Nieuwe UGent-technologie laat toe kunststoffen eenvoudig op te bouwen, te herstellen en te recycleren

UGent-chemici hebben een strategie ontwikkeld om chemische bouwstenen en grondstoffen, bijvoorbeeld van kunststoffen, aan elkaar te koppelen of te ’klikken’.
Functionele materialen en grote moleculen kunnen nu eenvoudig opgebouwd worden, en tegelijk kunnen zowel hun chemische structuur als hun eigenschappen beïnvloed worden door de temperatuur te wijzigen.

Kunststoffen eenvoudig bouwen, herstellen en recycleren

De studie, die werd gepubliceerd in ‘Nature Chemistry’, opent mogelijkheden om stevige maar lichte kunststofmaterialen voor duurzame toepassingen zoals windturbine-wieken of auto-onderdelen, eenvoudig op te bouwen en vorm te geven.
Ook op het vlak van herstelling biedt de techniek perspectieven: door zelfhelende eigenschappen kunnen grote krassen in kunststoffen verdwijnen.
Tot slot is het uniek dat harsen echt recyclebaar worden. Momenteel kunnen ze enkel fijngemalen worden om als vulstof te dienen.

Chemie voor beginners

Een jarenlange samenwerking tussen drie onderzoeksgroepen van de universiteit Gent leidde tot een nieuwe manier om stoffen met moleculaire precisie op te bouwen. Professor Johan Winne (docent chemische reactiviteit): “Het aan elkaar koppelen of chemisch 'linken' van twee moleculen tot één grotere is op zich niet spectaculair, maar bij organische chemie hangt de manier waarop moleculen met elkaar reageren zeer sterk af van de context, en kan dus zeer moeilijk gecontroleerd worden." Daardoor is organische chemie voorbehouden aan hyperspecialisten, of kan toch enkel binnen heel nauw omschreven randvoorwaarden toegepast worden. Sinds het begin van de 21e eeuw proberen wetenschappers chemische reacties te ontwikkelen die zo robuust en betrouwbaar zijn dat in principe iedereen ze kan uitvoeren, in om het even welke situatie of toepassing. Men spreekt in deze context over 'klikchemie': chemie die twee bouwstenen aan elkaar 'linkt' en als het ware even eenvoudig uit te voeren is als het openen van een internetlink met een ‘klik’ van een PC-muis.

Die 'democratisering' van chemische koppelingsreacties is vandaag geen utopie meer. Professor Filip Du Prez (hoogleraar polymeerchemie) verduidelijkt: “In het begin van de 21e eeuw was het concept van de klikchemie eerder gericht op biologische toepassingen zoals geneesmiddelenontwikkeling, maar de technologie heeft ook snel zijn ingang gevonden in een heel groot aantal andere onderzoeksgebieden, ook buiten de chemie. De mogelijkheid om ook chemisch in te grijpen in complexe en diverse systemen is voor veel onderzoeksprojecten immers heel aantrekkelijk. Mijn onderzoeksgroep heeft zich de laatste jaren dan ook sterk toegespitst op het gebruik van klikchemie voor het ontwerpen van nieuwe, functionele polymeermaterialen.”

In hun zoektocht naar een ideaal chemisch systeem werden de onderzoekers van de vakgroep Organische en Macromoleculaire Chemie bijgestaan door collega’s van het Centrum voor Moleculaire Modellering onder leiding van professor Veronique Van Speybroeck. Uiteindelijk werden twee bouwstenen gevonden die gemakkelijk ingebouwd kunnen worden in materialen en precursoren (stoffen die een voorloper zijn van een andere stof). Uniek aan deze chemische technologie is dat de gebruikte bouwstenen na een eerdere koppeling nog van partner kunnen ruilen: door de temperatuur te verhogen wordt de chemische binding tijdelijk verbroken en is de bouwsteen opnieuw vrij voor een nieuwe binding met een andere partner. Zo kunnen heel stevige materialen gemaakt worden, die toch nog vervormbaar zijn bij hogere temperaturen. Daardoor kunnen lichte kunststofharsen gebruikt worden voor bepaalde toepassingen waarvoor nu nog metalen nodig zijn.

Momenteel wordt samengewerkt met verschillende bedrijven om deze ultrasnelle klikchemie te gebruiken voor het produceren van materialen met bijzondere ‘dynamische’ eigenschappen die hun verwerkbaarheid, herstel en recyclage moeten bevorderen.

Info

Prof. Filip Du Prez en prof. Johan Winne
Vakgroep Organische en Macromoleculaire Chemie
Filip.DuPrez@UGent.be / Johan.Winne@UGent.be
www.PCR.UGent.be

Referentie: S. Billiet, K. De Bruycker, F. Driessen, H. Goossens, V. Van Speybroeck, J.M. Winne, F.E. Du Prez, Nat. Chem., 2014, 6 (vol. 9), 815-821.

Bron : UGent