Metathese is het toverwoord als je elastische polymeren wilt voorzien van zelfhelende eigenschappen. Het werkt bij kamertemperatuur, het berust op covalente bindingen en er hoeft niet eens een katalysator bij, juichen Spaanse wetenschappers in het tijdschrift Materials Horizons.

Het is lang niet de eerste poging om een zelfhelend polymeer te produceren maar chemisch gezien is het wel een hele slimme.

Zo’n metathesereactie houdt in dat je twee verschillende stoffen doormidden knipt, en er twee nieuwe van maakt die elk uit een helft van de ene en een helft van de andere grondstof bestaan. Er bestaan heel veel variaties op dit thema waarvan er eentje, met olefinen als grondstoffen, in 2005 goed was voor een Nobelprijs.

In het geval van de Spanjaarden zijn het zwavel-zwavelbindingen die doormidden gaan en worden gerecombineerd. Die bindingen zitten in het midden van bis(4-aminofenyl)disulfide, een molecuul dat zich laat inzetten als crosslinker in polyurethaan.

Al eerder was geconstateerd dat die disulfide-metathese een van de weinige bekende metathesereacties is die bij kamertemperatuur verlopen zonder dat er een katalysator voor nodig is. Zodra twee van die disulfides naast elkaar komen te liggen, gaan ze helften uitruilen.

En dat gebeurt dus ook wanneer je een stuk polyurethaan, dat deze disulfides bevat, doormidden snijdt en vervolgens de helften weer tegen elkaar aan drukt. De disulfides in het ene stuk gaan een metathese aan met de disulfides in het andere stuk, en elke keer dat dat gebeurt heb je er 2 stevige covalente bindingen tussen beide helften bij.

Je moet 24 uur geduld hebben eer de reacties in evenwicht zijn en de las niet sterker meer wordt, maar tegen die tijd zit je op 97 procent van de treksterkte van het oorspronkelijke materiaal. Na 2 uur zit je trouwens al op 80 procent. De auteurs vermoeden overigens dat dat niet alleen aan de metathese ligt maar ook aan de vorming van waterstofbruggen tussen beide helften.

Dat is dan echter wel een stap vooruit ten opzichte van eerdere zelfhelende plastics, die meestal alléén maar op die waterstofbruggen vertrouwden. Een vorm van supramoleculaire assemblage dus. Arkema heeft er op kleine schaal al eens eentje geproduceerd onder de naam Reverlink; momenteel is die naam echter niet meer te vinden in de productkiezer op de Arkema-website .

Pogingen tot zelfhelende covalente bindingen zijn er ook al gedaan, onder meer binnen het IOP Self Healing Materials, maar voorzover bekend werkten die allemaal mét katalysatoren. Mochten wij wat dat betreft iets hebben gemist, dan horen wij dat graag.

bron: ChemistryWorld, Materials Horizons