Ein neues Inline-Detektionssystem arbeitet mit Fluoreszenzfarbstoffen. Es macht live Defekte ultradünner transparenter Lacke auf transparenten Folienbändern sichtbar und belegt die Echtheit von fluoreszenzmarkierten Materialien.
Die Ultrabarrierefolie der Fraunhofer-Allianz Polo muss für die Verkapselung organischer Leuchtdioden oder Solarzellen höchste Anforderungen erfüllen: Sie schützt die empfindlichen organischen Materialien über Jahre vor Sauerstoff und Wasserdampf. Die Folie muss dünn und transparent sein. Eine für die Barriereeigenschaften wichtige Schicht – ein extrem dünner Lack – besteht aus einem Hybridpolymer (Ormocer). Die Lackschicht muss an allen Stellen exakt gleichmäßig dünn sein – und die Schichtdicke unter e1 µm liegen. Die Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam, für Verfahrenstechnik und Verpackungen IVV in Freising und für Silicatforschung ISC in Würzburg haben daher dafür ein Inline-Detektionssystem entwickelt.
Der Barrierelack aus Ormocer wird im Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf eine Folie aufgetragen. „Beide Materialien, Lack und Folie, haben einen sehr ähnlichen Brechungsindex. Das macht die Bestimmung der Schichtdicke zu einer großen Herausforderung, insbesondere deshalb, weil der Lack extrem dünn aufgetragen wird“, erklärt Dr. Andreas Holländer, Sprecher der Fraunhofer-Allianz Polo und Oberflächenspezialist am Fraunhofer IAP. Die Forscher haben dafür eine clevere Lösung gefunden: Sie mischen eine kleine Menge eines fluoreszierenden organischen Farbstoffs in den Ormocer-Lack. Seine Konzentration entspricht in etwa 0,001 %. Der Farbstoff absorbiert Licht einer bestimmten Wellenlänge und sendet Licht einer längeren Wellenlänge, also einer anderen Farbe, aus. Bereits geringste Konzentrationen des Farbstoffes können detektiert werden. Bei einigen Fluoreszenzfarbstoffen können die benachbarten Moleküle die Intensität oder die Wellenlänge des ausgesandten Lichts beeinflussen. Beispielsweise führt die Aushärtung der Lackschicht zu einem stärkeren Fluoreszenzsignal. Werden solche Farbstoffe kombiniert, können Informationen über die Dickenverteilung und den Härtungsgrad der Schicht gewonnen werden.
Für das Auftragen des Ormocer-Lacks wurde das Detektionssystem in den Rolle-zu-Rolle-Prozess eingebunden. Zwei Typen monochromatischer LED-Lampen bestrahlen den Lack. Zwei kommerziell erhältliche Digitalkameras messen die ausgestrahlte Fluoreszenz beider Farbstoffe im Lack. Mit Hilfe der elektronischen Bildgebung werden Defekte in der Lackschicht erstmals direkt sichtbar und der Beschichtungsprozess kann sofort und präzise angepasst werden.
Da die Farbstoffe in so geringen Konzentrationen zugesetzt werden, dass sie chemisch nicht analysierbar sind, setzen die Forscher das Prinzip auch für den Plagiatschutz von Materialien ein. „Werden Massenkunststoffe oder auch hochwertige Materialien wie Schmierstoffe damit markiert, können diese über eine Art eigenen Fluoreszenz-Code auf ihre Echtheit geprüft werden“, erklärt der IAP-Wissenschaftler. Dank seines einfachen Aufbaus kann das fluoreszenzbasierte Inline-Bildgebungssystem leicht in bestehende Prozesse integriert werden. Künftig soll das System auch kommerziell verfügbar sein.
Auf der K 2016, der Messe für die Kunststoff- und Kautschukindustrie, stellen die Forscher die Entwicklung vom 19. bis 26. Oktober in Düsseldorf in Halle 07 auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand SC01 vor.
Weitere Informationen: www.polo.fraunhofer.de
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