Thermochromie

Ein Material, das durch eine Änderung der Temperatur seine Farbe ändert, hat thermochrome Eigenschaften.

Thermochromie

Farbumschlag nach Wunsch − Thermochrome Polymere

Thermochrome Effekte werden entweder durch Strukturänderungen von Farbstoffen oder einer Änderung der Gitteranordnung von periodischer Strukturen hervorgerufen. Schwerpunkt der Arbeiten am Fraunhofer IAP sind Farbstoffsysteme auf der Grundlage von Leuko- oder pH-Indikatorfarbstoffen. Bei den Leukofarbstoffsystemen unterscheiden wir zwischen einer Schaltung von farbig nach farblos bei Temperaturerhöhung und einer inversen Schaltung von farblos nach farbig bei steigenden Temperaturen.

Bei unserer Materialentwicklung werden die thermochromen Effekte in Polymermatrices  − Thermoplaste, Duromere, Elastomere, Lacke und Coatings − überführt, ohne deren materialspezifischen signifikant zu verändern. Die dafür zu entwickelnden thermochromen Additive müssen nicht nur in der Polymermatrix stabil sein, sondern auch deren Verarbeitungsprozess unbeschadet überstehen. Bei Thermoplasten ist dies die Verarbeitung mittels Extrusionsverfahren, bei Duromeren und Elastomeren der Vernetzungsprozess und bei Lacken und Coatings das Applikations- und Aushärtungsverfahren. All diese Matrices stellen unterschiedliche Anforderungen an die chemische, mechanische und thermische Stabilität der thermochromen Additive.

Thermochrome Folie im Kleintechnikum.
© Fraunhofer IAP

Thermochrome Folie im Kleintechnikum.

Farbänderung thermochromer Materialien unter Einfluss von Wärme.
© Fraunhofer IAP

Farbänderung thermochromer Materialien unter Einfluss von Wärme.

Formglasscheibe Magenta.
© Fraunhofer IAP

Formglasscheibe Magenta.

Schwerpunktthema: Bio-Thermochromie

Prinzip der irreversiblen thermochromen Verpackungsfolie zur Überwachung der Lager- und Transporttemperatur.
© Fraunhofer IAP

Prinzip der irreversiblen thermochromen Verpackungsfolie zur Überwachung der Lager- und Transporttemperatur.

Für den Einsatz thermochromer Kunststoffe in Verpackungsfolien für Lebensmittel, Pharmazeutika oder in Spielzeug gelten besondere Anforderungen. Neben der Verwendung von Biopolymeren aus nachwachsenden Rohstoffen wie zum Beispiel Polymilchsäure (PLA) oder Polyhydroxybuttersäure (PHB) müssen auch die effektbringenden Additive durch natürliche Farbstoffe ersetzt werden.

Thermochrome Biopolymere lassen sich zum Temperaturmonitoring einsetzen. Als irreversibel schaltende Materialien können sie eine Temperaturüberschreitung, beispielsweise das Unterbrechen der Kühlkette, anzeigen. 

Eine Herausforderung ergibt sich bei der thermoplastischen Verarbeitung, die unabhängig vom eigentlichen Farbeffekt erfolgen soll.