Bij latex denken de meeste lezers wellicht aan kinky kleding, of aan verf op waterbasis. Maar latex is een breder begrip. Oorspronkelijk is latex de benaming voor het sap van de rubberboom en de hiervan afgeleide vormen van natuurrubber. In de meest algemene zin is latex een dispersie (mengsel) van polymeerdeeltjes in water.

Synthetische latex wordt voornamelijk gebruikt in lijmen en coatings (zoals de genoemde latexverf). De latex droogt op als het water verdampt, zonder dat hierbij giftige stoffen vrijkomen. Latex is daarom populair als muurverf, met name in slecht geventileerde ruimtes. Door de steeds strengere milieuwetgeving staat het oude vakgebied van de watergebaseerde chemie opnieuw volop in de belangstelling.

Nadeel van het productieproces van latex, de zogeheten emulsiepolymerisatie (waarbij de in water aanwezige bouwstenen, de monomeren, onder invloed van een katalysator polymeerketens vormen), is dat de polymeerdeeltjes van nature bolvormig worden. En die vorm is niet altijd geschikt voor toepassingen in de nanotechnologie, waar de vorm en exacte grootte van de deeltjes een directe uitwerking heeft op de eigenschappen van de latexhoudende stof.

Met nanotechnologische toepassingen in het achterhoofd kan het erg handig zijn om naast bolvormige ook platte of haltervormige deeltjes te kunnen maken - al dan niet rond een kern van een ander materiaal. Dit is mogelijk door de latex tijdens de polymerisatie te laten neerslaan op een substraat met de juiste vorm, of door het polymeer vanaf het oppervlak van een substraat te laten groeien. Zo proberen de onderzoekers van de capaciteitsgroep Polymeerchemie van TU/e-faculteit Scheikundige Technologie het groeiproces van latexdeeltjes naar believen te sturen.

De Pakistaanse promovendus Syed Imran Ali maakte de afgelopen jaren zowel platte latexdeeltjes als nanocapsules, een soort ballonnetjes met een doorsnede van enkele honderden nanometers (een fractie van een haardikte). In beide gevallen bepaalde hij de uiteindelijke vorm van de latexdeeltjes tijdens de polymerisatiereactie - dus gelijktijdig met de vorming van de latex zelf. Hiervoor gebruikte hij een methode die nog niet eerder voor dit doeleinde was gebruikt: de zogeheten RAFT-polymerisatie (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer).

“RAFT is een vorm van ‘levende’ polymerisatie”, zegt Ali. “Dit betekent dat de polymeerketens voortdurend aangroeien. Die groei gaat veel sneller dan wanneer je de bouwstenen laag voor laag moet aanbrengen, zoals dat tot dusverre vaak gebeurde.” Voordeel van het laag voor laag aanbrengen van polymeer op een substraat is dat je controle hebt over de dikte van het materiaal dat je afzet. De ‘levende’ polymerisatie verloopt vanzelf, maar houdt niet automatisch op bij een bepaalde dikte van de aangebrachte laag. Het inbrengen van een zogeheten RAFT-agent maakt een einde aan dat probleem.

Door een afgewogen verhouding te kiezen van de initiator (de stof die de polymerisatie in gang zet) en de RAFT-agent (die op omkeerbare wijze betrokken is bij een tussenstap in de reactie), kun je de dikte van de gevormde latexlaag heel aardig controleren. Mits de RAFT-agent zorgvuldig is gekozen. Ali: “De latex die ik heb gemaakt, is opgebouwd uit twee soorten bouwstenen. Dat betekent dat je een RAFT-agent moet zoeken die past bij beide monomeren. Maar dat is gelukt.”

Met behulp van RAFT bracht Ali latex aan op piepkleine, schijfvormige kleideeltjes. Doordat deze kleideeltjes van nature plat zijn, leverde dit ook platte latexdeeltjes op, minder dan honderd nanometer dik. Ali beschrijft het nut van de platte nanodeeltjes: “Als je deze deeltjes in een verf verwerkt, hebben ze de neiging om allemaal langs het oppervlak te gaan liggen dat je ermee insmeert. Hierdoor krijg je een latexcoating met netjes georiënteerde kleischijfjes die zorgen voor water- en zuurstofdichtheid, of krasbestendigheid.”

Als klap op de vuurpijl slaagde Ali er ook in om een latexlaag aan te brengen op minuscule blaasjes, gemaakt van een dubbele laag van het zeepachtige molecuul DODAB. Zo maakte hij holle latex nanocapsules. Deze capsules of nanoflesjes kunnen in de toekomst mogelijk diensdoen als ‘slimme pil’: door een medisch werkzame stof in de capsule te brengen en het type latex zo te kiezen dat deze bij een bepaalde zuurgraad of temperatuur zijn inhoud loost, kun je medicijnen gecontroleerd op de juiste plek in het spijsverteringskanaal brengen.

En er zijn nog meer veelbelovende toepassingen van latex, vertelt Ali. Als het lukt om grafeen -het Nobelprijswinnende ultradunne koolstoflaagje dat zo bijzonder goed stroom geleidt- op dezelfde manier in te pakken in latex als met de kleideeltjes is gelukt, dan kun je -door de automatische parallelle oriëntatie- geleidende coatings maken met een veel kleinere hoeveelheid grafeen. “Dat zou mogelijkheden bieden om goedkope elektrische circuits te printen. Mijn opvolger is hier al mee bezig.” (TJ)