I 1847 skrev ingeniøren Peter Faber den kendte julesang ’Højt fra Træets grønne top’. En klassiker til juletræsdansen, og mon ikke mere end én lille, utålmodig purk skal kæmpe sig igennem sangen juleaften, før han kan finde det nyeste Star Wars-LEGO under juletræet. Men kan vi være sikre på, at det plastiklegetøj, der ligger under juletræet, er ufarligt for vores børn at lege med og kan genbruges i den grønne ånd?
På DTU forsøger forskerne i nanoplast at besvare disse spørgsmål. Ved hjælp af nanostrukturer vil de blandt andet skabe farver i plastik – uden brug af farvestof eller kemikalier, men ved at snyde øjet til at se farver.
Sommerfugle inspirerer højteknologisk produktion
Nanostrukturer er bittesmå strukturer, som måles i nanometer (nm). En nanometer er en milliontedel af en millimeter – et menneskehår er til sammenligning cirka 100.000 nm tykt. Leder af platformen Nanoplast, lektor på DTU Nanotech Rafael Taboryski forklarer strukturernes særlige egenskaber:
”Strukturer i den størrelsesorden har en effekt på det lys, som bliver reflekteret fra dem. Man kan bare kigge på naturen, sommerfuglevinger indeholder for eksempel ikke farvepigment. Det er nanostrukturerne på overfladen, også kaldet fotoniske krystaller, der giver farven. Det vil vi prøve at efterligne i det her projekt.”
Strukturerne på sommerfuglevinger er i flere lag, men målet med platformen er at konstruere dem i ét enkelt lag, så de kan skabes i samme produktionsled som selve plastmaterialet. De fleste af de plastikting, vi omgiver os med – mobiltelefoner, legetøj og så videre, er skabt ved en proces kaldet sprøjtestøbning: Man sprøjter flydende plastik ind i en form, og lader det størkne for derefter at tage det færdige element ud. Teknologien vil give danske virksomheder en mulighed for at styrke deres konkurrenceevne, forklarer Rafael Taboryski:
”Danske sprøjtestøbere skal have nogle produkter på markedet, som andre ikke har. Branchen er trængt. Det er billigere at få lavet sin sprøjtestøbeform i fjernøsten, selvom vi har en lang tradition for sprøjtestøbning, stor knowhow og mange små virksomheder, som arbejder med det.”
En af kongstankerne bag platformen er at kombinere højteknologi fra DTU med industriel produktion, fortsætter Rafael Taboryski:
”På den ene side har vi mænd, der går rundt i blå dragter i renrumslaboratorierne på DTU Danchip, og tilsvarende har vi mænd, der går rundt i blå kedeldragter i sprøjtestøberierne. Ved at blande de to verdener kan vi skabe innovation.”
Øjet snydes – farver skabes
Anders Kristensen er professor på DTU Nanotech og leder den del af projektet, som beskæftiger sig med farver:
”Jeg var med til at skrive ansøgningen til platformen, og vi oplevede stor interesse fra industrien lige fra starten. Det er en indikator på, at vi har fat i noget af det rigtige her. Der var utrolig stor respons.”
Man kan allerede i dag lave changerende farver med nanostrukturer – farver, der skifter, afhængigt af, hvordan man vender objektet, ligesom vi kender det fra cd’er. Udfordringen er at skabe en optisk illusion, så der for eksempel fremkommer en klar brun farve i et gult plastmateriale. Det kunne være ansigtet på en LEGO-mand. Ved at forme overfladen på det gule plastik på visse udvalgte arealer opfanger øjet næse, mund, overskæg og øjne som brunt – selv om klodsen er gul. Anders Kristensen forklarer, hvordan strukturen vil se ud set gennem et mikroskop:
”Det vil typisk være nogle søjler, linjer eller huller i en plan overflade. De vil måske være et par hundrede nm høje og hundrede nm brede. En af udfordringerne er, hvordan man designer dem og får klare farver frem, som ser ens ud, ligegyldigt hvilken vinkel man kigger på dem fra.”
Der er, foruden de rent produktionsmæssige fordele, to klare gevinster ved teknologien for LEGO. For det første bliver det lettere at genbruge klodsen. LEGO arbejder ud fra en såkaldt vugge til vugge-filosofi, hvor det centrale er, at produkter ikke må ende som affald, når de har udtjent deres levetid. Ved kun at have ét materiale uden påført farve vil klodserne være lettere at genbruge – de forskellige stoffer i klodsen skal ikke separeres, klodsen smides bare i en granuleringsmaskine, hvorefter granulatet kan bruges til at skabe en ny LEGO-klods. For det andet slipper man for at bruge dekoreringsfarver, og man eliminerer risikoen for, at børnene skulle komme i kontakt med nogle evt. sundhedsskadelige effekter ved farverne.
Evigt rene LEGO-klodser
Der er andre perspektiver i forskningen end farveeffekter. I Nanoplast arbejdes der også med mekaniske overfladefunktioner. Forestil dig for eksempel, at du kunne få al youghurten ud af dit bæger. Science fiction? Tjah, med slip let-overflader med nanostruktur kan det blive fremtiden. En anden spændende effekt er lotuseffekten – opkaldt efter lotusblomstens blade, som har en vand- og smudsafvisende struktur. Disse og mange andre overfladefunktioner er meget interessante, forklarer produktudvikler Per Høvsgaard fra LEGO:
”Lotus-effekten, hvor overfladen er smuds- og vandafvisende, vil jo ikke skade værdien af LEGO-klodserne, tværtimod. At børnene hele tiden vil have klodser, der er rene, det vil hæve kvaliteten af vores produkt.”
- Kristian Balsgaard