Hydrogel

Hydrogels, opgebouwd uit polymeermaterialen, blinken uit in het absorberen van water. Toch is hun capaciteit, vaak beperkt tot minder dan 1 gram water per gram polymeer, significant anders dan die van superabsorberende polymeren (SAP's). Deze beperking komt door een hoge mate van crosslinking en de 'gematigd hydrofiele' aard van de polymeergroepen. SAP's daarentegen, met hun minder sterke crosslinking en ionische monomeren, slokken gerust 10 tot wel 1000 gram water per gram polymeer op; je vindt ze doorgaans in hygiëneproducten, nauwelijks in de bouw. Die distinctie is voor de bouwprofessional van groot belang, omdat de eigenschappen bepalend zijn voor de geschiktheid.

Hoe ziet een hydrogel eruit in de bouw?

De specifieke eigenschappen van hydrogels, met name hun vermogen om water gecontroleerd te absorberen en af te geven, maken ze interessant voor diverse toepassingen in de bouw. Het gaat hierbij zelden om enorme hoeveelheden water vasthouden, maar eerder om precisie en duurzaamheid.

• Zelfherstellend beton: Een revolutionair idee, of toch niet? Microscopisch kleine capsules, ingebed in een betonnen constructie, kunnen een hydrogel bevatten met een reparatiemiddel. Wanneer er een minuscule scheur ontstaat, barst de capsule open. De hydrogel komt vrij en start het herstelproces. Dit verlengt de levensduur van bijvoorbeeld bruggen of funderingen zonder handmatige interventie.
• Gereguleerde afgifte van additieven: Betonadditieven zijn cruciaal, maar de timing van hun werking is vaak net zo belangrijk. Denk aan corrosie-inhibitoren die over jaren geleidelijk moeten worden afgegeven. Een hydrogel kan deze stoffen inkapselen en ze vervolgens, beetje bij beetje, precies daar lossen waar het nodig is. Dit voorkomt vroegtijdige uitputting en optimaliseert de bescherming van de wapening.
• Gecontroleerde uitharding van cementgebonden materialen: Vochtmanagement tijdens de uitharding van beton of mortel is essentieel om krimpscheuren te voorkomen en de uiteindelijke sterkte te maximaliseren. Een kleine hoeveelheid hydrogel toegevoegd aan de mix kan helpen om intern vocht vast te houden en dit gedoseerd vrij te geven naarmate het materiaal hydrateert. Zo wordt een stabiel uithardingsklimaat gecreëerd, wat de kwaliteit van het eindproduct ten goede komt.

De geschiedenis van hydrogels is fundamenteel verweven met de evolutie van polymeerchemie en materiaalkunde. De fascinatie voor materialen die uitzetten door waterabsorptie, waargenomen in natuurlijke polymeren, vormde al vroeg een basis. Toch was het pas in het midden van de 20e eeuw dat de systematische ontwikkeling van synthetische hydrogels werkelijk van start ging.

Een cruciaal moment deed zich voor in de jaren 50 en 60. Wetenschappers zoals Otto Wichterle en Drahoslav Lim leverden baanbrekend werk aan de Universiteit van Praag, specifiek gericht op de creatie van hydrogels voor contactlenzen. Dit toonde de wereld de mogelijkheid om zachte, biocompatibele materialen te produceren die substantiële hoeveelheden water konden vasthouden, zonder hun structurele integriteit te verliezen. Deze medische toepassingen, hoewel niet direct gerelateerd aan de bouw, legden de onmisbare wetenschappelijke en technische fundamenten. Ze gaven inzicht in de precieze chemische architectuur, de mate van crosslinking, en de hydrofiele eigenschappen die essentieel zijn voor gecontroleerde zwelling en mechanische stabiliteit.

De stap naar toepassingen in de bouwsector liet langer op zich wachten. Pas met de opkomst van geavanceerde materiaalkunde en de groeiende vraag naar 'slimme' en duurzame bouwoplossingen – denk aan zelfherstellende constructies of materialen met een langere levensduur – kwamen hydrogels echt in beeld. Decennia van intensief onderzoek waren nodig. Vooral naar de complexe interactie tussen polymeren en de poreuze matrix van cementgebonden materialen. Het vermogen om de zwelkinetiek te beheersen, de mechanische sterkte van de gelmatrix in een agressieve alkalische omgeving te behouden, en compatibiliteit met beton te garanderen, dat vergde specifieke aanpassingen en veel experimenteren. Pas toen deze technische uitdagingen in de late 20e en vroege 21e eeuw konden worden overwonnen, werden toepassingen als interne curing of de gecontroleerde afgifte van additieven praktisch haalbaar. Een relatief recente ontwikkeling dus, gedreven door de zoektocht naar innovatieve, duurzame oplossingen voor de bouw van vandaag en morgen.

• https://www.scalp-sas.com/nos-produits/produit-injection-mur-humide-scalp-hydrogel/
• https://www.change.inc/infra/een-koel-kantoor-dankzij-hydrogels-3319
• https://www.detail.de/de_de/healcon-selbst-heilender-beton-30867
• https://deingenieur.nl/artikelen/bacterien-bouwen-blokken-van-beton
• https://libstore.ugent.be/fulltxt/RUG01/003/014/633/RUG01-003014633_2021_0001_AC.pdf