Polyurethaannetwerk chemisch gerepareerd onder invloed van UV

In de VS is een polyurethaancoating bedacht die krasjes zelf repareert onder invloed van zonlicht, via een door UV-licht getriggerde crosslinkreactie. Onderzoekers van de University of Southern Mississippi presenteren hun op schaaldieren-biochemie gebaseerde uitvinding deze week in Science.

Het is bepaald niet de eerste poging om tot een zelfreparerende kunststof te komen. Maar tot nu toe heeft men het vooral geprobeerd door holle bolletjes of vezels bij te mengen, waarin dan een soort lijm zat verpakt die bij breuk vrijkwam. Dat werkte een stuk moeizamer.

De nu gepresenteerde methode gaat uit van chitosan, een derivaat van het biopolymeer chitine waar het exoskelet van kreeften uit is opgebouwd. De onderzoekers voegden daar een oxetaanverbinding aan toe als zijketen. Oxetaan is een vierring die bestaat uit drie koolstofatomen en één zuurstofatoom.

Polyurethaan bestaat uit een netwerk van isocyanaat- en polyolmoleculen. Het idee is nu om vooraf een klein deel van het polyol te vervangen door gemodificeerde chitosanketens. Die kunnen zonder moeite in het polyurethaannetwerk worden ingebouwd.

Wordt dat netwerk mechanisch beschadigd, dan mag je verwachten dat de oxetaanringen, die van nature al sterk onder spanning staan, ter plekke massaal openspringen.

Vervolgens maak je gebruik van het feit dat chitosan nogal UV-gevoelig is. Een flinke hoeveelheid zonlicht is al voldoende om de ureum- en etherbindingen in die moleculen te verbreken. De uiteinden hechten zich vervolgens aan de meest reactieve verbinding in de buurt, en vaak zal dat een zojuist gebroken oxetaanring zijn die vastzit aan een ander chitosanmolecuul. Zo ontstaat dus een nieuw netwerk dat net zo stevig is als het oude.

De onderzoekers hebben het uitgeprobeerd met een mengsel van hexamethyleendiisocyanaat (HDI), polyethyleenglycol (PEG) en hungemodificeerde chitosan. Krassen in deze lak zagen ze binnen een half uur verdwijnen als sneeuw voor de zon. In de woestijn gaat het een stuk harder dan in een waterig winterzonnetje, maar lukken doet het altijd.

Er wordt wel bij aangetekend dat het waarschijnlijk niet meer lukt als je een tweede kras maakt op precies dezelfde plek. Maar dat is maar een klein nadeel.

bron: Science, BBC News