‘Crosslinkers’ laten zien waar kunstrubber breekt

Kunstrubber dat niet alleen elastisch is, maar ook heel sterk. Die droom hebben onderzoekers van Espci ParisTech dichterbij gebracht, samen met DSM en TU/e-hoogleraar Rint Sijbesma. Ze ontwikkelden een kunststof opgebouwd uit verschillende polymeernetwerken, soepele en sterke. Ook voegden ze lichtgevende elementen in, waardoor precies te zien is waar de polymeerketens breken als je ze belast.

Kunstrubbers, zoals elastiek, zijn zo soepel dat ze na vervorming weer in hun oorspronkelijke staat terugkeren. De kracht die dergelijke stoffen 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 nadelen, bijvoorbeeld voor het milieu.

Vervlechten

Sinds enige tijd proberen onderzoekers daarom verschillende polymeertypes, met verschillende eigenschappen, te vervlechten. Daarbij zorgt het ene type voor de elasticiteit en een ander polymeer levert een stijf netwerk dat de stof sterker maakt. De bijdrage van Sijbesma aan het 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.

Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Science:

Toughening Elastomers with Sacrificial Bonds and Watching Them Break. Etienne Ducrot, Yulan Chen, Markus Bulters, Rint P. Sijbesma, Costantino Creton, DOI: 10.1126/science.1248494