Nieuw recyclebaar plastic door natuurkundige krachten

Sinds drie jaar werkt promovendus Sophie van Lange toe naar één duidelijk doel: duurzaam, stevig plastic maken. Ons huidige plastic is namelijk ofwel recyclebaar, ofwel robuust – niet beide. Ze gooide natuurkunde in de chemische strijd en ontwikkelde een nieuw soort hard én recyclebaar plastic: compleximeren.

Ironisch genoeg ziet het er op het eerste gezicht niet eens zo complex uit, die compleximeren maken. De basis bestaat uit twee losse poeders: een geel, een wit. In het laboratorium van Physical Chemistry and Soft Matter lost Van Lange beide op en voegt de twee oplossingen samen. Langzaam maar zeker vormen zich vlokjes: het plastic. Na diverse was- en droogstappen blijft er een geel poeder over. Voorzichtig giet ze dat in een mal en plaatst die op een verwarmingsplaat in een hete pers. Door aan een grote hendel te trekken, duwt ze het poeder samen onder hoge druk en warmte. En daar, vers van de pers: een stukje compleximeer. Hard en toch eenvoudig opnieuw te vervormen.

Natuurwinkel

We spoelen tien jaar terug. Vrijdagavond, een natuurwinkel in een kleine straat in het plaatsje Baarn. Schappen vol biologische producten en een versafdeling met paprika’s, komkommers, broccoli en wortels. Geen plastic verpakking in zicht. Een 16-jarige Sophie van Lange slaat producten aan op de kassa, neemt een briefje van tien euro in ontvangst en haalt wisselgeld uit de kassa. Op dat moment weet ze het nog niet, maar er wordt een zaadje geplant in haar brein. Tijdens dit bijbaantje wordt ze zich steeds meer bewust van duurzaamheid, goed omgaan met de natuur en functioneel gebruik van plastic.

Haar interesse in duurzaamheid drijft haar twee jaar later naar Wageningen. Daar, en tijdens haar master in Eindhoven, leert ze hoeveel plastic we daadwerkelijk produceren: jaarlijks ruim 400 miljoen ton. ‘Ik zag hoeveel er tijdens dat proces verloren gaat’, vertelt Van Lange. Een machine spuit plastic in een mal, maar de stukjes aan de uiteinden moeten er daarna weer vanaf. Dat verdwijnt vaak de prullenbak in. Bovendien wordt maar een klein deel van al het plastic gerecycled. Toch beschouwt Van Lange plastic niet als de vijand. ‘We kunnen niet zonder: het zit in de schoenen aan mijn voeten en de bril op mijn neus’, zegt ze, wijzend naar haar roze montuur. ‘Maar het zou toch mooi zijn als we alle plastics duurzaam konden verwerken.’

Natuurkundige krachten

Na een driejarige zoektocht is het zover: tussen duim en wijsvinger klemt Van Lange een geel, rechthoekig stukje plastic van twee bij een halve centimeter. Dit plastic is hard, maar toch eenvoudig te recyclen. Traditionele harde plastics bestaan op moleculair niveau uit lange ketens, aan elkaar gebonden door chemische dwarsverbindingen. Dat maakt het geheel sterk, maar ook vrijwel onmogelijk om te recyclen – en dus niet duurzaam. Van Lange pakte het daarom anders aan: geen chemische dwarsverbindingen, maar natuurkundige aantrekkingskrachten tussen de lange ketens. ‘Ik werd volledig gegrepen door het idee om bouwstenen op een alternatieve manier aan elkaar te maken en dat is gelukt’, aldus de promovendus.

Van Lange en haar collega’s gaven de ene helft van de ketens, de bouwstenen van plastic, een positieve lading en de andere helft een negatieve. Door die twee op de juiste manier bij elkaar te brengen, trekken ze naar elkaar toe, net als bij magneten. Zo blijven de ketens op hun plek en ontstaat een stevig, hard plastic. Maar verwarm je het, dan trekken de delen minder hard aan elkaar. Het plastic laat zich dan vervormen. ‘Dan kun je het in een nieuwe vorm duwen of bijvoorbeeld een gat in het plastic dichten, zegt Van Lange.

Moleculaire parapluutjes

De mate van aantrekkingskracht tussen de moleculaire ketens maakt nogal verschil. Van nature trekken positieve en negatieve deeltjes sterk aan elkaar. Gebeurt dat in het plastic, dan ontstaat superhard, maar ook bros materiaal, zo ontdekte de promovendus. Daarom moest ze die lading verzwakken. Dat lukte met een soort moleculaire parapluutjes die de ladingen in het plastic gedeeltelijk afschermen. ‘Zo bereikten we een mate van aantrekkingskracht waarbij het plastic niet zomaar breekt en goed vervormbaar is bij verhitting.’ Die parapluutjes zijn bovendien waterafstotend, waardoor het plastic niet verzwakt als het nat wordt. ‘Geladen materiaal is bijna altijd gevoelig voor water, dus dat we dit voor elkaar gekregen hebben, is heel bijzonder.’

Het zou mooi zijn als we alle plastics duurzaam konden verwerken

Het nieuwe plastic is nog niet helemaal af. ‘We hebben aangetoond dat het concept van natuurkundige krachten in plastic werkt, maar we moeten nu manieren bedenken om het materiaal wat buigzamer te maken’, zegt de promovendus. De laatste maanden van haar onderzoek zal ze deels daaraan wijden. Ze hoopt dat voor elkaar te krijgen door de totale lading in het materiaal te verminderen en zo de aantrekkingskracht te verlagen. Ook overweegt ze een ander type bouwsteen voor het plastic te gebruiken. ‘Momenteel gebruiken we polystyreen, dat vrij stijf is. Als we overschakelen naar een flexibelere variant, ontstaat mogelijk al een buigzamer plastic.’

Hoewel het nieuwe plastic dus nog niet marktklaar is, hoopt de promovendus met haar werk wel alvast collega-onderzoekers te inspireren. Haar onderzoek wees uit dat door out-of-the-box denken heel nieuw materiaal tot stand kan komen. ‘Ik wil andere wetenschappers motiveren om ook anders naar materialen en hun moleculaire bouw te kijken’, aldus Van Lange.

Lees ook:

Pilot met takeaway-bakjes

[De Stelling] ‘Gedrag van het individu staat model voor de rest van de samenleving’

Fraude = titel kwijt