Polymeer herstelt zichzelf onder water (video)

Dat het materiaal zichzelf onder water herstelt, is uitzonderlijk aangezien de meeste zelfherstellende polymeren niet ver onder het wateroppervlak werken. 'Zelfherstellende polymeren die bij kamertemperatuur werken, zijn vaak niet stabiel onder water. Ze zijn ook moeilijk zelf te repareren en het proces duurt lang', zegt onderzoeksleider Lili Chen, moleculair ingenieur aan de Tsinghua University in China.

Uitgebreid getest

Russe is gemaakt van een soort zacht polymeer dat ook in sommige verven voorkomt. Kleine stukjes polymeer zijn aan elkaar verbonden door minuscule ketens van een harder type polymeer. Deze ketens zijn niet meer dan enkele nanometers lang. Het onderzoeksteam testte de eigenschappen van het materiaal door het uit te rekken, te snijden en er zelfs met een hamer op te slaan. 

Het materiaal heeft alle testen doorstaan. Het kan tot 1400 procent worden uitgerekt zonder te breken. Het kan ook 1000 keer zijn eigen gewicht dragen zonder van vorm te veranderen. Toen de onderzoekers het materiaal doormidden sneden en vervolgens de uiteinden weer tegen elkaar drukten, kwam het binnen tien seconden weer bij elkaar. 

De moleculen waaruit de polymeren bestaan, hebben een positief en een negatief geladen uiteinde. Deze twee uiteinden trekken samen en verstrengelen zich opnieuw. In die tien seconden kwamen steeds meer moleculen weer met elkaar in contact, waardoor het materiaal langzaam weer op sterkte kwam. Nog geen vijf minuten later was het materiaal bijna helemaal terug in de oorspronkelijke staat. 

Zout en zuur

Het onderzoeksteam testte ook de effectiviteit van Russe in zout water. Deze omstandigheden hadden bijna geen invloed op de elasticiteit en zelfherstellende functie van het materiaal. Het plastic werd ook onder water in tweeën gesneden; binnen vijf minuten was het materiaal terug op tachtig procent van zijn oorspronkelijke hardheid. Deze resultaten waren hetzelfde wanneer het zelfherstellende plastic werd ondergedompeld in zure en basische oplossingen. Zelfs wanneer het materiaal een maand in zout water lag, behield het zijn eigenschappen. 

'Deze resultaten geven aan dat het materiaal in noodgevallen kan worden gebruikt voor onderwaterreparaties', zegt Chen. Ze geeft een voorbeeld van een duiker: wanneer de buizen van de luchttank onverwacht breken en de gasstroom wordt onderbroken, kan de duiker binnen enkele seconden overlijden. ‘Zelfherstellende materialen zoals Russe kunnen in zulke gevaarlijke en urgente situaties een cruciale rol spelen.' Het plastic kan bijvoorbeeld ook worden gebruikt als coating in onderwaterpijpleidingen om ze sneller en gemakkelijker te repareren.