Eugene Chen (Colorado State University) en collega’s gaan uit van bèta-butyrolacton (BBL), dat je onder meer kunt maken door propeenoxide te laten reageren met koolstofmonoxide. BBL laat zich dan weer polymeriseren tot poly(3-hydroxbutyraat), afgekort P3HB. Van enkele micro-organismen is bekend dat ze dit van nature aanmaken als reservevoedsel. Maar pogingen om er op industriële schaal iets nuttigs mee te doen hadden tot nu toe weinig succes: het spul was te bros. 

Dat blijkt te komen doordat van BBL twee stereo-isomeren bestaan. Bij de polymerisatiereactie kunnen de CH₃-zijgroepen aan beide zijden van de keten belanden. Zitten ze allemaal aan dezelfde kant, dan spreek je van een syndiotactisch polymeer. Om en om heet isotactisch, en bij een atactisch polymeer zijn ze willekeurig verdeeld. Die laatste variant is amorf, de eerste twee zijn regelmatig genoeg om makkelijk kristallen te vormen.  

Zo’n micro-organisme synthetiseert het vermoedelijk enzymatisch in één bepaalde vorm, want voor hem hoeft het niet te plakken. Maar voor echt goede lijm heb je een mengvorm nodig, vertelt de Groningse hoogleraar Marleen Kamperman. Haar groep heeft de laatste jaren veel onderzoek gedaan naar ‛natuurlijke’ polymeren met een hoge sterkte, zoals mossellijm en spinzijde. ‛Kleine, harde kristallijne stukjes in een amorfe matrix maken deze materialen sterk en rekbaar. Ze hebben de juiste verhouding tussen elastisch en viskeus gedrag. Iets dat te elastisch is kan niet goed energie dissiperen, waardoor het materiaal minder taai wordt. En een materiaal dat te viskeus is, gaat te snel vloeien en is daarom niet resistent tegen kruip.’ 

P3HB-bibliotheek 

Chens groep heeft een methode bedacht om dit systematisch te kunnen uitproberen. Ze synthetiseerden een soort cyclische dimeren van BBL, dus met twee stereocentra waarvan de stand instelbaar was. Door te spelen met tien verschillende organische, homogene katalysatoren creëerden ze daarna een bibliotheek van P3HB-varianten, elk met een specifieke stereochemische opbouw die vrij nauwkeurig voorspelbaar was. Wat dat opleverde mag, gezien het bovenstaande, niet echt verbazen. Puur atactisch, syndiotactisch of isotactisch P3HB is onbruikbaar als lijm. Maar een mengvorm waarin de ketens voor 42 tot 66 procent syndiotactisch zijn, werkt des te beter. Mogelijk zelfs veel beter dan de onderzoekers hadden verwacht. Kamperman wijst erop dat uit de publicatie niet valt te halen in hoeverre ze hier bewust naartoe hebben gewerkt — het kan gewoon mazzel zijn geweest.  

Met het optimale recept zijn ze vervolgens empirisch aan de slag gegaan, door het onder meer te vergelijken met ‘Gorilla Glue’, een Amerikaans product op polyurethaanbasis. Ook maakten ze er patronen van voor een hot melt-lijmpistool dat normaal gesproken werkt met verwarmd EVA; een copolymeer van etheen en vinylacetaat waarmee bijvoorbeeld kartonnen dozen worden gelijmd. Zowel bij dat karton als bij hout, glas, aluminium of staal bleek het deels syndiotactische P3HB vaak sterkere lijmverbindingen op te leveren dan de commerciële, bij de supermarkt aangeschafte producten. Zelfs wanneer (of misschien omdát?) het te lijmen oppervlak vooraf slechts oppervlakkig werd gepoetst. 

[Lees verder onder de afbeelding]

De auteurs claimen dat het mede komt doordat de mix van amorf en kristallijn de ruwe ondergrond beter volgt. ‛Maar dat is dan weer niet bewezen’, stelt Kamperman. ‛Het blijkt in de praktijk ook heel lastig te meten en is ook niet de belangrijkste factor om een sterke lijm te maken.’ Ze ziet in de resultaten wel een ander belangrijk detail: ‛Je ziet deze lijm sterker worden bij hogere rek. Dat noemen we strain hardening, een heel belangrijke eigenschap voor echt goede lijmen.’ 

Opschalen? 

Met behulp van Aspen Plus-processimulatiesoftware hebben de auteurs zelfs al een voorontwerp gemaakt van een fabriek waarmee je deze lijm zou kunnen produceren. Er kwam uit dat het niet eens zo veel duurder hoeft te worden dan klassieke EVA-patronen. Met de biologische afbreekbaarheid als extra argument zou het gewoon verkoopbaar moeten zijn.  

Waarbij wordt aangetekend dat de berekening uitgaat van propeenoxide op aardoliebasis. Technisch is het zeker mogelijk om het te maken uit hernieuwbare grondstoffen, maar de kosten van grootschalige productie zijn nog onvoldoende duidelijk. Dat laatste geldt trouwens ook voor de homogene katalysatoren, die nogal exotisch zijn en voorlopig hooguit verkrijgbaar in laboratoriumhoeveelheden. Voordeel is dan wel weer dat je nog maar twee varianten nodig hebt, een om BBL te maken en een om het te polymeriseren - als je eenmaal de gewenste samenstelling kent, zijn cyclische dimeren als tussenstap in principe niet meer nodig. 

Zhen Zhang, Ethan Quinn, et al., Stereomicrostructure-regulated biodegradable adhesives, Science (2025), doi:10.1126/science.adr7175