Stel je voor dat producten langer houdbaar zijn door slimme verpakkingen, dat plastic robots worden aangedreven door hun omgeving, en dat kleding zich aanpast tijdens het dragen. Kortom:dat je plastic slim kunt maken zodat het materiaal reageert op zijn omgeving, bijvoorbeeld door de luchtvochtigheid aan te passen, temperatuur of licht. Voor zijn Ph.D. onderzoek Rob Verpaalen keek hoe je bulkplastics kunt produceren zonder de huidige industriële verwerkingsprocessen radicaal te veranderen. Hij behaalde zijn Ph.D. op 22 september bij de faculteit Chemische Technologie en Chemie.

Kunststoffen worden goedkoop en in grote hoeveelheden geproduceerd. Denk aan verpakkingsmaterialen en textiel. Als deze conventionele statische kunststoffen responsief zouden kunnen worden gemaakt en daarom "slim, " het kan leiden tot nieuwe materialen en toepassingen. Het huidige industriële verwerkingsproces is gebaseerd op de materialen polyethyleen, polyamide 6 (PA6, nylon) en polyethyleentereftalaat (PET). Om deze materialen responsief te maken, ze worden besproeid met coatings of gemengd met additieven.

Verpaalen onderzocht de invloed van temperatuur- en vochtigheidsprikkels op de vormverandering in nylon. Hij toonde aan dat buigen alleen thermisch optreedt bij verhoogde luchtvochtigheid. Dit toont aan dat vormverandering kan worden geprogrammeerd. Om deze eenvoudige buiging om te zetten in een meer geavanceerde vormverandering, Verpaalen gebruikte een speciale coating met een wenteltrapstructuur. Door de laagdikte te variëren, het materiaal buigt niet meer, maar vormt in plaats daarvan een krul.

Van vorm veranderen door licht

Verpaalen combineerde vervolgens een thermoplastisch PET-substraat met een responsieve coating. Hierdoor ontstond een herprogrammeerbare, lichtgevoelig en vormveranderend plastic. Deze zogenaamde bilayer-actuators reageren snel, omkeerbaar en plaatselijk onder invloed van ultraviolet en zichtbaar licht. Het nieuwe plastic vertoont zelfs verschillende vormveranderingen in één actuator.

Lichtgevoelige actuatoren worden ook ontwikkeld door unieke lichtgevoelige azobenzeenmoleculen (met PE-zijgroepen) toe te voegen aan polyethyleen met ultrahoog moleculair gewicht. De sterk georiënteerde plastic films wekken dan uitzonderlijk hoge spanningen op, vergelijkbaar met metalen aandrijvingen, onder invloed van ultraviolet en zichtbaar licht.