Vorige week presenteerde technologiegigant IBM in Science een nieuwe kunststof die niet alleen bijzonder sterk is, maar bovendien chemisch te recyclen. Het zou een oplossing kunnen bieden voor het kunststof afvalprobleem. Tussen de lange rij Science auteurs prijkt de naam van de Eindhovense chemiestudent Gijs ter Huurne. Hij liep stage bij het IBM Almaden Research Center in de Verenigde Staten.
De stage is afgerond, de formulieren ingeleverd en volgende week hoort Gijs ter Huurne of hij geslaagd is. Ondertussen heeft hoogleraar Bert Meijer hem al een promotieplaats aangeboden, dus veel kan er niet meer mis gaan. Als co-auteur van een publicatie in Science is hij ook niet de eerste de beste afstudeerder. Zelfs voor veel gevestigde wetenschappers blijft het topblad buiten bereik.
Ter Huurne is “hartstikke blij” met het opmerkelijke resultaat van zijn stageperiode bij het Almaden Research Center van IBM in San Jose (Californië). Hij vertelt dat de Science publicatie al tot flinke media-aandacht leidde. “Ik had een paar filmpjes gemaakt over het plastic waar ik onderzoek aan deed. Het is wel bijzonder om die opeens op de nationale TV-zenders terug te zien.”
http://www.youtube.com/watch?v=rUZXByeb_lM
Ter Huurne werkt bij de IBM onderzoeksgroep van James Hedrick aan een nieuwe groep kunststoffen met opmerkelijke en veelzijdige eigenschappen. Het sloot perfect aan bij zijn fascinatie voor materialen en materiaalkunde. “Het onderzoek betrof de polymerisatie van paraformaldehyde met een heel scala aan di-amines”, legt hij uit. “We haalden het nieuws met het feit dat je zo een hele sterke kunststof kunt maken die in principe chemisch te recyclen is. Als je het oplost in een zuur krijg je de uitgangsstoffen weer terug.”
Dat laatste is echt bijzonder. De meestgebruikte sterke plastics – het gaat om zogenaamde thermoharders – zijn uiteindelijk alleen maar te vermalen of verbranden. “Dat is echt een groot afvalprobleem. Deze vinding kan daar verandering in brengen.”
Kunststof recyclen
Soms hoor je wel eens zeggen dat we in het ‘plastic tijdperk’ leven. En inderdaad, wie om zich heen kijkt kan het plastic (in goed Nederlands: kunststof) haast niet missen. Ondanks de enorme diversiteit van het materiaal zijn er in principe slechts twee belangrijke soorten te onderscheiden. Thermoplasten en thermoharders.
Thermoplasten zijn – een beetje zoals een metaal – op te warmen en vervolgens te vervormen. Veel alledaagse kunststoffen, vooral te vinden in verpakkingen, zijn thermoplasten. Nadat de verschillende soorten thermoplasten uit de plastic afvalstroom zijn gehaald, zijn ze weer om te smelten en te hergebruiken.
Thermoharders zijn doorgaans sterker en steviger. Ze zijn te vinden in veeleisende, constructieve toepassingen. In auto’s bijvoorbeeld. Deze kunststoffen vervormen niet bij verhitting en de mogelijkheden voor recycling zijn beperkt. Ze worden vermalen en onder andere gebruikt als vulmateriaal voor andere kunststof producten. Of verbrand in een afvalverbrandingsinstallatie.
Het bijzondere van de nieuwe kunststof van IBM is dat het om een thermoharder gaat, met dienovereenkomstige eigenschappen, die tóch recyclebaar zou kunnen zijn. Na oplossen in zuur valt het namelijk uiteen in de chemische bouwstenen, die weer opnieuw kunnen reageren tot een nieuwe kunststof. Daarmee zou afval tot het verleden behoren.
Zelfhelende gel
Opmerkelijk genoeg illustreerden de Amerikaanse TV-zenders het goede nieuws met beelden van een andere kunststofvariant – het materiaal waar Ter Huurne veel werk aan verrichtte. “We maakten dat op basis van een hele andere uitgangsstof en via polymerisatie bij lage temperatuur. Zo kregen we een elastische gel met bijzondere zelfhelende eigenschappen. Het is gemaakt volgens dezelfde polymeerchemie, maar is in feite een heel ander materiaal.”
http://www.youtube.com/watch?v=_A_w4nlTzhs
In de videofragmenten van Ter Huurne is te zien hoe afzonderlijke stukjes van de gel (blauwgekleurd en transparant) met elkaar tot een nieuw geheel ‘versmelten’. Mooi voor TV, maar de Eindhovense student denkt niet dat deze ‘zelfreparatie’ de belangrijkste toepassing van het materiaal vormt. Hij ziet vooral mogelijkheden als dragermateriaal voor de toediening van medicijnen.
“De gel is tamelijk stevig en stabiel tot temperaturen rond een graad of vijftig. In contact met water valt het materiaal weer uiteen tot de oorspronkelijke bouwstenen. Daar liggen interessante mogelijkheden voor medische toepassing.”
Ter Huurne voerde allerlei verkennende experimenten uit en stelde vast dat de gel behoorlijk veelzijdig is. “We konden steeds precies de eigenschappen realiseren die we wilden. Ik denk dat er veel verschillende toepassingen mee zijn te realiseren.”
Overzicht van de chemie van het nieuwe kunststof. Afhankelijk van uitgangsstoffen en polymerisatieomstandigheden ontstaan verschillende varianten. Onderaan de gel van Gijs ter Huurne.
IBM | Science | AAAS“De tijd van mijn leven”
Ter Huurne raakte bij IBM verzeild op voorspraak van hoogleraar Bert Meijer, in wiens groep hij ook al zijn afstudeerproject uitvoerde. “Ik wilde graag naar Amerika en inhoudelijk sloot het mooi aan bij mijn eerdere werk”. Hij moest wel even aan het idee wennen. “Ik kende IBM vooral als computerfabrikant. Maar de researchers van het bedrijf zijn op een veel breder terrein actief. De groep van Hedrick richt zich bijvoorbeeld erg op de biomedische toepassingen van kunststoffen.” Uiteindelijk is het hem zo goed bevallen dat hij graag nog eens terug wil gaan: “Ik heb er echt de tijd van mijn leven gehad”.