Thermal Switching of the Opacity of Polymer Films for the Use in Thermo-Responsive Papers

Thermal papers have become an integral part of everyday life: they are used in cash register receipts, parcel labels and admission tickets. Wherever information needs to be recorded quickly, cheaply and for a limited period of time. However, traditional thermal papers are subject to criticism because their color developer systems can contain substances that are potentially harmful to health and the environment.Therefore, there are already alternative papers based not on the chemical development of color, but on the physical effect of switching a highly light-scattering structure from opaque to transparent. The goal of this work is to find another alternative for an opaque-transparent film applied to paper that can be thermally switched. For this purpose, systems of crystalline low molecular weight substances in polymer matrices are investigated. The components are formulated in different configurations and coated onto substrates. The thermal switchability in the opacity of the resulting films is determined by measuring the optical density before and after thermal switching. Natural waxes such as fatty acids and tristearin and synthetic waxes as well as binary organic eutectic mixtures are investigated as low molecular weight crystalline substances. By measuring the scattering parameters, it is determined whether mixtures in a eutectic composition have a higher scattering effect than their non-eutectic compositions. In the course of the work, promising systems are identified that can serve as basis for possible thermally switchable coatings.

Thermopapiere sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Fast jeder hatte schon einen Kassenzettel, ein Paketetikett oder Eintrittskarte in der Hand. Überall dort, wo schnell, günstig und für eine begrenzte Dauer Informationen festgehalten werden müssen. Klassische Thermopapiere stehen allerdings in der Kritik, da deren Farbentwicklersysteme Substanzen enthalten können, die potentiell gesundheitlich oder auch umwelttoxisch bedenklich sind. Daher gibt es bereits alternative Papiere, die nicht auf die chemische Entwicklung von Farbe basieren, sondern auf den physikalischen Effekt, eine stark lichtstreuende Struktur von opak zu transparent zu schalten. In dieser Arbeit soll eine weitere Alternative für einen opak-transparenten Film gefunden werden, der auf Papier aufgebracht wird und thermisch schaltbar ist. Hierfür werden Systeme aus kristallinen niedermolekulare Substanzen in Polymermatrices untersucht. Die Komponenten werden in unterschiedlichen Konfigurationen formuliert und auf Substrate beschichtet. Die thermische Schaltbarkeit in der Opazität der resultierenden Filme wird durch die Messung der optischen Dichte vor und nach dem thermischen Schalten ermittelt. Als niedermolekulare kristalline Substanz werden natürliche Wachse wie Fettsäuren und Tristearin und synthetisches Wachs, aber auch binäre organische eutektische Mischungen untersucht. Durch die Messung der Streuparameter wird ermittelt, ob Mischungen in einer eutektischen Zusammensetzung eine erhöhte Streuwirkung aufweisen als ihre nicht-eutektischen Mischungen. Im Laufe der Arbeit werden vielversprechende Systeme aufgezeigt, die als Basis für mögliche thermisch-schaltbare Beschichtungen fungieren können.