Vernetzte Kunstopalfolien aus Latices (PDF)

Inhaltsangabe:Problemstellung:
In den letzten Jahren wurden am Deutschen Kunststoff-Institut elastomere Filme aus Kernmantel-Latexpartikeln entwickelt, in denen die Partikelkerne ein kubisch-flächenzentriertes (face-centered cubic, fcc) Gitter aufbauen. Die Filme weisen damit die kolloidal-kristalline Ordnung von Opalen auf und werden deshalb als Kunstopalfolien bezeichnet.
Die Latexkugeln bestehen aus einem harten, vernetzten Kern und einer aufgepfropften, elastomeren Schale. Die Filme werden aus diesen Latexkugeln mit einem neuartigen Verfahren hergestellt. Die Kugelschalen bilden in der Schmelze eine kontinuierliche Matrix, in die die Kugelkerne eingelagert sind. Unter uniaxialer Kompression fliesst die Schmelze, wobei sich die Kugelkerne in einem fcc-Gitters anordnen. Mit diesem praxisnahen Verfahren können grossflächige und bei Bedarf auch dicke Filme schnell hergestellt werden. Die Filme zeichnen sich durch das für Opale typische Farbenspiel aus, weil durch Beugung an der Gitterstruktur gemäss dem Bragg-Gesetz aus weissem Licht selektiv bestimmte Farben reflektiert werden. Dieses Verfahren ist den bisherigen Methoden zur Herstellung von Opalschichten, der Sedimentation oder Trocknung von Disperionen, überlegen, da mit diesen nur kleine Proben hergestellt werden können.
Die elastomeren Kunstopalfolien weisen einen interessanten Effekt auf: Wenn sie deformiert werden, ändert sich die Reflexionsfarbe, weil das fcc-Gitter ebenfalls deformiert wird und sich dabei die Langperioden ändern. Allerdings waren die bisher hergestellten Kunstopalfolien nicht wirklich gummielastisch. Die Latexkugeln waren nicht miteinander vernetzt, so dass die Folien nur vorübergehend deformiert werden konnten.
Aufgabe dieser Arbeit war es, chemisch vernetzte Kunstopalfolien herzustellen, die reversibel deformiert werden können, wobei die Deformation von entsprechenden Farbänderungen begleitet wird. Die Schwierigkeit bestand darin, dass die Vernetzung nicht zu früh einsetzen durfte. Die Latexmasse muss im Prozess der uniaxialen Kompression, in dem die kristalline Ordnung entsteht, noch fliessfähig sein. Die Vernetzung durfte deshalb erst im fertigen, kolloidal-kristallin geordneten Film ablaufen. Dafür boten sich Verfahren der photochemischen Vernetzung oder der Hochtemperaturvernetzung an, die kostengünstig sein sollten.
Im Einzelnen wurde folgendes Programm bearbeitet: Monodisperse Kern-Mantel-Latices mit einem Kern aus Polystyrol (PS) und einem elastomeren Mantel aus [...]