A*STAR-onderzoekers hebben polymelkzuur harder gemaakt met behoud van de elasticiteit door kern-schil nanodeeltjes toe te voegen als vulmiddel1.

Polymelkzuur (PLA) is een biologisch afbreekbaar en zeer biocompatibel polymeer met een goede thermische verwerkbaarheid, die op grote schaal is gebruikt in biomedische toepassingen en als verpakkingsmateriaal. Echter, het is broos en heeft een slechte mechanische stabiliteit, het wordt dus vaak gemodificeerd door versterkende polymeren toe te voegen en door verschillende polymerisatiemethoden op te nemen. Helaas, deze aanpassingen verminderen ook de sterkte en elasticiteitsmodulus van het materiaal, wat de toepassingen ervan beperkt.

Nutsvoorzieningen, Chaobin Hij, Beng Hoon Tan en collega's van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Singapore, rapporteer de verhoogde taaiheid van PLA, met behoud van de sterkte en modulus van het materiaal, door de toevoeging van core-shell nanodeeltjes als vulmiddel. De nanodeeltjes hebben silicakernen met rubberen kettingen die covalent aan het silica zijn gekoppeld, en poly(D-melkzuur) (PDLA) geënt op de buitenste schil. Deze opeenvolgende stappen werden gerealiseerd door gebruik te maken van een techniek genaamd 'ringopening polymerization'.

Na toevoeging van de nanodeeltjes aan een poly (L-melkzuur) (PLLA) matrix met behulp van een oplossingsmengproces, er vormt zich een complex tussen de hangende PDLA-ketens en de PLLA-matrix. interessant, thermische analyse van het polymeer nanocomposiet geeft aan dat het materiaal perfect opnieuw assembleert na herkristallisatie uit de smelt. Dit smeltgeheugeneffect wordt aanzienlijk versterkt door het inbouwen van rubberen kettingen in de nanodeeltjes.

"De aanwezigheid van silica-rubber-PDLA-nanodeeltjes in de PLA-matrix en de complexe vorming ervan met PLLA zorgen voor spanningsverlichting en overbruggende effecten tijdens vervorming, waardoor de taaiheid wordt verbeterd zonder in te boeten aan sterkte en modulus, ", zegt He. De verhoogde gemakkelijke spanningsvermindering is waarschijnlijk te wijten aan het vermogen van rubber om te werken als een spanningsconcentrator tijdens plastische vervorming. Uit microscopische analyse van het polymeer nanocomposiet, de vervormingsmechanismen van het materiaal werden geïdentificeerd als 'craquelé', waarbij de vorming van microholtes in het materiaal betrokken is, en fibrillatie op plaatsen van lokale plastische vervorming.

"De grootschalige productie van PLA uit hernieuwbare bronnen maakt ons milieuvriendelijke materiaal een veelbelovende kandidaat om op aardolie gebaseerde thermoplasten te vervangen, " zegt He. "Hoewel onze aanpak de tekortkomingen van puur PLA aanzienlijk heeft verholpen, zoals broosheid en slechte mechanische stabiliteit, verdere optimalisatie van materialen en proces en verbetering van de compatibiliteit van nanodeeltjes en polymeermatrix moet worden uitgevoerd."

"Het vermogen om PLA harder te maken met de toevoeging van deze silica-rubber-PLA-nanodeeltjes zal de weg vrijmaken voor de verdere ontwikkeling van duurzame polymeren voor bredere toepassingen, voorbeeld, consumentenelektronica, auto en verpakking, " besluit Hij.