RSSMateriaal met innovatieve microcapsules herstelt zichzelf
De onderzoeksgroep Polymeerchemie van de UGent, onder leiding van prof. Filip Du Prez, ontwikkelt industrieel aantrekkelijke materialen met microcapsules die innovatieve lijm bevatten om schade autonoom te herstellen in uiteenlopende omstandigheden. De resultaten werden recent gepubliceerd in het gerenommeerd tijdschrift Advanced Functional Materials.
Nieuwe generatie materialen
Kunststofmaterialen die zichzelf, zowel bij vries- als bij zomertemperaturen, kunnen herstellen? Ondanks het vele onderzoek wereldwijd klinkt dit nog steeds als toekomstmuziek, maar de realiteit is minder veraf dan we zouden denken. Zelfherstellende autolakken of GSM-covers zijn zelfs al op de markt. De UGent zet nu, in samenwerking met de VUB en industriële partners, de volgende stap naar het zelfstandig repareren van grotere materiaaltoepassingen zoals vliegtuigvleugels en scheepsrompen, maar ook fietskaders en windmolenwieken.
Concreet wordt ernaar gestreefd om de volgende generatie materialen te ontwikkelen die veiliger zijn, langer meegaan of u nog langer laten genieten van uw groene stroom, zonder extra onderhoudskosten.
Om dit te bereiken werden microcapsules ontwikkeld met twee industrieel interessante chemicaliën in de kern. Microcapsules zijn minuscule containers, ongeveer één tiende van een millimeter groot, die een vloeistof bevatten. De twee gebruikte vloeistoffen in de kern zijn goedkoop, stabiel, niet toxisch en reageren snel met elkaar wanneer ze vrijgesteld worden uit de microcapsules door bijvoorbeeld een barst in het materiaal. Grootste meerwaarde, in vergelijking met de vele bestaande laboratoriasystemen, is volgens onderzoeker Xander Hillewaerede de industriële toepasbaarheid van het nieuwe systeem.
Uitdagingen
De twee chemicaliën werden geselecteerd op basis van hun adhesieve sterkte om de barst terug samen te lijmen en op de mate van vloeibaarheid om in de barst te kunnen vloeien en mengen. Bovendien moest de snelheid van de reactie voldoende hoog zijn om verdere breukgroei te vertragen of, nog beter, te stoppen. De gebruikte reactie gaat volledig door in een tijdsbestek van enkele minuten tot uren, afhankelijk van de omstandigheden.
Een grote uitdaging voor de onderzoekers was het inkapselen van deze herstelstoffen in microcapsules door middel van een emulsie-polymerisatie, d.i. het vormen van een vast schilmateriaal rondom geëmulsificeerde druppels. Belangrijk is dat de microcapsules stevig genoeg moeten zijn om verwerkt te kunnen worden in het materiaal, maar tegelijk ook voldoende broos zodat ze openbarsten wanneer het omringende uitgeharde materiaal breekt.
Wanneer een epoxymateriaal met 20 gewichtsprocent aan microcapsules breekt, vult de vrijgekomen tweecomponentenlijm de barst op. Tijdens een herstelperiode van 1 tot 5 dagen hardt deze lijm vervolgens uit, waardoor meer dan 50% van de breuktaaiheid (de weerstand van het materiaal tegen breken) hersteld wordt. Dit wordt mooi weergegeven in een filmpje. Meer onderzoek is nodig om het herstel verder op te krikken, maar dit resultaat is een belangrijke, nieuwe stap voorwaarts in het ontwikkelen van een industrieel toepasbaar zelfherstellend (composiet)materiaal.
Het onderzoek vond plaats in het kader van het SEPOCOM (Self-healing Polymers and Composites) project onder de koepel van SIM (Strategic Initiative Materials) Flanders.
© 2014 GENTBLOGT VZW