Selbstheilender Gummi

Mittwoch, 20. Februar 2008, 19:01 • Rubrik Chemie, Technik.

Als die spanischen Eroberer bei den Azteken erstmals einen springenden Gummiball sahen, wähnten sie diesen von bösen Geistern besessen. Französischen Chemikern ist es nun gelungen, den “Spuk” noch etwas weiter zu treiben. Der von ihnen entwickelte Gummi ist selbstheilend: Eventuell aufgetretene Risse schließen sich, wenn man die Rissflächen wieder in Kontakt miteinander bringt.

Schon nach einigen Minuten ist der selbstheilende Gummi erneut mechanisch belastbar. Lässt man ihm mehr Zeit, verschwindet die Narbe und die alte Reißfestigkeit wird vollständig wiederhergestellt. Fotos: François Tournilhac and Ludwik Leibler ESPCI/CNRS, Paris

Die Selbstheilung verläuft narbenfrei und kann die Zugfestigkeit des Material vollständig wiederherstellen, berichten die Forscher um Ludwik Leiber von der Ecole Supérieure de Physique et Chimi Industrielles (ESPCI) im Magazin “Nature”. Hergestellt auf Basis von Pflanzenöl, sei das Material nicht nur umweltfreundlich, sondern biete auch reichlich Spielraum für die Feinanpassung seiner mechanischen Eigenschaften.

Kautschuk und seine synthetischen Pendants bestehen aus langen Molekülsträngen, die durch feste Bindungen zu einer Art Netz verknüpft sind. Diese chemischen Bindungen lassen sich nach einem Riss allerdings nicht ohne weiteres neu knüpfen. Leiber und Kollegen greifen daher auf Bindungen zurück, die auf der gegenseitigen Anziehung tendenziell positiv bzw. negativ geladener Atome zurückgehen. Einzeln relativ schwach, in der Summe jedoch durchaus reißfest, können sich diese Wasserstoffbrückenbindungen problemlos neu bilden.

Statt auf lange Stränge setzen die Forscher zudem auf relativ kleine, stern- und hantelförmige Bausteine auf Basis von Fettsäuren. Diese spicken sie mit sauerstoff- und stickstoffhaltigen Molekülgruppen, die zur Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen zu ihren Nachbarn neigen.

Der Designer-Gummi kann auf das Sechsfache seiner Ausgangslänge gedehnt werden, bevor er reißt. Danach müssen die Bruchflächen lediglich wieder in Kontakt miteinander gebracht werden, um binnen 15 Minuten neue Bindungen zueinander auszubilden. Dabei müssen sie weder zusammengepresst noch erwärmt werden. Lässt man dem Gummi einige Stunden Zeit für die Selbstheilung, findet er sogar zu seiner alten Festigkeit zurück.

Forschung: Philippe Cordier, François Tournilhac, Corinne Soulié-Ziakovic und Ludwik Leibler, Matière Molle et Chimie, UMR 7167 CNRS-ESPCI, Ecole Supérieure de Physique et Chimie Industrielles, Paris

Veröffentlichung Nature, Vol. 451, 21. Februar 2008, pp 977-80, DOI 10.1038/nature06669

WWW:
Matière Molle et Chimie, ESPCI
Wasserstoffbrückenbindungen
Kautschuk / Gummi

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