Sommerfugl viser vej til plastfarve uden kemi
Forskere fra DTU har vendt øjnene mod visse sommerfuglearter under arbejdet med at finde nye måder at give plast farve - uden brug af kemi. Sommerfuglearternes farverige vingedekorationer skyldes nemlig ikke farvepigment, men strukturer i vingernes overflade. Eksempelvis opnår morpho-sommerfugle deres klare blå farve som følge af en kompliceret 3D-nanostruktur i vingerne.
Disse naturlige strukturelle farver har DTU forsket intensivt i for at kunne benytte lignende principper til farvning af masseproducerede plastprodukter. De optiske nano-strukturer kan farve plast, gøre den anti-reflektiv, skabe changerende farver, glimmereffekter eller lignende. Alt sammen baseret på struktur i stedet for kemi.
- Morpho-sommerfuglens vinger består af en horisontal lagstruktur, hvor lagtykkelsen typisk er nogle få hundrede nanometer. En sådan struktur giver anledning til bølgefænomenet konstruktiv interferens, hvor bølgerne med den optimale bølgelængde intensitet forstærkes i retning væk fra overfladen. Det er forholdet mellem lysets bølgelængde og afstanden mellem lagene, der afgør hvilke bølgelængder, der reflekteres kraftigt, og hvilke der ikke gør, forklarer Anders Kristensen, professor på DTU Nanotech.
Disse principper for farveskabelse er radikalt anderledes end den traditionelle måde at farve produkter på. De klare farver i for eksempel plastlegetøj, fremkommer som følge af indfarvning eller ved hjælp af overfladedekorationer med maling. Ved indfarvning af plast blandes den rene gennemsigtige plast med et kemisk farvestof, der gør, at plastdelen får den ønskede farve. Farven rød, blå eller noget helt tredje afhænger af det farvestof, der blandes i. Dekorationer males eller printes på overfladen med andre farvestoffer, efter at plasten er blevet formet.
Råmaterialet genanvendes
De mange farvestoffer i det færdige produkt gør det svært at genbruge plast. Farvestofferne er kemisk bundet i plasten, og man må derfor farvesortere gammel plast, før den kan genanvendes. I den kontekst fremstår strukturel farvning som et attraktivt alternativ, da funktionaliteten er baseret på mikro- og nano-strukturer i overfladen.
- Man kan forestille sig et stykke rent plast, for eksempel en vandflaske, som fremstår blå på grund af en struktur i overfladen ligesom morpho-sommerfuglene. Når det samme stykke plastik omsmeltes, kan der defineres en ny struktur i overfladen, som gør, at den nye flaske fremstår grøn. Råmaterialet kan således genbruges igen og igen, og tillægges nye egenskaber undervejs, siger Anders Kristensen.
Et ultra-tyndt lag aluminium
Morpho sommerfuglens komplicerelede nanostruktur vil være vanskelig at fremstille med sprøjte-støbning eller embossing. I stedet starter de med at lave nano-skala cylindrer i plast-overfladen, som de pålægger et ultra-tyndt lag aluminium. Hvis aluminiumlaget lægges på en flad overflade, får man et glat barberspejl. Men når den samme film lægges oven på den specielt designede nano-overflade, absorberes en del af lyset, og overfladen fremstår med en farve. Farven bestemmes af den nøjagtige størrelse og form af aluminiumstrukturerne, som fremkommer, når der oven på metallet lægges den nano-strukturerede plastoverflade. Denne coating gør samtidig overfladen robust overfor fedtede fingre og slid.
Mængden af den aluminium, der anvendes i denne produktionsform, er ganske uanseelig, men selv disse små mængder kan genanvendes.
