Как окрасить пластик без использования красителей

Красители повсеместно присутствуют в нашей жизни. Любой предмет, еда, имеет определенный цвет благодаря включенным в их состав пигментам. Различные полимеры окрашены растворимыми красителями благодаря введению их в раствор или расплав. Этот метод позволяет создавать объекты любого цвета и росписи. Однако присутствие красителей в предметах обихода и личного пользования в последнее время становится все более нежелательным.

Чтобы понять принцип окрашивания предметов без использования красителей, ученые обратили внимание на внешний вид масляной пленки на поверхности воды. Всего лишь одно вещество, пролитое в воду, отражается в лучах света целым спектром. Этот эффект базируется на так называемой интерференции света. Так как толщина пленки на поверхности воды имеет различные показатели — она неоднородна, то падающий на неё свет будет отражаться по-разному, тем самым выдавая лучи различной длины волны. Именно длина волны определяет цвет. Лучей, попадающих на пленку, много, поэтому масляная пленка выглядит разноцветной, словно радуга. Подобное свойство демонстрируют бабочки и птицы, имеющие различный окрас крыльев и оперения. Причём некоторые виды имеют даже несколько оттенков оперения на одном и том же участке благодаря разным углам падения и отражения света.

Исследователи японских университетов занялись изучением подобного принципа окрашивания, и применили его на прозрачном пластике с последующим тестированием материала на испытательном оборудовании. В качестве демонстрации они предложили рассмотреть известную гравюру XIX века, напечатанную на куске пластика толщиной 1 мм. Картина замечательно просматривалась, хотя материал был всего лишь один и без красителей. Как им удалось добиться такого результата?

Учёные действовали в два этапа. Первый состоял в изготовлении поверхности из полистирола, в состав которого добавили фотоинициатор — особое вещество, которое склеивает между собой молекулы полимера под воздействием света. После этого на готовый материал воздействуют стоячей световой волной, которая сильно меняет общую картину на неравномерной пленке. Луч света, направленный на поверхность, создаёт электромагнитные колебания, благодаря чему происходит «сшивание» молекул полимера фотоинициатором. Поверхность частично остаётся неизменной, так как в некоторых участках фотоинициатор отсутствует. Второй этап заключается в «купании» пластиковой поверхности в растворителе, который позволяет полимеру неравномерно набухать. Все части пленки, в которых отсутствует фотоинициатор, начинают увеличиваться в размерах, в них частично проявляются микропустоты, создающие структурный окрас. Получается, что сшитые и не сшитые слои трансформируются, раздвигаются, благодаря чему цвет материала претерпевает изменения. А вот какой цвет получится, зависит от воздействия на материал температуры, параметров стоячей волны и время воздействия растворителя.

Благодаря такому методу можно получить цветные изображения, состоящие всего лишь из одного материала, в котором отсутствует краска и пигменты. С помощью подобной технологии ученые планируют сократить выброс вредных веществ в процессе производства, а также сделают идеальный материал, пригодный для вторичной переработки.