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Flexibles Gummi heilt sich selbst

von Jan Oliver Löfken

Französische Wissenschaftler haben ein Gummimaterial entwickelt, dass selbst, nachdem es zerschnitten wurde, wieder zu einer luftdichten Einheit verschmilzt. Wirtschaftliche Anwendungen sind in greifbarer Nähe.

Löcher in Fahrradschläuchen oder Risse in Regenkleidung könnten sich in Zukunft einfach von selbst schließen. Die Grundlage dazu legten jetzt französische Materialforscher: Ihr neuartiges flexibles Gummimaterial lässt sich in zwei Teile zerschneiden - und ohne Klebstoff oder Hitze wieder zu einem stabilen Ganzen zusammenfügen. Über diesen Durchbruch bei selbstheilenden Werkstoffen berichten die Wissenschaftler im Fachjournal "Nature".

"Die Selbstheilung ist sogar bis zu zwölf Stunden nach Auftreten des Bruchs möglich", sagt Ludwik Leibler von der École Supérieure de Physique et Chimie Industrielles in Paris. Dabei fühlt sich das Material nicht klebrig an, sondern stumpf glatt wie ein herkömmliches Gummiband oder eine Plastiktüte. Das Geheimnis für dieses vielseitig anwendbare Verhalten liegt im molekularen Aufbau. Bestehen Gummis heute meist aus langkettigen Polymeren, so bilden in dem neuen Werkstoff viel kürzere Ketten ein stabiles, dreidimensionales Gerüst.

Wasserstoffbrücken stabilisieren

Leibler griff für diese Entwicklung zu relativ kurzkettigen Fettsäuren aus Pflanzenöl. In einem zweistufigen Prozess reagierten diese mit Stickstoff-haltigen Molekülen, die auch im Urin enthalten sind, Amiden und Imidazolidonen. Über zwei bis drei Anknüpfungspunkte bauten diese neuen Gummimoleküle stabile Wasserstoffbrückenbindungen miteinander auf. Der Vorteil: Diese Bindungen lassen sich im Unterschied zu den festen kovalenten Bindungen zwischen Atomen auftrennen und danach wieder einfach verknüpfen.

Kurze Streifen des selbstheilenden Gummis ließen sich bis auf die fünffache Länge dehnen. Einmal zerschnitten, müssen die Enden nur etwa eine Minute aneinander gehalten werden. Wie von Geisterhand verbinden sich die Stücke über neue Wasserstoffbrückenbindungen miteinander und zeigen das gleiche Dehnungsverhalten wie zuvor. Für diesen Prozess muss das Material nicht einmal aufgeheizt werden, es funktioniert zuverlässig bei Raumtemperatur.

"Diese Entdeckung steht kurz vor einer wirtschaftlichen Anwendung", beurteilt Takuzo Aida, Chemiker und Kunststoffexperte der Universität Tokio, den neuen Werkstoff. Er kann sich neben selbstheilenden Fahrradschläuchen zahlreiche Produkte vorstellen. Langlebige Beschichtungen, Lacke und Farben für Fassaden und Autos und sogar selbstheilende Implantate für den medizinischen Einsatz hält er auf der Grundlage dieser Entdeckung für möglich. Und schon bald könnten erste Produkte auf dem Markt kommen. Denn Ludwik Leibler arbeitet mit dem Chemieunternehmen Arkema zusammen, das nun die Kommerzialisierung des neuen Werkstoffs in Angriff nehmen will.