High-throughput technologieën versnellen de ontwikkeling van nieuwe formuleringen
Johan Paul FLAMAC, a division of SIM
1
Overzicht • Inleiding • Activiteiten van FLAMAC
• High-throughput formulatie onderzoek • Case studies – Inkten – Coatings – Formuleringen voor “controlled drug release”
• Conclusies
2
Overzicht • Inleiding • Activiteiten van FLAMAC
• High-throughput formulatie onderzoek • Case studies – Inkten – Coatings – Formuleringen voor “controlled drug release”
• Conclusies
3
Inleiding • Nieuwe materialen worden aangewend in een brede waaier aan toepassingen
– Een pro-actieve ontwikkeling en aanwending van deze nieuwe materialen kan een significant competitief voordeel opleveren. – Opmerking: lange “time-to-market” voor nieuwe materialen
Nood aan versnelde methodologieën in materiaal onderzoek 4
Inleiding • High-throughput technologieën zijn vaak niet « plug & play » – Definieer vooraf parameter ruimte – Welke parameters beïnvloeden de finale performantie ? • • • •
Samenstelling Temperatuur van processing Dikte coating …
– Hoe worden de samples klassiek aangemaakt ? – Hoe kunnen deze klassieke methoden getransfereerd worden naar een high-throughput methode ? – Wat is de minimale hoeveelheid van een materiaal om een reproduceerbaar experiment te kunnen uitvoeren ?
5
Inleiding • Design of Experiment Zelfs met de ontwikkeling van high-throughput technologieën is het vaak niet mogelijk om alle mogelijke combinaties van de parameterruimte te testen – Voorbeeld van een typische verf formulering: • 10 componenten • 5 mogelijke chemicaliën per component • 3 verschillende concentraties elk 1510 1012 mogelijke combinaties
6
Inleiding • Design of Experiment – Traditioneel vs. high-throughput vs. combinatoriële methoden
7
Overzicht • Inleiding • Activiteiten van FLAMAC
• High-throughput formulatie onderzoek • Case studies – Inkten – Coatings – Formuleringen voor “controlled drug release”
• Conclusies
8
Activiteiten van FLAMAC Flamac a division of SIM
Ontwikkeling van top competentie
Collectieve projecten
Contract onderzoek
Technologisch advies & innovatie stimulering
High-throughput technologieën High-throughput formulatie en coating workflows High-throughput screening workflows Computational materials design
9
Activiteiten van FLAMAC
Inkten, verven & coatings
Polymeren
Huishoud producten
en veel meer ... Legeringen & ceramische materialen
Zonnecel materialen 10
Overzicht • Inleiding • Activiteiten van FLAMAC
• High-throughput formulatie onderzoek • Case studies – Inkten – Coatings – Formuleringen voor “controlled drug release”
• Conclusies
11
High-throughput formulatie onderzoek • Versnelde aanmaak van formuleringen
Manuele procedure
Semi-automatische workflows Volledig geïntegreerde workflows 12
High-throughput formulatie onderzoek • Versnelde stabiliteit metingen van formuleringen Automatische rheologie screening
Versnelde stabiliteit screening
13
High-throughput formulatie onderzoek • Coating applicatie en processing
14
High-throughput formulatie onderzoek • Coating karakterisering Optische eigenschappen
Mechanische eigenschappen
Structuur
Oppervlakte energie
Coating
Ageing
Samenstelling
Dikte Electrische eigenschappen
15
Overzicht • Inleiding • Activiteiten van FLAMAC
• High-throughput formulatie onderzoek • Case studies – Inkten – Coatings – Formuleringen voor “controlled drug release”
• Conclusies
16
Case studies • High-throughput ontwikkeling van inkt formuleringen – Parameter ruimte • • • • • •
6 pigment dispersies 2 solventen Photo-initiatoren (poeders) 3 disperganten Mengsnelheid, tijd Volgorde van toevoeging van ingrediënten
– Bibliotheek: 96 samples, 10g formulering, 20ml glas recipiënten • Recept – – – –
Pigment oplossingen, solvent_1, Photo-initiator Meng Disperganten, solvent_2 Meng 17
Case studies • High-throughput ontwikkeling van inkt formuleringen – Screening Viscositeit & stabiliteit
Oppervlakte spanning
18
Case studies
3 dagen (80°C)
6 dagen (80°C)
Dag 1 samples
Scatter Plot
Scatter Plot
Row
18.5
Scatter Plot
100
Row
Viscositeit (mPa.s)
Row
Samenstelling
• High-throughput ontwikkeling van inkt formuleringen
19
Case studies • High-throughput ontwikkeling van coatings – E-passivatie • De belangrijkste rol van E-Passivatie® is om corrosie bescherming te bieden tijdens normaal transport en opslag. • Milieuvriendelijk: chroom (Cr6+) vrij • Metallisch gecoate staalsoorten met E-Passivatie® kunnen gebruikt worden in een brede waaier aan toepassingen
20
Case studies Vraag van klant • Ontwikkeling van nieuwe oppervlakte functionalisatie voor passivatie van staal • Verschillende parameters dienden geoptimaliseerd te worden bv. adhesie • Geen gebruik van Cr6+ toegelaten • Snelle introductie in productie nodig
Bijdrage van Flamac • High-throughput aanmaak van ± 250 formuleringen en applicatie van ± 450 coatings Resultaten • High-throughput analyse - Stabiliteit • 2 maanden van initiële vraag tot resultaat (incl. levering - Adhesie materiaal & planning) - Corrosie bescherming • Tijdsreductie: van 1 jaar tot 1 maand experimenten en analyse (> 10x) • Introductie van nieuwe formulering op industriële schaal in ArcelorMittal Gent in periode van 2 maanden
21
Case studies • Formuleringen voor “controlled drug release” – High-throughput aanmaak van formuleringen
22
Case studies • Formuleringen voor “controlled drug release” – High-throughput screening van verschillende formuleringen
23
Overzicht • Inleiding • Activiteiten van FLAMAC
• High-throughput formulatie onderzoek • Case studies – Inkten – Coatings – Formuleringen voor “controlled drug release”
• Conclusies
24
Conclusies • High-throughput technologieën – Time-to-market voor materialen verkorten – Competitief voordeel – Vaak niet “plug & play”
• Succesvol aangewend in vele formulering & coating toepassingen
• FLAMAC – R&D centrum rond de ontwikkeling en aanwending van highthroughput technologieën – Unieke expertise en infrastructuur – Verschillende internationale samenwerkingen met bedrijven en R&D centra 25
Vragen ?
http://www.flamac.be
26
