TITANIUMKATALYSATOR PERST POLYMEREN DOOR SILICAPORIËN

Japanse chemici van de universiteit van Tokyo hebben een slimme methode ontwikkeld om polymeermoleculen direct in de vorm van dunne kristallijne vezeltjes te synthetiseren. Hoewel nog niets is gepubliceerd over de mechanische eigenschappen van het product, opent de methode in elk geval nieuwe mogelijkheden om de structuur van polymere materialen af te stemmen op de toepassing waarvoor ze zijn bedoeld (Science, 24 sept).

Plastics ontlenen hun eigenschappen maar voor een deel aan hun chemische samenstelling. Minstens even belangrijk is de lengte van de ketens, hun vertakkingsgraad en de manier waarop de verschillende zijgroepen ten opzichte van elkaar zijn gerangschikt. Ook de oriëntatie van de moleculen ten opzichte van elkaar speelt een belangrijke rol. Dat leidt er toe dat na de synthese veelal nog tal van (dure) processtappen nodig zijn om een materiaal te verkrijgen dat aan de juiste specificaties voldoet. Zo is er bijvoorbeeld de Dyneema vezel van DSM – bestaande uit polyethyleen – die zijn ongekend hoge treksterkte ontleent aan de speciale manier waarop hij gesponnen wordt.

Bacteriën doen dat veel efficiënter. Zo maakt Acetobacter xylinum hoog-kristallijne cellulose vezels door de net gesynthetiseerde cellulosemoleculen via poriën in het celmembraan naar buiten te duwen. Daardoor worden ze georiënteerd, hetgeen de sterkte van het cellulose verhoogt. Bij dit biologische proces zijn de synthese- en de processtap dus innig met elkaar verbonden. Diezelfde truc hebben Keisuke Kageyama en zijn collega's nu toegepast. Zij wisten een katalysator op basis van titanium aan te brengen in de wand van silica-poriën. Deze lange kanalen hebben een diameter van zo'n dertig Ångstrom en vormen een honingraatstructuur. Zodra de polymeerketens beginnen te groeien kunnen ze maar één kant uit en dat is recht naar buiten. Buiten de poriën voegen ze zich nog samen zodat uiteindelijk wat dikkere vezeltjes worden gevormd met een diameter van dertig tot vijftig nanometer. Uit röntgenanalyses blijkt dat deze zijn opgebouwd uit langgerekte kristallen. Wanneer de katalysator werd ingebouwd in een andere vorm van silica, die geen langgerekte poriën bevat, was dat niet het geval.

In een begeleidend commentaar wordt opgemerkt dat de mogelijkheden van de polymeerchemicus nu nog verfijnder zijn geworden, aangezien alle componenten van het polymerisatieproces – de uitgangsmaterialen, de katalysator en de `reactor' – op moleculaire schaal onder controle kunnen worden gebracht. Het zal dan ook niet lang meer duren voor men nieuwe plastics kan maken met van te voren nauwkeurige bepaalde eigenschappen.

    • Rob van den Berg