De afgelopen drie jaar heeft Ph.D. kandidaat Sophie van Lange heeft één duidelijk doel voor ogen:het produceren van plastic dat zowel hard als duurzaam is. De kunststoffen die we tegenwoordig gebruiken zijn recyclebaar of sterk en hard, niet allebei. Van Lange stapte af van de traditionele chemische benaderingen om plastic te produceren en ontwikkelde een geheel nieuwe methode om op een geheel nieuwe manier duurzaam en herbruikbaar plastic te maken. De truc? Fysieke krachten.

Het proces begint met een ogenschijnlijk eenvoudige opzet:een geel poeder in het ene gerecht en een wit poeder in het andere. Door deze twee oplossingen op te lossen, te combineren en in een hete pers aan hitte en druk te onderwerpen, transformeert Van Lange deze stoffen binnen twee weken in een rechthoekig stuk plastic van twee bij een halve centimeter.

Onder normale omstandigheden is het resulterende plastic stevig en hard, maar wordt het bij verhitting hervormbaar. Ze noemt deze innovatieve kunststoffen 'compleximers'. Van Lange en haar collega's rapporteren hierover in Science Advances .

Duurzame kunststofverwerking

Plastics zijn alomtegenwoordig in ons dagelijks leven en dienen als verpakking voor paprika's en komkommers in de supermarkt of als verpakking voor nieuw speelgoed. "Maar ook in de schoenen aan mijn voeten en de bril op mijn neus zit plastic verwerkt", zegt Van Lange, wijzend op haar roze montuur. Toch staan ​​we er zelden bij stil wat er met deze materialen gebeurt als de schoenen kapot gaan of als je een nieuwe bril nodig hebt.

“Oude spullen kun je naar een recyclingpunt brengen, maar bijna niemand weet wat er daarna precies mee gebeurt”, zegt de jonge onderzoeker. Denk eens aan een schoenzool, ook dit is een soort plastic. Na gebruik kunnen we er niets meer mee doen, behalve verbranden of vermalen. Andere kunststoffen, zoals het zakje om een ​​paprika of het laagje in een melkpak, kunnen gerecycled worden.

“Hoe mooi zou het zijn als we alle kunststoffen duurzaam kunnen verwerken”, zegt Van Lange. Ze wordt gedreven door haar liefde voor duurzame materialen en werkt aan dit innovatieve plastic bij de leerstoelgroep Fysische Chemie en Zachte Materie. "Ik vind duurzame materialen echt cool", zegt ze.

‘Op moleculaire schaal bestaan ​​kunststoffen uit lange ketens’, legt Van Lange uit. Bij traditionele harde kunststoffen zijn deze ketens voor sterkte met elkaar verbonden door chemische verbindingen. Deze verknopingen zijn echter zo robuust dat recycling vrijwel onmogelijk wordt. Daarom heeft Van Lange deze kunststoffen opnieuw ontworpen zonder chemische verknopingen, dit keer met behulp van instelbare fysieke krachten.

Aantrekkingskracht

"De helft van de ketens waaruit ons plastic bestaat, is positief geladen", legt Van Lange uit.

"De andere helft is negatief geladen." Wanneer je ze op de juiste manier met elkaar in contact brengt, trekken ze elkaar aan, net als twee magneten. Dit houdt de ketens bij elkaar zonder dat chemische verknopingen nodig zijn. Bij verhitting verzwakt de aantrekkingskracht tussen de onderdelen, waardoor het hele materiaal zich opnieuw kan vormen. "Hierdoor kan het plastic hergebruikt worden of bijvoorbeeld met hitte een gaatje of andere beschadiging in het plastic repareren", zegt Van Lange.

Tot nu toe heeft de Ph.D. kandidaat heeft ongeveer drie gram van het nieuwe plastic geproduceerd. "Het duurde even voordat mijn collega's en ik daadwerkelijk het gewenste plastic hadden", vertelt ze. Het kwam allemaal neer op aantrekking:in de natuur trekken positieve en negatieve deeltjes elkaar sterk aan. Dit maakt materialen bros en bijna onmogelijk te vervormen bij verhitting. "De innovatie ligt in het voldoende verzwakken van die lading", zegt Van Lange.

Dat heeft ze bereikt met een soort ‘moleculaire paraplu’ die de positieve en negatieve ladingen in het plastic gedeeltelijk afschermt. "Zo hebben we de perfecte aantrekkingskracht bereikt en daarmee plastic dat gemakkelijk vervormbaar is bij verhitting", zegt de Ph.D. kandidaat. Bovendien zijn deze parasols waterafstotend, waardoor het plastic robuust blijft bij blootstelling aan water. Een schoenzool gemaakt van het nieuwe plastic blijft stevig als je in een plas stapt. "Geladen materiaal is vrijwel altijd gevoelig voor water, dus het is heel bijzonder om dit te bereiken", vult Van Lange aan.

Meer flexibiliteit

Het nieuwe plastic is nog niet helemaal klaar. Zo is het materiaal nog niet flexibel genoeg, zegt Van Lange:“We laten zien dat het concept werkt, maar nu moeten we een manier vinden om het meer rubberachtige eigenschappen te geven.” De onderzoeker hoopt dit te bereiken door de lading in compleximers te verminderen, bijvoorbeeld door de bouwstenen van de ketens waaruit het plastic bestaat aan te passen.

‘Een alternatief zou kunnen zijn om de moleculaire paraplu’s te vergroten’, zegt Van Lange. Ook overweegt ze om het type kettingen te veranderen. "Momenteel gebruiken we polystyreen, een stijf molecuul", legt de Ph.D. kandidaat. "Als we het vervangen door een flexibelere variant, krijgen we misschien al een buigzamer plastic."

Hoewel het plastic nog niet klaar is voor de markt, heeft de Ph.D. kandidaat hoopt dat haar werk andere onderzoekers zal inspireren. Uit haar onderzoek blijkt dat buiten de gebaande paden denken tot geheel nieuwe materialen kan leiden. “Ik wil andere wetenschappers motiveren om anders naar materialen te kijken en ze op onconventionele manieren te gebruiken”, besluit Van Lange.

Meer informatie: Sophie G. M. van Lange et al, Gematigde ionische binding voor watervrije recyclebare polyelektrolytcomplexmaterialen, Wetenschappelijke vooruitgang (2024). DOI:10.1126/sciadv.adi3606

Journaalinformatie: Wetenschappelijke vooruitgang

Aangeboden door Wageningen Universiteit