De charme van fundamenteel wetenschappelijk onderzoek zit hem vooral in de verrassingen die het kan opleveren. Afstudeerder Tom Jansen van de faculteit Scheikundige Technologie weet er alles van. Hij deed onderzoek naar emulsiepolymerisatie: de vorming van polymeerdeeltjes uit monomeren die aanvankelijk als druppeltjes in het water zweven. Watergedragen coatings, zoals latexverf, zijn voorbeelden van emulsiepolymerisatieproducten. Jansen wilde weten hoe bepaalde soorten katalysatoren het verloop van de polymerisatie en de eigenschappen van de geproduceerde latex beïnvloeden.

Wanneer de polymerisatie nergens door wordt gehinderd, kunnen er lange polymeerketens ontstaan. Om invloed uit te oefenen op de materiaaleigenschappen van de polymeren, is het nodig om de lengte van de ketens te controleren. Dat kan met behulp van zogenaamde Catalytic Chain Transfer Agents. Deze katalysator neemt het vrije radicaal van de groeiende keten af en brengt die over op een monomeer. De keten zelf stopt daardoor met groeien. Het voordeel van de katalysator is dat er maar zeer weinig van nodig is: twee tot drie milligram voor een liter latex. Bovendien gaat de katalysator zelf niet aan de keten vastzitten.

“Dat reactieproces is voor een gewone radicaalpolymerisatie al bekend, maar bij emulsiepolymerisatie zit je met een tweefasensysteem”, vertelt Jansen over zijn onderzoek. “De katalysator komt zowel in de polymeerdeeltjes terecht, als in het water. De polymerisatie begint in de waterfase en gaat vervolgens door in de deeltjesfase.”

Jansen onderzocht onder meer hoe drie verschillende typen katalysatoren het reactieproces beïnvloeden. Het eerste type zit liever in de waterfase en de overige twee geven de voorkeur aan de deeltjesfase, waarbij de ene wateroplosbaar is en de andere niet. Dit derde type is dus alleen in de deeltjes aanwezig. Om een lang verhaal kort te maken: Jansen toonde aan wat de invloed is van het deel van de katalysator dat in het water zit en niet meedoet aan het verkorten van de ketens in de deeltjes. “Dit deel heeft ingrijpende gevolgen voor onder meer de deeltjesgrootteverdeling en de reactiesnelheid.”

De niet in water oplosbare katalysator zorgde voor de grootste verrassing. “We dachten dat deze niet van het ene deeltje naar het andere deeltje kan gaan. Er zit immers water tussen. Nu blijkt dat die katalysator toch van het ene naar het andere deeltje kan springen. Dat hadden we echt niet verwacht.”

De tweede verbazing volgde toen het reactieproces werd opgeschaald naar een industriële continue reactor. “Bij de katalysatoren die in water oplosbaar zijn, bleek dat de reactiesnelheid een stuk lager werd dan bij de experimentele opstelling. Ook dat was een verrassing.”

Tekst: Enith Vlooswijk
Fotomontage: Rien Meulman