Het is een variant op de moleculen waaruit plastics bestaan: polymeren. “De naam compleximeren hebben we zelf bedacht. Het is een combinatie van polymeer en complex”, zegt Sophie van Lange (26), promovendus aan de groep Physical Chemistry and Soft Matter van de WUR. Het concept van compleximeren is bedacht in die groep. Samen met collega’s is zij de eerste die het principe in de praktijk heeft toegepast. Haar onderzoek is onlangs wereldkundig gemaakt in het wetenschappelijke tijdschrift Science Advances, zodat iedereen er kennis van kan nemen of ermee aan de slag kan gaan.
Op grote schaal toepassen
Zelf met de uitvinding de markt op gaan, bijvoorbeeld in de vorm van een start-up, is voorlopig nog geen doel. In haar ideale beeld zou dit nieuw soort plastic op den duur alle harde, niet recyclebare plastics kunnen vervangen. Dus niet de plastics die nu al recyclebaar zijn. “Het concept werkt gewoon en ik ben er heel enthousiast over. Als we nog wat stappen maken en de eigenschappen van het materiaal verbeteren, hoop ik dat we het op grotere schaal gaan toepassen. Dat is de droom”, zegt Van Lange.
Meer plastic, weinig recycling
Volgens de OECD stijgt het wereldwijde plasticgebruik van 460 miljoen ton in 2019 naar 1.231 miljoen ton in 2060. Daarvan komt nu 140 miljoen ton in het milieu terecht en straks 493 miljoen ton. In Nederland wordt ongeveer de helft van alle plastic flessen en verpakkingen gerecycled. Wereldwijd wordt 14 procent gescheiden en 5 procent gerecycled. Van Lange: “We gebruiken heel veel plastic. Plastic weglaten of vervangen is niet zo eenvoudig. Als ik over plastic praat, krijg ik vaak de reactie dat het superslecht is, maar er wordt juist heel veel aan innovatie gedaan. Daarom wilde ik met mijn PhD-project een steentje bijdragen aan de oplossing van het probleem.”
Folie makkelijk te recyclen
Om te begrijpen waar ze het over heeft, moeten we weer even terug naar de natuur- en scheikundeklas. Plastics of kunststoffen bestaan uit zogeheten polymeren. Dat zijn grote moleculen die uit een lange ketens van herhalende aaneengeregen stukjes bestaan: monomeren. Dat maakt het materiaal zo sterk en voor vele toepassingen bruikbaar. Plastic in folies of zakjes kun je smelten, vervormen of oplossen als je het verwarmt. Dat plastic is daardoor makkelijk te recyclen.
Schoenzolen niet recyclebaar
Er bestaat ook een andere klasse polymeren, waarin extra chemische dwarsverbindingen zijn aangebracht voor de stevigheid. Door die dwarsverbindingen zijn de moleculen moeilijk uit elkaar te halen. Daardoor zijn die plastics niet of nauwelijks recyclebaar. Het gaat dan vooral om sterke plastics, die doorgaans bedoeld zijn voor zwaardere toepassingen. Bijvoorbeeld in de bladen van windturbines of rubbers in autobanden en schoenzolen. “Die materialen zijn heel erg sterk en zijn bijvoorbeeld resistent tegen oplosmiddelen. Ze lossen niet op en vloeien of vervormen niet als je ze verwarmt. Het nadeel is dat die materialen niet recyclebaar zijn”, zegt Van Lange.
Net als keukenzout
De onderzoeksgroep van de WUR zocht naar een nieuw soort plastic dat tussen deze twee soorten in zat. Een plastic dat zowel de kracht heeft van materiaal met chemische dwarsverbinding, maar nog steeds recyclebaar is door verwarming. Daarvoor paste de groep een ander wetenschappelijk principe toe. Niet die van chemische verbindingen, maar van de natuurkundige aantrekkingskracht tussen positieve en negatieve ladingen. Dat is een beetje te vergelijken met twee magneten die aan elkaar klikken. Zo kun je ook materialen aan elkaar vastmaken. Dat gebeurt bijvoorbeeld al bij keukenzout – natriumchloride – waar de positieve lading van natrium en de negatieve lading van chloride de zoutkorrels bij elkaar houden.
Waterafstotend maken
Maar die verbindingen zijn heel erg watergevoelig. Keukenzout lost meteen op in water. Aan plastic dat meteen zacht wordt of oplost als het in aanraking komt met water heb je niet zoveel. Dat probleem moest Van Lange dus oplossen. “We hebben een trucje gebruikt om te zorgen dat die tegengestelde ladingen intact blijven als ze in aanraking komen met water. Dat is een groot onderdeel van wat we hier hebben gedaan”, zegt Van Lange. “De ladingen in de compleximeren worden nu afgeschermd met waterafstotende stukjes molecuul, een soort moleculaire parapluutjes of schildjes. Dat zorgt ervoor dat het materiaal waterafstotend is.”
Rubberachtig materiaal
Zo worden twee soorten polymeren geproduceerd: eentje die positief is geladen en eentje met een negatieve lading. Als je die bij elkaar mengt, ontstaat de compleximeer. Dat is een soort fijn poeder. Dat kan in elkaar geperst worden tot vast materiaal. Van Lange heeft er nu kleine plastic staafjes van gemaakt. Dat materiaal zou dus in de toekomst gebruikt kunnen worden voor toepassingen van harde plastics. “Dat zou heel mooi zijn, maar we moeten nog veel aanpassingen doen aan het materiaal”, zegt ze. “In de huidige staat hebben we nog niet meteen een toepassing. Als we er bijvoorbeeld een autoband van willen maken, moet het een stevig en flexibel, rubberachtig materiaal zijn. Dat is het nu nog niet. We laten vooral het concept zien. We zijn wel aan het werk om te kijken hoe we het materiaal meer elastisch kunnen maken, zodat het bijvoorbeeld als rubber kan dienen.”
Makkelijk te recyclen
Compleximeren zijn heel makkelijk te recyclen. De plastic staafjes worden weer fijngemalen tot het oorspronkelijke poeder en dan opnieuw verwarmd in een mal. Zo kun je er weer nieuwe vormen van maken. “Het materiaal verliest geen mechanische eigenschappen als je het hergebruikt”, zegt Van Lange. “Dus zou je in principe oneindig kunnen hergebruiken, al is oneindig een groot woord. Daardoor is het dus goed recyclebaar.”
Iedereen kan het maken
In het wetenschappelijk artikel op Science Advances staat precies hoe compleximeren gemaakt kunnen worden. Dat is openbaar te vinden op internet en de techniek is niet gepatenteerd. In principe kan iedereen dus dit nieuwe plastic gaan maken, van grote chemische bedrijven tot andere universiteiten. Van Lange: “Iedereen kan het lezen en heeft dan alle recepten om het na te doen. Dat vind ik het mooie van wetenschap. Dat je samen iets doet, dat het onderzoek beschikbaar is, dat andere mensen uit dit verhaal inspiratie kunnen halen en dat we dan hopelijk met meer mensen stappen kunnen maken.”
Ze werkt al samen met andere Nederlandse universiteiten die geïnteresseerd zijn in dit concept en het onderzoek verder kunnen helpen. “Zo accelereer je zo’n innovatie. Samenwerken is leuk”, zegt ze.
