Op weg naar scheurbestendige latexfilms op basis van nanodeeltjes

Synthetische polymeermaterialen, zoals kunststoffen en rubbers, zijn alomtegenwoordig geworden in ons dagelijks leven. Het is daarom essentieel om ervoor te zorgen dat ze veilig, duurzaam en duurzaam zijn. Dit geldt met name voor synthetische latexfilms, die veel worden gebruikt in verpakkingen, biogeneeskunde en elektronica.

Maar wat zijn synthetische latexfilms precies? Simpel gezegd, het zijn een soort op nanodeeltjes gebaseerde films die worden geproduceerd door een mengsel van polymeer nanodeeltjes en water uit te drogen. Naarmate het oplosmiddel verdampt, worden de nanodeeltjes meer gepakt totdat uiteindelijk de interacties tussen polymeerketens aan de grenzen van nanodeeltjes een coherente film creëren.

Helaas zijn de op deze manier geproduceerde latexfilms zwak. In de meeste gevallen moeten organische oplosmiddelen en vulstoffen aan het oorspronkelijke mengsel worden toegevoegd om de mechanische eigenschappen van het eindproduct te verbeteren. Deze additieven zijn niet alleen duur maar ook schadelijk voor het milieu.

Gelukkig heeft een team van onderzoekers uit Japan, onder leiding van universitair hoofddocent Daisuke Suzuki van de Shinshu University, onlangs een innovatieve manier ontwikkeld om taaie en scheurbestendige elastische latexfilms op basis van nanodeeltjes te produceren zonder dergelijke additieven te gebruiken. Hun werk, gepubliceerd in het tijdschrift Langmuirinclusief bijdragen van Yuma Sasaki van de Shinshu-universiteit en professor Toshikazu Takata van de Hiroshima-universiteit.

De sleutel tot hun aanpak was een nieuwe moleculaire structuur, bekend als rotaxane, die uit twee hoofdcomponenten bestaat: een ringachtig molecuul en een lineair “as”-molecuul. Het ringvormige molecuul wordt door het asmolecuul geregen, dat daarna mechanisch vast komt te zitten vanwege de vorm van de asuiteinden.

De onderzoekers maakten gebruik van dit in elkaar grijpende mechanisme in rotaxaan door het ringachtige molecuul chemisch te laten binden aan één polymeerketen en het asmolecuul aan een andere keten. Vervolgens bereidden ze mengsels van water en polymere nanodeeltjes door middel van standaard ultrasone trillingen en daaropvolgende polymerisatie die op hun beurt werden gebruikt om latexfilms te produceren. De strekexperimenten die op deze films werden uitgevoerd, onthulden dat de op rotaxaan gebaseerde strategie resulteerde in enkele opmerkelijke eigenschappen.

“In tegenstelling tot conventionele elastische polymeren op basis van nanodeeltjes, vertoonden de latexfilms die waren samengesteld uit de met rotaxaan verknoopte nanodeeltjes ongebruikelijk scheurvoortplantingsgedrag”, legt Dr. Suzuki uit. “De richting van de scheurvoortplanting veranderde van parallel aan de scheur naar één loodrecht op de scheur, wat resulteerde in een verhoogde scheurweerstand.”

De nieuwe benadering voor het maken van latexfilms biedt veel voordelen ten opzichte van conventionele methoden. Het belangrijkste is dat er geen giftige additieven nodig zijn om een ​​redelijke filmtaaiheid te bereiken. Aangezien er slechts een kleine hoeveelheid rotaxaan nodig is, kan bovendien het totale gewicht van de films laag worden gehouden terwijl de flexibiliteit behouden blijft. Ook de voorgestelde latexfilms zijn duurzaam.

“Ze zijn afbreekbaar en kunnen gemakkelijk worden gedemonteerd tot individuele nanodeeltjes door ze simpelweg te weken in een milieuvriendelijk organisch oplosmiddel, zoals een waterige ethanoloplossing”, zegt Dr. Suzuki. “Deze nanodeeltjes kunnen dan weer een film vormen bij verdamping van de oplossing. De bevindingen van dit onderzoek kunnen dus helpen bij het creëren van zeer duurzame en recyclebare materialen.”

Over het algemeen verwacht het team dat hun werk de mogelijkheden voor het ontwerp van nieuwe polymeerfilms zonder toevoegingen zal verbreden. Dergelijke materialen zouden zo biocompatibel kunnen worden gemaakt, met potentiële toepassingen in de biotechnologie en geneeskunde naast verpakkingen, industriële coatings en kleefstoffen.