‘Bloedend’ plastic kan zichzelf repareren

‘Bloedend’ plastic kan zichzelf repareren:

Afbeelding: © Wikimedia Commons / Crystal

Ai, mobieltje laten vallen. Daar gebeurt het al: de eerste rode vlek verschijnt rond de scheurtjes in de behuizing. Tijd voor een snelle reparatie. Gewoon fel licht erop, of even wat warmer maken. Gelukkig, de scheur trekt dicht. Probleem verholpen.
Als het aan professor Marek W. Urban van de University of Southern Mississippi ligt dan repareren we in de toekomst zo zelf beschadigingen aan plastic producten. Urban heeft zich gespecialiseerd in zelfhelende materialen. Op de voorjaarsvergadering van de American Chemical Society, deze week in San Diego, presenteerde hij zijn nieuwste vondst. Zijn plastic laat nu op een subtiele manier zien dat het beschadigd is. Het kleurt rood rond de beschadiging.

Moeder natuur

Met deze vinding sloot Urban mooi aan bij het thema van de bijeenkomst: Chemistry of Life. Want plastic dat kan bloeden, dat lijkt het leven zelf wel. Urban doet er nog een schepje bovenop: “Moeder natuur heeft allerlei biologische systemen de mogelijkheid gegeven zichzelf te repareren. Sommige zien we, zoals de huid die zichzelf heelt en de nieuwe schors die zich op beschadigingen in bomen vormt. Andere zijn onzichtbaar, maar helpen ons in leven en gezond te houden. Zoals het zelfreparerend systeem om genetische beschadigingen in DNA te herstellen. Ons nieuwe plastic probeert de natuur te imiteren door een signaal te geven als het beschadigd is en zich daarna te herstellen bij blootstelling aan zichtbaar licht, temperatuur of pH verandering.”

Links het beschadigde, verkleurde plastic. Rechts het herstelde plastic na bestraling met zonlicht. Afbeelding: © Marek W. Urban

Handje helpen

Wat hij er niet bij vertelt is dat we de natuur een handje moeten helpen, zo bijzonder ‘levend’ is zijn materiaal nou ook weer niet. Pas bij blootstelling aan licht, warmte of een beetje zure damp verdwijnt de beschadiging. Maar oppervlakkig gezien lijkt dat dan wel op huid die zichzelf repareert.
Het herstel is te danken aan het herstel van moleculaire dwarsverbanden tussen de polymeren die de ruggegraat van het materiaal vormen. Bij beschadiging breken de dwarsverbindingen als eerst. In plaats daarvan ontstaan intermoleculaire waterstofbruggen, waarbij het materiaal verkleurt. De externe stimuli (licht, warmte, zuur) zetten vervolgens een uitgekiend reactiemechanisme in werking dat tot herstel van de dwarsverbanden leidt. Daarmee is het materiaal weer gerepareerd. En als het moet, dan kan het materiaal het kunstje zelfs herhalen: het proces is reversibel.
(Voor de fijnproever: het zelfhelend plastic is gemaakt van (haal diep adem)

poly(methyl methacrylate/n-butylacrylate/2-[(1,3,3-trimethyl-1,3-dihydrospiro[indole-2,39-naphtho[2,1-b][1,4]oxazin]-5-yl)amino]ethyl-2-methylacrylate) [p(MMA/nBA/SNO)]

copolymeren. Veel langere benamingen zijn we nog niet vaak tegengekomen….).

Bron:

• New Plastic Bleeds When Cut or Scratched, Heals Like Human Skin
• Dhanya Ramachandran, Fang Liu and Marek W. Urban, Self-repairable copolymers that change color RSC Adv., 2012, 2, 135-143. DOI: 10.1039/C1RA00137J
  
  

Lees meer over zelfhelende materialen op Kennislink: