The aim of this thesis was the development of switchable information carriers
based on shape memory polymers (SMPs) and the investigation of their
durability. Deployed as a new kind of security label, such technology may be
an effective tool to prevent counterfeiting and product piracy. Thermoplastic
as well as thermoset SMPs turned out to be applicable as a specific substrate
for the fabrication of switchable information carriers. In particular, a
physically cross-linked and semi-crystalline poly(ester urethane) (PEU), and a
chemically cross-linked epoxy-based polymer were investigated. Both SMPs were
able to undergo distinct changes in shape upon triggering, which is commonly
known as the shape memory effect (SME). A key step for the fabrication of
switchable information carriers was the development of a suitable technique
for a surface-specific coloring of the polymeric base material. In particular,
it was necessary to have a thin coat of paint in order to assure sufficient
surface contrasts within the subsequently laser-engraved barcodes (e.g. quick
response (QR) codes). In detail, coloring was conducted by diffusion of
staining solutions, based on organic dyes, into the polymeric matrix. In order
to obtain room temperature stable, temporary shapes with non-decipherable code
information, various programming procedures were applied to the information
carriers. These were either based on tensile or on compressive deformation.
For instance, when using plane steel plates in the course of compressive
deformation, code areas were randomly distorted. However, the triggering of
the SME resulted in almost complete shape recoveries. As a result, the
information carriers could reliably be switched back to readable states. Next,
the durability of the information carriers against various environmental
impacts was investigated. Artificial weathering was conducted exemplarily on
blue and black colored QR code carriers based on PEU. Various scenarios were
selected: exposure to UVA irradiation and aging in aqueous solution. In both
cases, the durability was investigated at temperatures below and above the
switching temperature of the employed SMP. Furthermore, an additional thermo-
responsive security feature was added to the information carriers. Therefore,
thermochromic pigments (T PIGs) were embedded into a PEU matrix. This mainly
included the preparation of a PEU-paste doped with T PIG by solution mixing.
The thermochromic paste was deposited by means of a solvent casting technique
as thin layer atop the PEU plaque. After solvent evaporation, tightly
connected PEU/PEU T PIG laminates were obtained. Subsequent laser ablation
finalized the QR code carriers. These were readable at room temperature, but
unreadable above the color switching temperature of the employed T PIGs due to
a lack of contrast. Besides that, information carriers with temporarily
concealed information could be obtained by covering the QR code with an
additional layer doped with T PIG.Ziel der Arbeit war es, schaltbare Informationsträger aus
Formgedächtnispolymer (FGP) zu entwickeln, und diese auf ihre Beständigkeit
gegenüber unterschiedlichen Umwelteinflüssen zu untersuchen. Eingesetzt als
neuartige Etiketten könnten diese zur fälschungssicheren Kennzeichnung von
Waren verwendet werden. Sowohl thermoplastische als auch duroplastische FGPs
waren geeignete Ausgangsmaterialien für solche Informationsträger. Im
Speziellen wurde sowohl ein physikalisch quervernetztes, semikristallines
Poly(ester urethan) (PEU), als auch ein chemisch quervernetztes, amorphes FGP
auf Epoxidbasis näher untersucht. Ein wichtiger Schritt für die Entwicklung
von schaltbaren Informationsträgern aus FGP war die Entwicklung eines
Färberverfahrens, bei dem das Polymer nur oberflächennah eingefärbt wird. So
konnten ausreichend hohe Kontraste in den anschließend mittels Lasergravur
eingebrachten Barcodes (z.B. QR engl. quick response Codes) erreicht werden.
Die Färbung der Polymeroberflächen durch Diffusion von organischen
Färbelösungen in die Polymermatrix stellte sich als probate Methode heraus. Um
die Informationsträger in stabile, temporäre Formen mit unlesbarer Information
zu überführen, wurden unterschiedliche thermomechanische
Programmierungsmethoden angewendet. Sowohl Druck- als auch Zugverformung
stellten sich hierfür als geeignet heraus. In beiden Fällen waren die
Informationen im programmierten Zustand aufgrund zu großer Verzerrungen der QR
Codes unlesbar. Nach dem Auslösen des Formgedächtniseffektes kehrten die
Etiketten nahezu in ihre ursprüngliche Form zurück, sodass die Information
dann in jedem Fall wieder lesbar war. Im Weiteren wurde die Beständigkeit der
neu entwickelten Informationsträger basierend auf PEU untersucht. Hierfür
wurden zwei Alterungsszenarien gewählt: die Degradation durch UVA-Strahlung
und die Beständigkeit in wässrigem Medium. In beiden Fällen wurde die
Bewitterung unterhalb und oberhalb der Schalttemperatur des Polymers
durchgeführt. Darüber hinaus wurden die Informationsträger mit einem weiteren
thermoresponsiven Sicherheitsmerkmal kombiniert. Hierzu wurde zunächst eine
viskose PEU-Lösung hergestellt, die im Anschluss mit den T PIGs vermengt
wurde. Die so erhaltene Paste wurde mittels der sogenannten „solvent cast“
Technik als dünner Film auf die Polymeroberfläche aufgebracht. Nach dem
vollständigen Abdampfen des Lösungsmittels wurden fest verbundene PEU/PEU-T
PIG Laminate erhalten. Die nach der Laserablation erhaltenen multifunktionalen
Informationsträger waren neben ihren Formgedächtniseigenschaften durch
einstellbare, temperaturabhängige Farbänderungen charakterisiert. In einem
weiteren Szenario wurden Informationsträger mit einer Schicht aus
thermochromer Paste überdeckt. Als Folge war der Barcode bei Raumtemperatur
unter dieser Schicht verborgen und wurde erst beim Erwärmen oberhalb der
Schalttemperatur sichtbar und lesbar
