'Kleurrijke polymeren redden levens'

Alles om ons heen heeft een kleur, maar daar staan we meestal niet lang bij stil. Hoogleraar industriële chemie Andrea Pucci van de Universiteit van Pisa wel. En door deze fascinatie voor kleur ontwikkelt hij de een na de andere slimme sensor. Zijn werk leverde hem in oktober zelfs een Fellowship van de Royal Society of Chemistry op. NEMO Kennislink sprak Pucci tijdens een studentensymposium in Nederland.

Waarom werkt u met polymeren?
“Ik ben mijn studie begonnen als een gewone organisch chemicus, en knutselde op veel manieren moleculen in elkaar. Fantastisch werk, maar toch kriebelde het. Ik wilde de stoffen ook aanpassen en ze veranderen zodat ze andere eigenschappen kregen. Dan kom je al snel in de polymeerchemie terecht. Polymeren zijn flexibel en met kleine aanpassingen krijg je compleet verschillende materialen. In mijn onderzoek voeg ik kleur toe aan polymeren.”

Is dat niet super simpel?
“Ja, eigenlijk wel. Je koopt pigmenten en gooit ze samen met polymeerkorrels in een zogenoemde extruder. In dit apparaat zit een grote schroef die de korrels bij elkaar drukt, waardoor ze samensmelten. Het vloeibare mengsel dat uit de extruder komt, laat je afkoelen en dan heb je een stuk gekleurd polymeer. Toch kun je het jezelf ook wat moelijker maken. Want deze methode werkt wel goed, maar het mixen zorgt er niet voor dat het pigment en de polymeerstrengen echt aan elkaar binden. Als je dat voor elkaar wil krijgen pas je de polymeren chemisch aan, en maak je de pigmentmoleculen door middel van reacties aan de ketens vast. Dit kost meer tijd en geld, maar de polymeren die eruit komen zijn wel tot in hun wortels gekleurd. En dat zorgt voor intrigerende eigenschappen.”

Wat voor intrigerende eigenschappen?
“Ik maak slimme materialen die reageren op hun omgeving. Zo hebben we in ons lab een zogenoemd mechanochromisch materiaal gemaakt van een fenyleen-vinyleen verbinding. Dit polymeer verandert van kleur zodra je er kracht op uitoefent, dus als je hem uitrekt of erop duwt. Handig als je wil weten of er iemand aan je spullen heeft gezeten of heeft ingebroken.”

Klinkt handig, kan ik die stoffen al kopen?
“Helaas niet, maar ze komen eraan. In de tussentijd liggen thermochromische materialen al wel in de winkel. Deze polymeren krijgen een andere kleur als de temperatuur verandert. Ze zitten bijvoorbeeld in thermometers en in verf die verkleurt als je je hand erop legt. Wij werken ook aan deze materialen, want we willen ze nog gevoeliger maken. Om materialen te laten verkleuren moet je de interne structuur veranderen. Dat kan als je genoeg warmte toevoegt. De energie breekt de nette kristalstructuur en het licht reflecteert anders waardoor je een andere kleur ziet. Helaas zijn kleine veranderingen in temperatuur vaak niet genoeg om de verbindingen te breken, dus is het lastig om een gevoelig materiaal te maken.”

Bestaan er nog meer van dit soort slimme materialen?
“We doen ook nog onderzoek naar vapochromische polymeren, stoffen die een verbinding aangaan met specifieke gassen in de lucht. Zodra deze gassen in de lucht rondzweven en de moleculen aan elkaar binden, verandert het materiaal van kleur. Collega Timothy Swager van MIT (Verenigde Staten) heeft al een vapochromische sensor ontwikkelt die de douane op de luchthaven van Boston gebruikt om explosieven op te sporen. Misschien gaan ze het op termijn ook wel in het leger gebruiken.”