Vitrimeren zouden een goed alternatief kunnen zijn voor het moeilijk recyclebare harde plastic. Doordat ze lastig te bewerken zijn worden vitrimeren echter nog niet in producten toegepast. Onderzoek van de TU Eindhoven kan hier echter verandering in brengen.

Onderzoekers van de TU Eindhoven ontdekten dat niet alleen de temperatuur, maar ook de dichtheid invloed heeft op de bewerkbaarheid van deze nieuwe vorm van plastics. Die inzichten moeten onder meer gaan leiden tot recyclebare dashboards voor de auto-industrie. De resultaten zijn verschenen in het tijdschrift PNAS.

 

Hard plastic staat bekend als moeilijk recyclebaar. Thermoplastics zijn goed te recyclen maar ook veel minder sterk. In 2011 werd een nieuwe groep plastics ontwikkeld die zo sterk zijn als harde plastics en wel recyclebaar. Deze vitrimeren zijn echter nog altijd niet geschikt voor commerciële toepassing. Fabrikanten weten niet hoe ze het materiaal eigenschappen kunnen geven waarmee het in producten kan worden verwerkt en wetenschappers tasten nog grotendeels in het duister over hoe het materiaal precies werkt.

TU/e-natuurkundigen presenteren nu een computermodel waarmee duidelijk wordt hoe temperatuur en dichtheid de vitrimeren vervormen. Uit het model blijkt dat de fragiliteit van de vitrimeren bepalend is voor de verwerkbaarheid van het plastic in de fabriek. Promovendus Simone Ciarella: 'De fragiliteit staat voor de snelheid waarmee een materiaal van een vaste stof overgaat in een vloeistof (smelten) en andersom (stollen). Hoe lager de fragiliteitswaarde is, hoe makkelijker het plastic is om te vormen en dus hoe beter het materiaal recyclebaar is.' Het team is er ook in geslaagd om deze fragiliteit ‘af te stellen'. Zo blijkt dat hij veranderd kan worden door de dichtheid van het materiaal aan te passen.

Dwarsverbindingen open- en dichtklappen

Om de werking uit te leggen, moeten we inzoomen op de natuurkundige eigenschappen van de drie typen plastics. Plastics bestaan uit zeer lange strengen, de polymeren. Thermosets (harde plastics) zijn zo sterk door de vele verbindingen tussen deze strengen. En dat verklaart direct de slechte recyclebaarheid. Verhitting zorgt namelijk voor een onomkeerbaar verbreken van deze bindingen. Thermoplastics (zachte plastics) hebben geen verbindingen, en zijn daardoor makkelijk te vervormen door het verhogen van de temperatuur. Maar dat maakt ze dus ook minder sterk.

Ciarella: ‘Het interessante van vitrimeren is dat ze wel veel dwarsverbindingen hebben, maar door verhitting kunnen deze links openen en later weer dichtgaan op een andere plaats. Op kamertemperatuur gedragen vitrimeren zich daardoor even sterk als thermosets. Maar bij verhitting gedragen ze zich juist als makkelijk te vervormen thermoplastics. Ze behouden dus hun kwaliteit bij het omsmelten.'

Duurzame dashboards

De kennis uit dit onderzoek dient als theoretische basis voor het Horizon 2020 International Training Network-project genaamd Vitrimat, dat in januari gaat starten. Binnen dit project zal TU/e met acht internationale partners toewerken naar het praktisch toepassen van vitrimeren. Een van de doelen is het ontwerpen van recyclebare dashboards voor de auto-industrie.