Zacht en sterk rubber in Science

Kunstrubber dat niet alleen elastisch is, maar ook heel sterk. Die droom heeft TU/e-hoogleraar Rint Sijbesma dichterbij gebracht. Samen met collega’s uit Frankrijk en van DSM maakte hij een kunststof opgebouwd uit meerdere polymeernetwerken, soepele en sterke. Ook voegden de onderzoekers lichtgevende elementen in, waardoor precies te zien is waar de polymeerketens breken als je ze belast. Het onderzoek werd afgelopen weekend gepubliceerd in Science.

Kunstrubbers zijn zo soepel dat ze na vervorming weer in hun oorspronkelijke staat terugkeren. Denk aan een elastiekje. De kracht die dergelijke kunststoffen aankunnen zonder dat ze knappen, is echter beperkt. Aan de andere kant zijn er ontzettend sterke kunststoffen, maar die missen dan weer elastische eigenschappen. In rubberen banden wordt dit probleem deels ondervangen door roetdeeltjes toe te voegen, maar dat heeft onder meer nadelen voor het milieu.

Sinds enige tijd wordt daarom geëxperimenteerd met het vervlechten van meerdere polymeertypes met verschillende eigenschappen, waarbij het ene type zorgt voor de elasticiteit en een ander polymeer een stijf netwerk vormt dat de stof sterker maakt. De bijdrage van Sijbesma aan het in Science gepubliceerde onderzoek bestaat voornamelijk uit het inbouwen van een zogeheten ‘crosslinkers’, moleculen die de polymeerketens met elkaar verbinden. De gebruikte crosslinker, BADOBA, zendt een lichtflitsje uit als het breekt. Hierdoor kunnen de onderzoekers achterhalen waar breuken ontstaan als het materiaal wordt belast.

“Het uitgezonden licht laat precies zien waar de ketens breken”, legt Sijbesma uit. “Bij de meervoudige netwerken gebeurt dat in een veel groter gebied dan bij het enkelvoudige netwerk. Dat is de reden dat er veel meer energie nodig is om het materiaal stuk te krijgen.” En dat maakt het materiaal per definitie sterker. Wel zullen na verloop van tijd steeds meer ketens van de stijve component breken, waardoor de stof veroudert. Met behulp van de lichtgevende crosslinkers kan echter gericht worden gezocht naar materialen met de juiste eigenschappen voor bepaalde toepassingen – zoals autobanden, elastische handschoenen of schokdempers.

Deel dit artikel