeeltjes van extreem zuiver kwartsglas). Daar waar de laserstraal de vloeistof raakt, treedt de verharding op. Het materiaal, dat vloeibaar is gebleven werd vervolgens uitgewassen in een oplosmiddelbad, waardoor alleen de gewenste uitgeharde structuur overblijft. Het nog in deze glasstructuur opgesloten polymeer werd vervolgens door verhitting uitgestookt. Het onderzoek werd gepubliceerd in Nature (april 2017) onder de titel ‘Three­dimensional Printing of Transparent Fused Silica Glass.’

Begin van dit jaar meldde de OSA Optical Society de ontwikkeling van weer een andere methode: ‘two-photon polymerization.’ Het proces werd ontwikkeld door onderzoekers van het Fresnel Instituut en de École Centrale de Marseille in Frankrijk, het École Centrale en de Universiteit van Lotharingen. Hun resultaten werden gepubliceerd in Op­

tics Letters dat de gebruik van twee­fotonpolymerisatie tot 3D­printglas. De methode is gebaseerd op zogenaamde multifoton­polymerisatie, die ervoor zorgt dat de polymerisatie, alleen en exact plaatsvindt op het laserbrandpunt. Door de laser ­ of beter het laserbrandpunt ­ via een bepaald patroon door een medium te sturen, kan een object worden gemaakt. Als medium gebruikten de onderzoekers een mengsel met een

fotochemische initiator, een hars en een hoge concentratie silica­nanodeeltjes. De hoge viscositeit van dit mengsel het mogelijk om met een dubbele laserbundel een 3D­onderdeel te vormen. Het team wist verschillende glazen mini­objecten te maken, waaronder een Eifeltorentje en een fiets.

3D-printen van glas met ‘two-photon polymerization’ kan worden gebruikt om allerlei complexe objecten te maken, zoals de hier getoonde fiets (Foto: Laurent Gallais, The Fresnel Institute en Ecole Centrale Marseille)

Voorbeelden van een glazen kraanvogel, vaas en bloem gemaakt via de origamimethode (Foto: Xu et al., Nature Communications)

Nieuw slim cement: duurzamere

wegen en steden

Hoe infrastructuur ook is gebouwd, het moet worden onderhouden en uiteindelijk worden vernieuwd. Jaarlijks komen er miljoenen tonnen afval vrij en moet er nieuw cement worden geproduceerd, wat zorgt voor extra CO2­uitstoot. Daar komt nog bij dat de VN verwacht dat tegen 2050 twee derde van de wereldbevolking in steden zal wonen, wat betekent dat er tegen die tijd een enorme hoeveelheid (betonnen) gebouwen moet zijn gerealiseerd. Om te voorkomen dat daardoor een navenante hoeveelheid CO2 vrijkomt, moeten die nieuwe steden en wegen worden gebouwd met duurzaam en slim beton.

Techneuten die dit probleem aanpakken met slimme materialen, proberen doorgaans de functie van materialen te verbeteren door de hoeveelheid koolstof te verhogen. Daardoor verliest het materiaal echter aan mechanische prestaties. Door nanodeeltjes aan gewoon cement toe te voegen, hebben onderzoekers van de Northwestern University nu een slimmer, duurzamer en zeer functioneel cement gemaakt. Cement is wereldwijd het meest ge­ en verbruikte constructiemateriaal, waarmee de cementindustrie verantwoordelijk is voor acht procent van de door de mens veroorzaakte uitstoot van broei­

kasgassen. Met het doel de ecologische voetafdruk van cement te verlagen, onderzocht een Northwestern Research­team, onder leiding van professor milieutechniek Ange­Therese Akono, de mogelijkheden om met nanomaterialen de eigenschappen te verbeteren. Er wordt aangenomen dat nanomaterialen de koolstofvoetafdruk van cementcomposieten verkleinen, maar tot nu toe was er weinig bekend over de impact ervan op het breukgedrag.

Een belangrijke vraag was hoe de fractie van op koolstof gebaseerde nanomaterialen in cementmatrices te vergroten, met beheersing van de microstructuur

en verbetering van de mechanische eigenschappen.

In het bijzonder keek het team naar de breukrespons van Portland­cement dat is versterkt met een­ en tweedimensionale op koolstof gebaseerde nanomateriaal, zoals koolstofnanovezels, meerwandige koolstofnanobuizen, spiraalvormige koolstofnanobuizen en grafeenoxidenanoplaatjes.

De onderzoekers toonden aan dat nanomaterialen nano­gaatjes kunnen overbruggen, wat leidt tot porieverfijning en een lagere porositeit en wateropname. Ook constateerde het team onder meer dat er een verband bestaat tussen de

breuktaaiheid van cementnanocomposieten (in dit geval grafeen­versterkt cement) en de massafractie van de nanovulstof. Met dat inzicht kan de breuktaaiheid worden verbeterd. Volgens Nortwestern illustreert de

studie de potentie van nanomaterialen om cement te versterken en tegelijkertijd de microstructuur en waterbestendigheidseigenschappen te verbeteren.

Bron: Northwestern>

Het onderzoek, ‘Fracture toughness of one- and two-dimensional nanoreinforced cement via scratch testing’, werd op 21 juni gepubliceerd in het tijdschrift Philosophical Transactions van de Royal Society A. Het is online>

A week of immersion in the world of 3D manufacturing!

December 6 to 10 2021, International multi-event – Benelux region

The International multi­event ­ 3D Delta Week ­ will be organized from 6 ­ 10 December 2021. The 3D Delta Week will create value for users and providers along the 3D Manufacturing Value Chain. It will be the 3D manufacturing meeting point for expert and layman, inside or outside the Benelux region.

The 3D Delta week is already gathering a dozen of renown events and will continue growing as the place­to­be, with activities aimed at specific sectors, at R&D and industry, at users and suppliers. The scheduling of events will allow participants to easily move from one activity to another.

The Benelux area (the Delta) is a top region in terms of 3D

production, with a myriad of academic and applied research centres, a particularly high number of 3D­printers and numerous promising start­ups and established enterprises. On the user side, the region boasts a multitude of application areas ­ all in all, an extremely versatile and high­quality ecosystem. Now, the appropriate podium has been created to bring this leading 3D production region to the fore.

The 3D Delta Week is an initiative initially set up by Brainport Eindhoven, Flam3D, Jakajima and Mikrocentrum.

www.3ddeltaweek.com

Onderzoekster Ange-Therese Akono met monsters van slim cement (Foto: Northwestern University)

Nieuwe methode voor recycelen van lithium-ion batterijen

Onderzoekers van de Universiteit van Leicester hebben een totaal nieuwe methode ontwikkeld om batterijen van elektrische voertuigen te recyclen. Het betreft een onderzoeksproject van The Faraday Institution naar de recycling of lithium­ion batterijen (ReLiB), geleid door professor Andy Abbott van de University of Leicester.

The Faraday Institution werd opgericht in 2017 en opereert sindsdien als het nationale onderzoeksinstituut van het Verenigd Koninkrijk op het gebied van batterijwetenschap en technologie. The Faraday Institution houdt zich bezig met commercieel relevant onderzoek, nodig voor de toekomstige ontwikkeling van grensverleggende batterijtechnologie. Het onderzoek van The Faraday Institution wordt uitgevoerd door of in samenwerking met Britse universiteiten, Leicester in dit geval. Met huidige recyclingmethoden worden

afgedankte lithium­ionbatterijen doorgaans verwerkt met een shredder of een hogetemperatuurreactor. Vervolgens zijn een aantal fysische en chemische

processtappen nodig om de bruikbare materialen terug te winnen; een route die erg energie­intensief en inefficiënt is. Abbott en zijn collega's gebruikten een nieuwe methode, waarbij gebruik wordt gemaakt van hoogvermogen ultrageluid. Eerst worden de batterijen gedemonteerd en vervolgens wordt het materiaal blootgesteld aan ultrasone golven, waardoor cavitatie optreedt en de verschillende materialen delamineren. De aluminium of koperen electroden blijven achter. Het proces bleek uiterste effectief bij het verwijderen van grafieten lithium­nikkel­mangaan­kobaltoxiden, kortom NMC.

Het onderzoeksteam heeft de technologie verder getest op de vier meest voorkomende batterijtypen en heeft vastgesteld dat deze in elk geval met dezelfde efficiëntie presteert.

De resultaten zijn gepubliceerd in Green Chemistry met de titel ‘Lithium ion battery recycling using high­intensity ultrasonication’.

De samenvatting is online>

Leicester University>

Schema van het ultrasone proces dat helpt bij het delamineren van lithium-ion batterijen

Metallic wood 2.0

tijdens de synthese. Een omgekeerde scheur is een overmaat aan atomen, in dit geval extra nikkel, die de nanoporiën opvullen die juist cruciaal zijn voor zijn unieke eigenschappen.

Deze omgekeerde scheuren komen voort uit de manier waarop metallisch hout wordt gemaakt. Het begint als een sjabloon bestaande uit op elkaar gestapelde nano­bolletjes. Als er bijvoorbeeld nikkel op het sjabloon wordt afgezet, vormt het een metalen roosterstructuur rond de bollen. De bolletjes worden later opgelost waarna de typische poriën achterblijven. Als er echter plaatsen zijn waar het normale stapelpatroon van de bollen is verstoord, zoals een scheur, zal het nikkel die openingen ook opvullen, waardoor een omgekeerde scheur ­ een verdikking ­ ontstaat zodra de sjabloon wordt verwijderd.

De afgelopen drie jaar hebben ingenieurs van de School of Engineering and Applied Science van de University of Pennsylvania een soort materiaal ontwikkeld dat ‘metallic wood’ wordt genoemd. Net als bij hout bestaat metallic wood uit regelmatig verdeelde, celgrote poriën die de dichtheid radicaal verminderen zonder dat dat ten koste gaat van de sterkte van het materiaal. De precieze afstand tussen deze openingen

geeft metaalhout niet alleen de sterkte van bijvoorbeeld titanium tegen een fractie van het gewicht, maar ook unieke optische eigenschappen, waardoor het materiaal in potentie kan worden gebruikt voor sensoren. Een veelbelovend materiaal dus, maar er is een probleem. Tot dusver was het onmogelijk om het materiaal in een bruikbare omvang te produceren, en wel als gevolg van ‘omgekeerde scheurvorming’

In de waterige oplossing waarin het proces zich afspeelt, bleken de oppervlaktekrachten van water zo sterk te zijn dat ze de deeltjes uit elkaar drijven en scheuren vormen. Deze scheuren zijn erg moeilijk te voorkomen. Daarom ontwikkelden de wetenschappers een nieuwe methode om de deeltjes te kunnen assembleren terwijl de sjabloon nat blijft. Dat voorkomt dat de films barsten. Maar omdat de deeltjes nat zijn, moesten de onderzoekers ze met behulp van elektrostatisch fixeren, voor ze het sjabloon met metaal konden vullen.

De nieuwe techniek maakt het mogelijk om grotere, consistentere stroken metaalhout te maken. Het opent de weg om poreuze metalen te fabriceren die drie keer sterker zijn dan bestaande poreuze metalen (met een vergelijkbare dichtheid) en duizend keer groter dan eerdere nanoroosters. Het metallic wood zou volgens Penn kunnen worden toegepast als membraan, bijvoorbeeld om biocomponenten te scheiden, in kankerdiagnostiek, beschermende coatings en flexibele sensoren.

Meer bij Penn>

Deze strook metaalachtig hout, ongeveer 2,5 cm lang en 2,5 cm breed, is dunner dan huishoud aluminiumfolie, maar kan meer dan 50 keer zijn eigen gewicht dragen zonder te knikken

Bijschrift

Een nieuwe vloeibare kristalinkt voor 3D-printen

Vloeibare kristallen worden gebruikt in televisies en smartphones, maar toekomstige toepassingen zijn vaak lastig omdat de materialen niet kunnen worden gebruikt voor geavanceerde, snelle productiemethoden zoals 3D­printen. De materialen zijn niet viskeus genoeg om stabiele, vaste structuren te maken, en het is moeilijk om de moleculen uit te lijnen om specifieke kleuren te produceren. Onderzoekers van de TU/e hebben deze problemen opgelost door een nieuwe lichtreflecterende vloeibaarkristalinkt te ontwikkelen die kan worden gebruikt met bestaande 3D­printtechnieken. Het nieuwe onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials.

In de natuur worden iriserende materialen, die van kleur veranderen als ze vanuit verschillende hoeken worden bekeken, aangetroffen in vlindervleugels en in parelmoer (nacre) in de binnenschaal van weekdieren. Een door de mens gemaakte versie van deze natuurlijke materialen zijn cholesterische vloeibare kristallen, die kunnen worden gebruikt als ‘slimme’ materialen in lichtreflectoren, schakelbare ramen en afstembare zonne­energiecollectoren.

Voor toepassingen in de gezondheidszorg, zoals zachte draagbare sensoren of decoratieve verlichting, zijn cholesterische vloeibare kristallen bij uitstek

geschikt. Tot nu toe ontbrak het echter aan een eenvoudige manier om deze materialen te produceren en er objecten en apparaten van te maken.

Onderzoekers van de faculteit Chemical Engineering and Chemistry van de TU/e hebben in samenwerking met TNO, DSM, Brightlands Materials Center (in het DynAM­consortium) en SABIC een op de natuur geïnspireerde inkt op basis van een vloeibaarkristalelastomeer gemaakt, die via Direct­Ink­Writing (DIW) op een oppervlak kan worden 3D­geprint. Hoofdauteur van de studie is promovendus Jeroen Sol. Albert Schenning en Michael Debije van de groep

Stimuli­responsive Functional Materials and Devices (SFD) leiden het onderzoeksproject.

DIW is een extrusie­gebaseerde 3D­printtechniek waarbij een inktlaag bij laag vanuit een kleine spuitmond op een oppervlak wordt aangebracht. De huidige cholesterische vloeibaarkristalinkten kunnen niet worden geprint met DIW, dus hebben de onderzoekers een vloeibaarkristalinkt ontwikkeld die compatibel is met DIW.

De nieuwe vloeibaarkristalinkt heeft verschillende belangrijke eigenschappen. Ten eerste zijn de lichtreflecterende

eigenschappen van de inkt afhankelijk van de nauwgezette spiraalvormige uitlijning van moleculen in het materiaal, wat een afstemming van het printproces vereist. Ten tweede kunnen de moleculen in de inkt zichzelf assembleren tot deze structuren, welke kleuren vertonen die vergelijkbaar zijn met natuurlijke iriserende materialen, zoals die in vlindervleugels. Ten derde heeft de nieuwe inkt een grotere viscositeit dan eerdere inkten, waardoor het geschikt is voor DIW­printen.

Ten slotte is de inkt nieuw, makkelijk te maken en te verwerken en gebaseerd op materialen die eerder door de SFD­onderzoeksgroep aan de TU/e zijn ontwikkeld voor lichtreflecterende coatings, wat het nu ook 3D­printbaar maakt. De onderzoekers bleken bovendien ook de moleculaire uitlijning op nanoschaal uiterst nauwkeurig te kunnen regelen door de printsnelheid te variëren. Hierdoor hadden ze meer controle over het uiterlijk en de lichtreflecterende eigenschappen van het materiaal.

Aangezien de nieuwe vloeibaarkristalinkt kan worden geprint met DIW, zou deze kunnen worden gebruikt in toekomstige printprocedures voor gepersonaliseerde medische apparatuur, zoals dunne draagbare biosensoren die visueel en kleurrijk interacteren met de drager.

Tekst: TU Eindhoven>

Het artikel ‘Anisotropic iridescence and polarization patterns in a direct ink written chiral photonic polymer’, Jeroen Sol, Lanti Yang, Nadia Grossiord, Albert Schenning, and Michael Debije, Advanced Materials, (2021) is online>

Knowledge and networking event

Materials+Eurofinish+Surface 2021

The central meeting place in the Benelux with all the aspects for a good and durable final product

This you can discover:

• Inspiring exhibition floor with over 100 exhibitors

15 and 16 September 2021

09.30 a.m. – 5.00 p.m. Brabanthallen, ‘s-Hertogenbosch (NL)

• Focus on materials, analysis, bonding and surface techniques

• Extensive and high-quality conference program

• International Meet & Match

• Demonstrations and innovations

• VIP Meeting Areas

• Presentation of the Borghardt Award

• Simultaneously with Kunststoffenbeurs

• Simultaneously with Nederlandse Metaaldagen

Organization:

Van tamarindepeul naar supercondensator

Tamarinde is een tropische vrucht, waarvan de pulp in de voedingsmiddelenindustrie wordt gebruikt. De schillen worden weggegooid en komen in grote hoeveelheden op stortplaatsen terecht. Een internationaal team van wetenschappers onder leiding van Nanyang Technological University in Singapore (NTU Singapore) heeft nu een manier gevonden om het afvalprobleem op te lossen. Ze verwerkten de tamarindeschillen ­ die rijk zijn aan koolstof ­ tot koolstofnanoplaatjes, die een belangrijk onderdeel zijn van supercondensatoren: energieopslagapparaten die onder meer worden gebruikt in auto’s, bussen, elektrische voertuigen, treinen en liften. De wetenschappers, bestaande uit onderzoekers van NTU Singapore, de Western Norway University of Applied Sciences in Noorwegen en de Alagappa University in India, denken dat deze nanosheets (een typische, tweedimensionale nanostructuur), wanneer ze worden opgeschaald, een milieuvriendelijk alternatief kunnen zijn voor hun industrieel geproduceerde soortgelijke materialen, en tegelijkertijd de tamarinde­afvalstroom verminderen.

Om koolstof nanoplaten te maken, wasten de onderzoekers eerst de schalen van tamarindevruchten en droogden ze ongeveer zes uur bij 100 °C. Daarna werden ze tot poeder vermalen. De wetenschappers bakten het poeder vervolgens in een oven, en in afwezigheid van zuurstof gedurende 150 minuten bij 700 ­ 900 °C. Tijdens dit proces ontston­

den de ultradunne koolstof plaatjes De uit tamarinde gemaakte nanosheets bleken een prima thermische stabiliteit en elektrische geleidbaarheid te bezitten, waardoor ze veelbelovende opties zijn voor energieopslag. (Een veelgebruikt materiaal dat wordt gebruikt om koolstofnanobladen te produceren, zijn overigens industrieel geproduceerde hennepvezels. Die moeten echter 24 uur worden verwarmd tot meer dan 180 °C ­ vier keer langer en op een hogere temperatuur dan tamarindeschillen.)

Het team hoopt nu samen met landbouwpartners de productie van koolstof nanosheets op grotere schaal te kunnen onderzoeken. Er wordt intussen ook

gewerkt aan het verminderen van het energieverbruik van het productieproces, waardoor het nog milieuvriendelijker wordt. Ook willen de onderzoekers de elektrochemische eigenschappen van de nanosheets verder verbeteren.

Het onderzoek werd onder de titel ‘Cleaner production of tamarind fruit shell into bio­mass derived porous 3D­activated carbon nanosheets by CVD technique for supercapacitor applications’ op 2 juni 2021 gepubliceerd in Chemosphere.

https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131033

NTU>

Schemastische weergave van het proces (Bron: NTU)

Melkeiwit-plasticschuim

Een onderzoeksteam van KTH Royal Institute of Technology heeft een nieuw kunststofschuim ontwikkeld dat is gemaakt van wei­eiwitten en beter bestand is tegen extreme hitte dan veel gewone, op aardolie gebaseerde aardolie

thermoplasten. Het nieuwe materiaal is gebaseerd op eiwit­nanofibrillen (PNF’s), die onder specifieke temperatuur en pH ­omstandigheden worden geproduceerd uit gehydrolyseerde wei­eiwitten ­ een product uit de kaasverwerking.

In verouderingstests bleken de eigenschappen van het schuim zelfs te verbeteren, en wel als gevolg van verdere polymerisatie van de eiwitten, waardoor nieuwe covalente bindingen bleken te ontstaan die het schuim stabiliseerden. Na een maand blootstelling aan een temperatuur van 150 °C werd het materiaal stijver, taaier en sterker. Ondanks dat eiwitten vaak in water oplosbaar zijn, bleek het materiaal na het verouderingsproces bovendien waterbestendig te zijn. Het schuim was ook bestand tegen nog agressievere stoffen die normaal gesproken eiwitten afbreken of oplossen. Het verknopingsmechanisme maakte het schuim ook inert voor dieselbrandstof of hete olie.

Het materiaal vertoonde ook een betere

brandwerendheid dan de veelgebruikte thermohardende polyurethaan. Mogelijke toepassingen zijn onder meer behuizing voor katalytische metalen die bij hogere temperaturen werken, zoals platinakatalysatoren voor auto’s. Het materiaal zou mogelijk ook als brandstoffilter kunnen werken. Andere mogelijkheden liggen mogelijk op het vlak van verpakkingsschuim en in toepassingen voor geluids­ en thermische isolatie waar hogere temperaturen kunnen optreden en/of bij mogelijk agressieve omstandigheden.

De resultaten werden eerder dit jaar gerapporteerd in Advanced Sustainable Systems, getiteld ‘High-Temperature and Chemically Resistant Foams from Sustainable Nanostructured Protein’. Het is online>

Bron: KTH>

Van links naar rechts schuimmaterialen bestaande uit wei, polyurethaan, polystyreen, polyethyleen en polystyreen. De bovenste rij bestaat uit niet-blootgestelde materialen en de onderste rij vertegenwoordigt de materialen die gedurende een maand aan 150 graden lucht zijn blootgesteld. (Foto: KTH)

SEM opname van verouderd a) PNF-40, b) PNF-40gly-33 schuim

Nieuw filtermateriaal van natuurlijke spons

keerd: de spons keert dan terug in haar oorspronkelijke staat en kan worden verwerkt voor andere toepassingen. Door dit mechanisme kan het materiaal keer op keer worden gerecycled.

Het driedimensionale en poreuze materiaal is typisch voor een filter. In combinatie met de eigenschappen van atacamiet schept dat een breed scala aan mogelijkheden om het nieuwe materiaal te gebruiken als alternatief voor synthetische filters. Volgens de onderzoekers laat het experiment voor het eerst zien dat het composietmateriaal van zeesponzen in principe kan worden gebruikt bij de ontwikkeling van sensoren, katalysatoren en antibacteriële filtersystemen.

Meer bij TU Freiberg>

Het team onder leiding van prof.dr. Hermann Ehrlich publiceerde de resultaten in een huidige publicatie in het tijdschrift Advanced Materials getiteld ‘Extreme Biomimetics: Designing of the First Nanostructured 3D Spongin-Atacamite Composite and its Application’ Het is online>

Onderzoekers van TU Bergakademie Freiberg ontwikkelden een nieuw materiaal op basis van zeespons. Wanneer de vezels van de spons reageren met een koperhoudende ammoniakoplossing, wordt het mineraal atacamiet gevormd. Dit mineraal, dat in de natuur bijna niet voorkomt, hecht zich zo sterk aan de sponsvezels dat er een robuust materiaal ontstaat dat interessante katalytische en antibacteriële eigenschappen heeft en daardoor mogelijk als biobased industrieel filter kan worden ingezet.

Het is in essentie een eenvoudig proces. De stukjes spons werden in een alkalische, koperhoudende ammoniakoplossing (pH 9) geplaatst die lijkt op een koperbad zoals dat wordt gebruikt bij de fabricage van printplaten voor elektronische componenten. Ongeveer twaalf uur later is de spons blauw geworden en als hij droog is, is hij sterker dan daarvoor, maar nog steeds erg licht.

Door de alkalische omstandigheden gaan de vezels van de spons open en reageert het koper in de ammoniakoplossing onmiddellijk met de organische componenten van de spons, vooral met de aminozuurgroepen, waarbij atacamiet wordt gevormd. Kristallen ter grootte van een nanometer groeien langs de sponsvezel en stabiliseren het raamwerk en zorgen ervoor dat de spons haar karakteristieke micro­architectuur behoudt. In een zuur milieu loopt de reactie overigens precies omge­

Biologisch materiaal komt in aanraking met een alkalische Cu-oplossing. a–d) Als een poreuze microvezellaag van een Hippospongia communis spons in een ammoniakhoudende CuCl2-oplossing wordt geplaatst(a,b), wordt ze bedekt met een dichte laag groen kristallijn materiaal (c,d), dat in deze studie is geidentificeerd als atacamiet (Bron: Extreme Biomimetics: Designing of the First Nanostructured 3D Spongin–Atacamite Composite and its Application

Prof.dr. Hermann Ehrlich bekijkt een stukje van het nieuwe materiaal (Foto: TU Bergakademie Freiberg/C. Mokry)

Weefstel dat op commando kan verstijven

Wetenschappers van NTU Singapore en het California Institute of Technology (Caltech), Verenigde Staten, hebben een nieuw type ‘maliënkolder’­weefsel ontwikkeld dat flexibel is als textiel, maar op commando kan verstijven. De resultaten van het onderzoek werden op 11 augustus gepubliceerd in Nature, onder de titel ‘Structured fabrics with tunable mechanical properties.’

Volgens Chiara Daraio, Caltech’s G. Bradford Jones­hoogleraar Werktuigbouwkunde en Toegepaste Natuurkunde en mede­auteur van het artikel in Nature, wilden de wetenschappers een materiaal ontwikkelen dat gecontroleerd kan wisselen tussen ‘zacht en vouwbaar’ naar ‘stijf en dragend’.

Om een selectie te kunnen maken uit verschillende materialen die het beste zouden werken, ontwierp Daraio, samen met voormalig Caltech­postdoctoraal onderzoeker Yifan Wang en de eerder aan Caltech­afgestudeerde student Liuchi Li, een aantal configuraties van gekoppelde deeltjes, variërend van aan elkaar verbonden ringen tot kubussen en octaëder­achtige structuren. De materialen werden 3D­geprint uit polymeren en zelfs metalen. De configuraties werden vervolgens gesimuleerd met een computermodel.

Dat leidde uiteindelijk tot een lichtgewicht textiel­achtig materiaal, 3D­geprint van nylon plastic polymeer dat bestaat uit holle octaëders (een vorm met acht gelijke driehoekige vlakken) die in elkaar grijpen. Wanneer het in een plastic omhulsel wordt verpakt en vacuüm wordt gezogen, wordt het 25 keer stijver en kan het meer dan 50 keer zijn eigen gewicht dragen. Volgens NTU Singapore maakt deze stof van de volgende generatie de weg vrij voor lichtgewicht pantser, beschermende uitrusting voor atleten en exoskeletten die ouderen kunnen helpen staan, lopen en voorwerpen dragen.

In de toekomst wil het team de prestaties van hun maliënkoldermateriaal verder verbeteren en meer methoden onderzoeken om ze te verstijven, bijvoorbeeld met een magnetisch veld, elektriciteit of temperatuur.

A. Hoe de achthoekige driehoeken in elkaar grijpen

B. Een 3D-geprinte maliënkolder

C. De maliënkolder eruitziet als hij zacht en niet-gecomprimeerd is

D. Foto van twee lagen maliënkolder die zacht zijn aan elkaar gezet

E. 3D-modellen van hoe de maliënkolder in elkaar wordt geklemd wanneer deze wordt gecomprimeerd in een plastic omhulling

Caltech>

NTU>

F. Twee lagen maliënkolder ingesloten en vacuümverpakt in een plastic omhulling kan een last dragen die 50 keer zijn gewicht is Video

Enterprise Europe Network (EEN) helpt bedrijven bij

internationale ambities

Het Enterprise Europe Network (EEN) is een initiatief van de Europese Commissie dat ondernemers ondersteunt bij het zoeken van partners om te innoveren en ondernemen in het buitenland. Het Enterprise Europe Network bestaat uit meer dan 600 organisaties in ruim 60 landen.

Databank

Elk bedrijf kan haar aanbod en/of vraag in de vorm van een profiel laten opnemen in een databank. Vervolgens wordt het bedrijf onder de aandacht gebracht in het land waarin zij actief wil worden en tegelijkertijd kan ook zelf naar partners worden gezocht. EEN­adviseurs helpen actief bij het opstellen van het profiel, dat in een bepaald format wordt opgesteld. Op de EEN­websites staan ook buitenlandse bedrijven die Nederlandse bedrijven en organisaties zoeken voor commerciële of technologische samenwerking. De EEN adviseurs ondersteunen bij de zoektocht naar een samenwerkingspartner door de contacten binnen het netwerk actief in te zetten. Daarnaast worden regelmatig Company Missions en Match Making

Events georganiseerd. Al deze diensten zijn kosteloos.

Er zijn vijf soorten profielen:

• Business Offer:

• het bedrijf biedt een product aan Business

• Request: het bedrijf zoekt een product

• Technology Offer: het bedrijf biedt een technologie aan

• Technology Request: het bedrijf zoekt een technologie

• Research & Development Request: de organisatie zoekt samenwerking voor onderzoek

Het kan ook voorkomen dat een bedrijf zowel een Business Offer als een Business Request heeft (of een andere combinatie). In dat geval worden er twee (of zelfs meer indien van toepassing) profielen gemaakt. In het profiel wordt de meest essentiële informatie over de aard van het aanbod of vraag opgenomen, het ‘soort’ partner dat men daarbij beoogt en de verwachtte samenwerking.

Zodra duidelijk is welk type profiel(en) men wenst voor haar organisatie kan de EEN adviseur het proces van het opstellen van een profiel starten en het binnen korte tijd gepubliceerd hebben in de database.

Ondernemingen kunnen rechtstreeks bij EEN terecht met vragen over het opnemen van een bedrijfsprofiel in de EEN­database. Voor duurzaam bouwen en de creatieve industrie is ir. drs. Hans Kamphuis de contactpersoon:

T: +31(0)88 042 1124

M: 06 25 70 82 76

E: hans.kamphuis@rvo.nl

Voor materialen is Nils Haarman de contactpersoon:

T: +31(0)88 062 5843 M: 06 21 83 94 57

E: nils.haarman@rvo.nl

Voor meer informatie kan men terecht op de websites van het Enterprise Europe Network:

www.enterpriseeuropenetwork.nl

http://een.ec.europa.eu

Video: Hoe werkt Enterprise Europe Network

The

Enterprise Europe Network Materials Database: Request for partnership: August 2021.

Intrested? contact hans.kamphuis@rvo.nl>

A French company in the childcare industry is looking for eco-friendly materials (recycled and bio-based materials) in plastics and packaging industries.

The company researches solutions for future development to include in their range of products for babies. The company wants to establish technical cooperation agreement or manufacturing agreement.

Swiss SME is looking for a board manufacturer that produces or a research & development partner that develops an open-pore, air-permeable, flame retardant, lightweight board.

The board size is approximately 3.0 m x 1.2 m. The product can be redeveloped or delivered as already existing board material. It will be used in the building industry. The SME seeks a partner for a manufacturing or a technical cooperation agreement possibly including development.

A Spanish technology research centre specialised in plastics, composites, polymer blends, and polymer materials for packaging is looking for novel commercial biobased and biodegradable polymers.

The technology centre is looking for bio­based alternatives to adapt to current expanded polystyrene packaging under commercial agreement with technical assistance. If they do not find the commercial solution they consider a future development under research or technical cooperation agreement.

A Greek medical technology start-up has invented an innovative splint for arm fractures.

The splint is made of PLA (polylactic acid). TIn order to expand their production, the startup is looking for companies with ISO 13485 certification who provide PLA laser cutting services. The type of partnership considered will be a manufacturing agreement.

Matchmaking event at the Kunststoffenbeurs

15 & 16 September in Den Bosch:

Get in touch with potential new partners! Meet interesting plastics, materials and surface treatment experts, bonding experts, researchers, developers, engineers, SMEs, OEMs, suppliers and intermediaries. In the B2B matchmaking sessions you have 30 minute bilateral meetings with a variety of participants of your choice that are focused on plastics, other materials and coatings. The international B2B matchmaking will be a tailor­made hybrid activity, it will be possible to have both on­site meetings and /or virtual meetings. The Kunststoffenbeurs+Materials+ Eurofinish+Surface Matchmaking 2021 is organised by the Enterprise Europe Network.

More at: https://kunststoffenbeurs-materials-eurofinish-surface-21.b2match.io/

De NVDO Sectie Techniek organiseert in samenwerking met de Bond voor Materialenkennis op dinsdag 21 september bij Stork Thermeq in Hengelo;

“Biobased materialen; Wat betekent dat voor de Kennis over Onderhoud?”

In 2050 moet Nederland volledig circulair zijn. Het gebruik van biobased materialen zou o.a. kunnen bijdragen aan het verlagen van de CO2, maar waar moet je rekening mee houden wanneer je biobased materialen gebruikt? Is er een groot verschil met ‘normale’ materialen met betrekking tot het gebruik, de veroudering en het onderhoud?

Programma (13.00-16.30 uur)

Ontvangst en Registratie

Welkom en Opening door de Dagvoorzitter; Jos Weekers; Senior Consultant bij Stork Asset Management Solutions en Voorzitter NVDO Sectie Techniek

“Het verschil tussen bio- en conventionele brandstoffen en mogelijke impact op de onderhoudsstrategie”

Maarten Van Haute, Q8Research

Gedreven door wetgeving worden voor transporttoepassingen steeds hogere hoeveelheden biobrandstof gemengd met conventionele brandstoffen. Het voordeel en doel is een lagere CO2-voetafdruk en het verminderen van de afhankelijkheid van fossiele grondstoffen. Maar, er zijn ook nadelen aan het gebruik van biobrandstoffen.Maarten licht toe wat het verschil is tussen biobrandstoffen en fossiele brandstoffen en zoemt in op de problemen die je kan verwachten bij opslag, het verbruik en wat je kan doen om operationele problemen te voorkomen met goed onderhoud

“Biobrandstoffen om energie op te wekken”

Martijn Hinderdael Senior Energy Consultant at Stork Thermeq

De vraag naar het gebruik van alternatieve (bio)brandstoffen wordt steeds groter. Bij installaties in verschillende industrieën zijn al aanpassingen gedaan om conventioneel gestookte stoomketels om te bouwen naar biobrandstof ketels. Zo’n transitie kan niet zomaar doorgevoerd worden. Martijn deelt de ervaringen bij twee projecten en geeft inzicht in de keuzes die gemaakt zijn, de gevolgen voor het onderhoud en in de succesfactoren voor een geslaagd biobrandstoffen project

Rondleiding Stork Thermeq en netwerkpauze

Biologisch afbreekbare smeermiddelen of Milieuvriendelijkere smeermiddelen?

Kees Oskam Trainer/Consultant Van Meeuwen Industries

De behoefte aan biologische smeermiddelen wordt steeds groter, maar er zijn nog veel vragen over het gebruik. Kees geeft antwoord op:

-Wat zijn dit voor smeermiddelen en wat is de afbreekbaarheid hiervan?

-Wat zegt de wet- en regelgeving hierover?

-Welke schade brengt een conventioneel smeermiddel aan het milieu?

-Kunnen we smeermiddelen ook hergebruiken?

Inspiratie met het rode bankje

De Dagvoorzitter spreekt een senior- en junior professional uit de praktijk over de toepassing van biobased materialen. Hierin is er ruimte voor de zaal om gezamenlijk de dialoog aan te gaan Henk Jonkers onderzoekt de ontwikkeling van innovatieve, biobased en duurzame bouwmaterialen en is wetenschappelijk adviseur van TU Delft spin-off bedrijf Basilisk

Pablo Borkes richtte zich tijdens zijn afstudeerstage op de ontwikkeling van Grasfalt, een innovatief asfaltmengsel waarbij bitumen is vervangen door het biobased bindmiddel lignine dat afkomstig is uit olifantsgras

Aanmelden klik hier!

De corona-crisis maakt het onzeker of evenementen op de werkelijk op de geplande datum zullen plaatsvinden. Veel evenementen worden uitgesteld. Onderstaande agenda geeft de stand van zaken weer per begin september 2021. Voor de actuele stand van zaken: www.innovatievematerialen.nl

Kunststoffen 2021

15 ­ 16 september 2021, Den Bosch

Materials+Eurofinish+Surface

15 ­ 16 september 2021, Den Bosch

Nederlandse Metaaldagen

15 ­ 17 september 2021, Den Bosch

Biobased Materialen, wat betekent dat voor de kennis over onderhoud?

21 september 2021, Hengelo

Plastics Recycling World Exhibition 2021

29 ­ 30 september 2021, Essen

Vitrum 2021

5 ­ 8 oktober 2021, Milaan

Lijmen 2021

12 oktober 2021, Veldhoven

Deburring EXPO

12 ­ 14 oktober 2021, Karlsruhe

Fakuma

12 ­ 16 oktober 2021, Friedrichshafen

Euro PM2021 Congress and Exhibition

18 ­ 22 oktober 2021, Lissabon

Architect@Work 2021 Belgium

21 ­ 22 oktober 2021, Kortrijk

iENA Nürnberg

4 ­ 7 november 2021, Neurenberg

BOUWXPO

12 ­ 14 november 2021, Kortrijk

3D Delta week

6 ­ 10 december 2021

Digital BAU

15 ­ 17 februari 2022, Keulen

Solids 2022

16 ­ 17 februari 2022, Dortmund

Ulmer Betontage 2022

22 ­ 24 februari 2022, Ulm

JEC World 2022

8 ­ 10 maart 2022, Paris­Nord

BLE.CH 2022

8 ­ 10 maart 2022, Bern

ESEF 2022

15 ­ 18 maart 2022, Utrecht

Material District

5 ­ 7 april 2022, Utrecht

FIP Solution Plastique

5 ­ 8 April 2022, Lyon

Innovative Materials, the international version of the Dutch magazine Innovatieve Materialen, is now available in English. Innovative Materials is an interactive, digital magazine about new and/or innovatively applied materials. Innovative Materials provides information on material innovations, or innovative use of materials. The idea is that the ever increasing demands lead to a constant search for better and safer products as well as material and energy savings. Enabling these innovations is crucial, not only to be competitive but also to meet the challenges of enhancing and protecting the environment, like durability, C2C and carbon footprint. By opting for smart, sustainable and innovative materials constructors, engineers and designers obtain more opportunities to distinguish themselves. As a platform Innovative Materials wants to help to achieve this by connecting supply and demand.

Innovative Materials is distributed among its own subscribers/network, but also through the networks of the partners. In 2021 this includes organisations like M2i, MaterialDesign, 4TU (a cooperation between the four Technical Universities in the Netherlands), the Bond voor Materialenkennis (material sciences), SIM Flanders, FLAM3D, RVO and Material District.