US-Forschende fanden ungewöhnliche Möglichkeit Polymere zu verstärken

Ein Team von Chemiker*innen des MIT und der Duke University hat einen ungewöhnlichen Weg entdeckt, um Polymere stärker zu machen: Sie fügen einige schwächere Bindungen in das Material ein.

Diese Polymere dienen oft als Bauteile für Autos oder als “Tinte” für 3D-Drucke. Die Wissenschaftler*innen prüfen nun, ob dieser Ansatz auch auf andere Materialien wie Reifen anwendbar ist.

“Wenn man einen Gummireifen zehnmal reißfester machen könnte, hätte das dramatische Auswirkungen auf die Lebensdauer des Reifens und auf die Menge des Mikroplastikmülls, der sich ablöst”, sagt Jeremiah Johnson, Chemieprofessor am MIT und einer der Hauptautoren der Studie, die heute in Science erscheint.

“Polymeringenieure wissen, wie man Materialien zäher machen kann, aber dazu muss man immer eine andere Eigenschaft des Materials verändern, die man nicht verändern will. In diesem Fall erfolgt die Verbesserung der Zähigkeit ohne eine andere signifikante Änderung der physikalischen Eigenschaften – zumindest derjenigen, die wir messen können – und sie wird durch den Austausch eines kleinen Teils des gesamten Materials erreicht”, sagt Stephen Craig, Chemieprofessor an der Duke University und einer der Hauptautoren der Studie.

Die Forscher*innen glauben, dass die schwächeren Bindungen dazu führen, dass sich Risse durch das Material ausbreiten und dabei stärkere Bindungen meiden, was zu einer erhöhten Reißfestigkeit führt.

“Auch wenn diese Bindungen schwächer sind, müssen mehr von ihnen gebrochen werden, weil der Riss einen Weg durch die schwächsten Bindungen nimmt, der letztendlich länger ist”, sagt Johnson.

Die Arbeit der Gruppe ist Teil des von der National Science Foundation finanzierten “Center for the Chemistry of Molecularly Optimized Networks”, das von Craig geleitet wird.