Om een elastische kunststof te maken die soepel terugveert maar toch heel sterk is, moet je twee polymeernetwerken met verschillende eigenschappen door elkaar vlechten. Een Frans/Nederlandse publicatie in Science leverde zojuist het recept.

Het idee van Costantino Creton (ESPCI, Parijs), Rint Sijbesma (TU/e) en collega’s is om eerst een weinig soepel netwerk te creëren met een groot aantal moleculaire ‘dwarsverbanden’ (crosslinks) door radicaalpolymerisatie van - bijvoorbeeld - ethylacrylaat en butaandioldiacrylaat.

Nadat het is uitgereageerd en het oplosmiddel er uit is gedampt, behandel je het met een ander monomeer, in dit geval methylacrylaat. Dat laat in eerste instantie het netwerk opzwellen, zoals je wel vaker ziet wanneer je een kunststof behandelt met oplosmiddel.

Op het moment dat de zwelling compleet is en de bindingen in het netwerk allemaal flink onder spanning staan, zet je er een uv-lamp op die het methylacrylaat eveneens laat polymeriseren. De spanning wordt dus als het ware ingevroren. Eventueel kun je er na afloop nog een derde netwerk aan toevoegen, op precies dezelfde manier.

Wanneer je aan dit materiaal trekt, vangen de onder spanning staande ketens de eerste klap op. Hier en daar zullen ze bezwijken, waarbij voldoende energie wordt gedissipeerd om te voorkomen dat de rest van het eerste netwerk het ook begeeft.

Bij dit alles wordt het tweede netwerk eigenlijk nauwelijks mechanisch belast. Het hoeft dus ook nauwelijks tegen mechanische belasting te kunnen, wat weer betekent dat je het heel zacht en soepel kunt maken.

Creton denkt het principe onder meer te kunnen gebruiken bij het maken van autobanden. Nu worden die nog versterkt met nano-roetdeeltjes om de gewenste combinatie van soepelheid en mechanische sterkte te krijgen. Gezien de resultaten van de eerste experimenten lijkt het niet onmogelijk dat een dubbel netwerk aan dezelfde specificaties kan voldoen zonder dat je dat roet nodig hebt.

Hoe lang het duurt eer er zóveel bindingen zijn verbroken dat de mechanische eigenschappen merkbaar achteruit beginnen te gaan, is onduidelijk. Maar de onderzoekers hebben wel een truc bedacht om het breken van die bindingen zichtbaar te maken. Daartoe voegen ze een andere crosslinker toe: bis(adamantyl)-1,2-dioxetaanbisacrylaat, afgekort BADOBA. Wordt dit molecuul in tweeën getrokken, dan levert dat een blauwe lichtflits op ter grootte van één foton.

In de praktijk blijk je aan de intensiteit van het blauwe licht aardig te kunnen aflezen hoeveel bindingen er bij mechanische belasting kapot gaan. Je kunt ook zien hoe een beginnende scheur zich door het materiaal verspreidt.

bron: Science, C&EB