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14.06.2016

Leuchtende Farben nach dem Vorbild der Natur

Viskoelastische Scherung erzeugt photonische Strukturen

Die Folie nimmt unter Krafteinwirkung eine andere Farbe an, da sich das Interferenzverhalten der polymeren Opale verändert. (© University of Cambridge/Nick Saffell)

An der Universität Cambridge ist ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Polymerfolien entwickelt worden, die durch Beugung oder Interferenz sichtbares Licht beeinflussen können. Nach dem Vorbild natürlicher Opale enthalten sie winzige periodische Strukturen, die ohne Pigmente und Farbstoffe leuchtende Farben erzeugen.

Die polymeren Opale (PO) bestehen aus Sphärolithen mit einer Durchmesser von etwa 200 nm, bei denen ein Kern aus PS mit einer Zwischenschicht aus PMMA und einer Außenschicht aus Polyethlenacrylat (PEA) umgeben ist. Diese Sphärolithe werden in einem Extrusionsprozess mit zwei PET-Schichten zu einer Folie laminiert. Dabei erweicht die PEA-Schale und füllt die Räume zwischen den Sphärolithen unter Spannung aus. Das PMMA aus der Zwischenschicht verbindet die PEA-Matrix durch kovalente Bindungen mit den PS-Kügelchen, so dass eine starke Haftung zwischen der Matrix und den PS-Partikeln gewährleistet ist.

Da die PET-Deckschichten der Folie eine deutlich höhere Steifheit als die polymeren Opale in der Mitte der Folie haben, können durch Biegen oder Dehnen der Folie hohe Scherkräfte in die photonischen Strukturen eingebracht werden. Dieser Effekt wird während der Extrusion ausgenutzt, indem die PET-PO-Folie unidirektional oder bidirektional verstreckt wird. Dabei ordnen sich die Strukturen in der PO-Schicht so an, dass aufgrund von Lichtbrechung leuchtende Farben entstehen.

Die Ergebnisse wurden vor kurzem durch ein internationales Forschungsteam veröffentlicht, dem Mitarbeitern aus Großbritannien, Niederlande, Deutschland und Japan angehören. Zur Weiterentwicklung des Verfahrens wurde das Unternehmen Phomera Technologies Ltd. gegründet. Dort soll die Produktionsleistung bei der Herstellung der Folien weiter erhöht und die Vermarktung der Folien vorangetrieben werden. Mögliche Anwendungsgebiete sind wärmereflektierende Beschichtungen im Bauwesen, intelligente Kleidung, Sicherheitsmerkmale für Banknoten sowie Verpackungsanwendungen. (hs)

Literaturhinweis

Squeezing out opal-like colours by the mile , Pressemitteilung der University of Cambridge, Juni 2016

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