Gezien in DWDD University: zelfhelend kunststof

Nieuws - 10 januari 2019

Gezien in DWDD University: zelfhelend kunststof
In het DWDD University college, uitgezonden op 9 januari, demonstreert Robbert Dijkgraaf een  stukje zelfhelend materiaal van de afdeling Novel Aerospace Materials. Om precies te zijn een bijzondere versie van het kunststofmateriaal polyurethaan-elastomeer. Als er een scheur ontstaat, repareert het materiaal zichzelf spontaan en onmiddellijk door nieuwe waterstofverbindingen aan te maken. Kijk de uitzending terug via NPO Start. Het korte fragment over zelfhelend materiaal is te zien rond 15:40 min.

In the DWDD University college, broadcast on 9 January, Robbert Dijkgraaf demonstrated a piece of self-healing material from the Novel Aerospace Materials group. He showed a special version of a polyurethane elastomer, a commodity plastic. If the material is torn, it will repair itself spontaneously and immediately by making new hydrogen bonds. Watch the broadcast back via NPO Start . The short fragment about self-healing material can be seen around 15:40 min.

Zelfhelend materiaal
Zelfhelend materiaal herstelt zichzelf spontaan  als het is gescheurd of als er een kras is ontstaan, zonder blijvende schade. Onmiddellijk. Er zijn verschillende soorten zelfhelende materialen: zelfhelend beton, zelfhelend asfalt, zelfhelende coatings en ook zelfhelende kunststoffen. Zij kunnen onder meer het onderhoud van windparken op zee duurzamer, betrouwbaarder en betaalbaarder maken.

Waterstofverbindingen
In dit geval gaat het om een bijzondere versie van het kunststofmateriaal polyurethaan-elastomeer, een rubberachtige stof bestaande uit lange ketens van moleculen, polymeren. Polyurethaan is op zich een materiaal waar we allemaal iedere dag wel gebruik van maken. Het zit bijvoorbeeld in autolak en in schoenzolen of kunstleer. In dit specifieke polyurethaan-elastomeer zijn de ketens met elkaar verbonden door middel van waterstofverbindingen die zichzelf kunnen herstellen. Als er een scheur in het materiaal ontstaat – of je knipt het doormidden – laten de waterstofverbindingen los. Als je de stukken weer tegen elkaar duwt – hoe preciezer hoe beter - ontstaan er spontaan nieuwe waterstofverbindingen. Dat gaat in twee stappen: de eerste stap duurt ongeveer een minuut: dan worden de verbindingen opnieuw tot stand gebracht. Dan is de treksterkte alweer volledig terug.  In de uren daarna verdwijnt ook het litteken en wordt de volledige sterkte van het materiaal hersteld. Dan kun je het ook weer goed buigen.

Duurzaam, betrouwbaar en betaalbaar
Zelfhelende materialen dragen bij aan duurzaamheid, betrouwbaarheid en betaalbaarheid. Bij grote offshore windparken bij voorbeeld. Omdat zelfhelende materialen langer meegaan, is het minder vaak nodig om de turbines te herstellen of vervangen. Dat scheelt materiaal. Ook maakt het zo’n windpark betrouwbaarder. Beschadigingen lossen zichzelf op zonder gevolgen voor de turbine. En het maakt het onderhoud van windturbineparken goedkoper. Er hoeft immers minder vaak een monteur de zee op controle of herstelwerkzaamheden. Vooral voor offshore windparken is dat een groot voordeel. Ze zijn immers niet gemakkelijk bereikbaar.

Nieuwe materialen
Aan de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van de TU Delft onderzoekt de groep Novel Aerospace Materials (onder leiding van professor Sybrand van der Zwaag) nieuwe materialen voor onder meer de luchtvaart- en ruimtevaart en windenergie. Zij onderzoeken onder meer: zelfhelende materialen, slimme composietmaterialen en coatings, nano-gestructureerde polymeren en nieuwe metaalontwerpen. Ze doen aan fundamenteel onderzoek en werken daarnaast nauw samen met bedrijven bij de toepassing van hun materialen.

Het onderzoek naar de polyurethaan elastomeren wordt gedaan door promovendus Vincenzo Montano onder begeleiding van dr. Santiago Garcia Espallargas en prof. Sybrand van der Zwaag. Lees verder op hun eigen website