Plastic herstelt automatisch na schade

Zelf-herstellende materialen zijn op het moment een beetje vergelijkbaar met de heilige graal. Er zijn al diverse producten ontwikkeld die kleine scheurtjes en haarlijnbreuken kunnen repareren. Maar het lijkt erop dat de laatste ontwikkeling zorgt voor een enorme technologische vooruitgang.

Wetenschappers van de universiteit van Illinois hebben een soort plastic uitgevonden dat niet alleen breuken kan herstellen, maar ook grote scheuren en gaten kan dichten.

Zelfde wijze als levende systemen
“Wij hebben de reparatie getoond van een niet-levend, kunststoffen systeem op een wijze die doet denken aan de manier van regeneratie in sommige levende systemen”, vertelt chemicus Jeffry Moore, die in het onderzoeksteam werkt dat valt onder Scott White, professor van aerospace engineering.

Deze nieuwe technologie komt niet alleen van pas in het dagelijks leven – denk aan een regenererende bumper voor je auto – maar ook in gebieden waar het erg moeilijk is om iets te repareren, zoals in de ruimte.

Leveringssysteem
Het team gebruikt de methode vasculaire levering. Deze techniek is al enkele jaren in ontwikkeling en gebaseerd op ons bloedvatensysteem. Vloeibare materialen circuleren in het product en voeren diverse taken uit.

In dit geval zijn de vloeibare materialen twee chemicaliën die in het gat stromen dat door de schade is aangericht. Dit gebeurt via twee parallelle haarvaten. De chemicaliën, geïnspireerd op de manier hoe bloed stolt in de open lucht, mengen met elkaar om een soort gel te vormen. Dit wordt hard als stevig polymeer. Zo herstelt de structurele integriteit van het plastic.

Gevecht tegen zwaartekracht
“We moeten rekening houden met veel externe factoren, zoals de zwaartekracht”, geeft professor White aan. “De vloeistoffen die wij gebruiken vormen erg snel een gel, die vrijwel direct begint te verharden. Als dat niet zou gebeuren dan zouden de vloeistoffen gewoon weglopen uit het beschadigde gebied.”

White: “Juist omdat het een gel wordt, blijft het de vloeistoffen vasthouden. Omdat het op dat moment nog geen hard plastic is, kunnen we het regeneratieproces voortzetten door meer vloeistoffen in het gat te pompen.”

Chemicaliën toevoegen aan materiaal
De technologie is getest op zowel thermoplasten als thermoharders. De wetenschappers hebben getoond dat ze een gat kunnen repareren dat gemaakt is door een kogel van negen millimeter. In de experimenten voeren de onderzoekers zelf de chemicaliën toe aan het plastic, maar het team stelt zich voor dat als een materiaal van tevoren voorzien wordt van de chemicaliën, dat het zichzelf kan regenereren indien nodig.

“Wij hebben voor het eerst aangetoond dat je verloren materialen kunt regenereren naar stevig polymeer”, zegt White. “Voorheen als je een stuk van het materiaal afknipte dan was je het gewoon kwijt. Nu hebben wij laten zien dat het materiaal opnieuw kan groeien.”

De volledige studie Restoration of Large Damage Volumes in Polymers kan online gelezen worden in Science Magazine.