Wie definieren Wissenschaftler durchsichtiges Plastik?

Deshalb wollte ich für unsere Leser einen Artikel über die optisch klarsten verfügbaren Kunststoffe schreiben. Aber dann war ich so beschäftigt mit der Recherche, was "Transparenz" wirklich bedeutet, dass ich entschied, dass dieses Thema wirklich zwei verdient Artikel.

Hier ist ein Überblick über zwei der wichtigsten Methoden zur Messung der Transparenz in Kunststoffen (und anderen Materialien) – dem Brechungsindex und der optischen Klarheit. Halten Sie in den nächsten Wochen Ausschau nach einem zweiten Beitrag mit hochtransparenten Kunststoffen.

1)      Der Brechungsindex

Der Brechungsindex ist ein Maß dafür, wie viel Licht beim Durchgang durch eine Substanz gebeugt (oder gebrochen) wird. Sie ist definiert durch:n =sin i /sin r, wobei i und r die Einfalls- bzw. Brechungswinkel sind. Der Brechungsindex ist auch das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Geschwindigkeit im transparenten Material. Der Brechungsindex variiert geringfügig mit der Wellenlänge des Lichts, das zur Messung des Brechungsindex verwendet wird. Wird als einfallendes Licht „weißes“ Licht (eine Mischung verschiedener Wellenlängen) verwendet, führt die Variation des Brechungsindex für die verschiedenen Wellenlängen zu einer Aufspaltung des Lichts in die Farben des Spektrums, einem Vorgang, der als Dispersion bezeichnet wird. Um einen Vergleich der Brechkraft für Materialien zu ermöglichen, ist das verwendete Licht im Allgemeinen die Natrium-D-Linie (eine bestimmte Wellenlänge). Wenn Licht aus einem weniger dichten Material in ein dichtes Material eintritt, wird der gebrochene Strahl zur Normalen hin gebogen. Wenn Licht aus einem dichten Material in ein weniger dichtes Material eintritt, wird der gebrochene Strahl von der Normalen weg gebogen. Wenn Licht durch ein transparentes Material mit parallelen Seiten hindurchtritt, heben sich die Brechungen auf und der Lichtweg wird aufgrund des transparenten Materials verschoben.

2)      Transparenz

Wie messen Wissenschaftler also durchsichtiges Plastik? Die Grenzen zwischen „transparent“ oder „klar“ und „transluzent“ oder „undurchsichtig“ sind oft sehr subjektiv.  Was für einen Beobachter akzeptabel ist, ist für einen anderen Beobachter möglicherweise nicht akzeptabel. Es ist möglich, den Grad der Lichtdurchlässigkeit nach ASTM D-1003 (Standard Test Method for Haze and Luminous Transmission of Transparent Plastics) zu messen. Dieses Prüfverfahren dient zur Bewertung der Lichtdurchlässigkeit und -streuung von transparenten Kunststoffen für eine definierte Probendicke. In der Regel gelten Lichtdurchlässigkeitsprozentsätze über 85 als „transparent“. Die wahrgenommene Transparenz oder optische Klarheit hängt von der Dicke der zur Beurteilung verwendeten Probe ab, und die optische Klarheit nimmt mit zunehmender Dicke ab. Standardglas kann in dünnen Abschnitten optisch relativ klar sein, zeigt jedoch mit zunehmender Dicke einen Grünstich (aufgrund von Eisen im Glas). Optische Klarheit kann nur erreicht werden, wenn der Brechungsindex in Blickrichtung durch das Material hindurch konstant ist. Alle Bereiche aus undurchsichtigem Material (wie Farbstoffe) oder Bereiche mit unterschiedlichem Brechungsindex führen zu einem Verlust an optischer Klarheit aufgrund von Brechung und Streuung.

Die optische Klarheit hängt auch von Oberflächenreflexionen der Probe ab. Die Oberflächenreflexionen an der Grenzfläche Luft/Kunststoff verursachen erhebliche Transmissionsverluste. Zum Beispiel beträgt der Transmissionsverlust von PMMA etwa 93% und der von PS etwa 88%. Diese Oberflächenreflexionen können zwei grundlegende Ursachen haben:spiegelnde Reflexion, die die normale Reflexion von einer glatten Oberfläche ist, und diffuse Reflexion, die von der Oberflächenebenheit der Probe abhängt. Der Transmissionsverlust aufgrund von Oberflächenrauheit oder eingebetteten Partikeln wird häufiger als „Trübung“ bezeichnet und ist im Allgemeinen ein Produktionsproblem und keine Eigenschaft des Materials. Bei der Herstellung von Blasfolie kann Trübung entweder durch Schmelzbruch an der Oberfläche oder durch Grenzflächeninstabilität zwischen den Folienschichten verursacht werden.

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