Polymeren die kunststoffen bevatten, zijn essentieel in het moderne leven. lichtgewicht zijn, sterk en onreactief, een breed scala aan technologieën hangt ervan af. Echter, de meeste polymeren hechten niet van nature aan andere materialen, dus ze hebben lijmen of corrosieve chemische behandelingen nodig om ze te kunnen bevestigen. Dit is een probleem op gebieden als voedsel en medicijnen, waar besmetting koste wat kost moet worden vermeden.

Er is dringend behoefte aan een schone manier om industriële polymeren lijm te maken. Nutsvoorzieningen, een team van de universiteit van Osaka heeft precies dat bereikt. Ze hebben een reeks plasmabehandelingen ontwikkeld om gevulkaniseerd rubber en het plastic PTFE (polytetrafluorethyleen) aan elkaar of aan andere materialen te laten hechten. De methode activeert de oppervlaktechemie van de polymeren, zoals beschreven in een studie in Wetenschappelijke rapporten .

"Als je PTFE spuit met een plasma van helium op 200 graden, het kan hechten aan niet-gevulkaniseerd rubber - dit is een techniek die we eerder in ons laboratorium hebben ontwikkeld, " zegt hoofdauteur Yuji Ohkubo van de studie. "Maar gevulkaniseerd rubber vormt een grotere uitdaging. In onze laatste studie, we hebben een nieuwe plasmabehandeling aangepast voor gevulkaniseerd siliconenrubber, waardoor het voor het eerst sterk aan PTFE hecht."

De siliconen in kwestie was PDMS (polydimethylsiloxaan), een bekende hars. Hoewel de belangrijkste doorbraak in PTFE-adhesie de warmteondersteunde plasmabehandeling was, de truc met PDMS is om het oppervlak te bombarderen met een plasmastraal, door stikstof/luchtplasma door een klein gaatje te persen. De straal verbreekt de silicium-koolstofbindingen aan het oppervlak en zet ze om in silanol (Si-OH).

Omdat het reactiever is dan het originele siliconenoppervlak, deze silanolgroepen kunnen binden met PTFE. Onder hoge druk, waterstofbruggen vormen zich tussen silanol en de zuurstofbevattende functionele groepen op het behandelde PTFE. Sterke covalente bindingen (C-O-Si, waarbij C van PTFE komt en Si van siliconen) de twee polymeren verder aan elkaar naaien, zelfs zonder lijm.

Door de twee materialen te verenigen, kan elk van de voordelen van de ander genieten:de chemische bestendigheid, vuilafstotend en verschuifbaar van PTFE, en de elasticiteit van siliconen. Ondoorzichtig PTFE kan ook worden vervangen door PFA (perfluoralkoxyalkaan) als transparantie nodig is. En dat is niet alles - als de achterkant van het PDMS ook plasmastraal is, het kan zich hechten aan koper en zelfs glas. Als een extreem sterke dubbelzijdige tape, deze sandwich met drie lagen zorgt ervoor dat de fluorpolymeren netjes hechten aan andere bruikbare materialen.

"PDMS wordt veel gebruikt in de geneeskunde, bijvoorbeeld in microfluïdische chips, " legt co-auteur Katsuyoshi Endo uit. "Er kunnen enorme voordelen zijn om zowel PTFE als PDMS veelzijdiger te maken voor medische en voedseltechnologieën door middel van lijmvrije hechting. Gecombineerd met het ontbreken van enige behoefte aan vluchtige chemicaliën, we hopen dat onze methode de horizon zal verbreden voor polymeren in geavanceerde technologie."