Met natuurkunde een nieuw soort recyclebaar plastic maken

Het startpunt oogt simpel: een geel poeder in het ene schaaltje, en een wit poeder in een ander. Door die twee op te lossen, de oplossingen bij elkaar te voegen en in een hete pers samen te drukken, transformeert Van Lange die twee stofjes binnen twee weken in een rechthoekig stukje plastic van twee bij een halve centimeter. Onder normale omstandigheden stevig en hard, maar bij verhitting hervormbaar. Ze noemt deze innovatieve plastics compleximeren. Daarover rapporteert ze, samen met haar collega’s, in het wetenschappelijke tijdschrift Science Advances.

Plastic duurzaam verwerken

Plastics zijn alomtegenwoordig. Het dient bijvoorbeeld als verpakking om de paprika en komkommer in de supermarkt, en als omhulsel van nieuw kinderspeelgoed. “Maar het zit ook in de schoenen aan mijn voeten en de bril op mijn neus,” zegt Van Lange terwijl ze naar haar roze montuur wijst. Toch staan we zelden stil bij wat er met deze materialen gebeurt nadat de schoenen stukgelopen zijn of wanneer je een nieuwe bril nodig hebt.

“Je kunt oude spullen naar een recyclepunt brengen, maar vrijwel niemand weet wat er daarna precies mee gebeurt”, zegt de jonge onderzoeker. Neem een schoenzool: ook dat is een type plastic. Na gebruik kunnen we daar niets mee, behalve verbranden of vermalen. Andere plastics, zoals het zakje om de paprika of het laagje in het melkpak, kunnen we wel hergebruiken. “Hoe mooi zou het zijn als we alle plastics duurzaam konden verwerken”, vraagt Van Lange zich hardop af. Ze is gedreven door haar liefde voor duurzame materialen en werkt daarom bij de leerstoelgroep Physical Chemistry and Soft Matter aan dit innovatieve plastic. “Duurzame materialen vind ik gewoon heel erg vet”, zegt ze glunderend.

“Op moleculaire schaal bestaan plastics uit lange ketens”, legt Van Lange uit. In traditionele, harde plastics zijn die ketens verbonden met chemische dwarsverbindingen voor stevigheid. Het nadeel is dat die dwarsverbindingen zo sterk zijn, dat ze recyclen van het plastic vrijwel onmogelijk maken. Daarom ontwierp Van Lange die plastics opnieuw, ditmaal zonder chemische dwarsverbindingen, maar met natuurkundige krachten waarvan ze de sterkte kan aanpassen.

Aantrekkingskracht

“De ene helft van de ketens waaruit ons plastic bestaat, is positief geladen”, vertelt Van Lange. “De andere helft heeft een negatieve lading.” Als je die op de juiste manier met elkaar in contact brengt, trekken die tegenpolen elkaar aan, net als twee magneten. Zo blijven de ketens bij elkaar, zonder chemische dwarsverbindingen. Verwarm je dat plastic, trekken de delen minder hard aan elkaar en laat het geheel zich opnieuw vormen. “Dan kun je het plastic hergebruiken of bijvoorbeeld een gat of andere beschadiging in het plastic repareren met warmte”, zegt Van Lange.

Ondertussen heeft de promovendus ongeveer drie gram van het nieuwe plastic gemaakt. “Het duurde wel even voordat mijn collega’s en ik het gewenste plastic in handen hadden, vertelt ze. Het draait allemaal om de aantrekkingskracht: van nature trekken positieve en negatieve deeltjes elkaar sterk aan. Dat maakt materialen bros en vrijwel onmogelijk te vervormen bij verhitting. “De innovatie zit hem in het genoeg verzwakken van de lading”, zegt Van Lange.

Dat lukte met een soort moleculaire parapluutjes die de positieve en negatieve ladingen in het plastic gedeeltelijk afschermen. “Zo bereikten we de perfecte aantrekkingskracht en dus plastic dat goed vervormbaar is bij verhitting”, zegt de promovendus. Die parapluutjes zijn bovendien waterafstotend, waardoor het plastic niet verzwakt als het blootgesteld wordt aan water. Zo blijft bijvoorbeeld een schoenzool gemaakt van het nieuwe plastic stevig wanneer je in een plas stapt. “Geladen materiaal is bijna altijd gevoelig voor water, dus dat we dit voor elkaar gekregen hebben, is heel bijzonder”, aldus Van Lange.

Flexibeler maken

Helemaal klaar is het nieuwe plastic nog niet. Zo is het materiaal nog niet buigbaar genoeg volgens Van Lange: “We laten zien dat het concept werkt, maar nu moeten we een manier bedenken om het meer rubbereigenschappen te geven”. De onderzoeker hoopt dat voor elkaar te krijgen door de lading in compleximeren te verminderen, bijvoorbeeld door de opbouw van de ketens waaruit het nieuwe plastic bestaat aan te passen. “Een alternatief zou zijn om de moleculaire “parapluutjes” te vergroten”, zegt Van Lange. Ook overweegt ze het type ketens, de ruggengraat van het plastic, aan te passen. “We gebruiken nu polystyreen, een stijf molecuul”, verklaart de promovendus. “Als we dat vervangen met een flexibelere variant, krijgen we misschien ook al een buigbaarder plastic.”

Hoewel het plastic dus nog niet direct klaar is om de markt op te gaan, hoopt de promovendus met haar werk wel al andere onderzoekers te inspireren. Haar onderzoek wees uit dat door out-of-the-boxdenken heel nieuw materiaal tot stand kan komen. “Ik wil andere wetenschappers motiveren om anders naar materialen te kijken en ze op nieuwe manieren te gebruiken”, aldus Van Lange.