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WO2006097173A1 - Elongation and compression sensor - Google Patents

Elongation and compression sensor Download PDF

Info

Publication number
WO2006097173A1
WO2006097173A1 PCT/EP2006/001478 EP2006001478W WO2006097173A1 WO 2006097173 A1 WO2006097173 A1 WO 2006097173A1 EP 2006001478 W EP2006001478 W EP 2006001478W WO 2006097173 A1 WO2006097173 A1 WO 2006097173A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
core
matrix
shell
sensors
shell particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2006/001478
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Holger Winkler
Goetz Peter Hellmann
Tilmann Eberhard Ruhl
Peter Spahn
Benjamin Viel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Merck Patent GmbH filed Critical Merck Patent GmbH
Publication of WO2006097173A1 publication Critical patent/WO2006097173A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/247Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet using distributed sensing elements, e.g. microcapsules

Definitions

  • the invention relates to the use of core-shell particles for the production of sensors for the detection of mechanical force, as well as corresponding sensors for the detection of mechanical force and a method for producing such sensors.
  • the composite material from which the sensor is constructed consists of polymers and individual conductive particles dispersed in these polymers.
  • the pressure effect changes the distance between these conductive particles and, correspondingly, the electrical resistance of the sensor changes. From the change in resistance, the strength of the pressure can be calculated.
  • the matrix which is formed from the shell polymers is mechanically fixed only by entanglement. If a stretching force acts for a longer time, it can happen that these entanglements are dissolved and the material suffers a white fracture and then flows apart. The elastic deformation takes place only in a small strain area, so that the sensors described in WO 03/064988 are only partially suitable for repetitive applications.
  • a first subject of the present application is the use of moldings consisting essentially of core-shell particles whose shell forms a matrix and whose shell is connected to the core via an intermediate layer and the core is substantially solid and a substantially monodisperse Having size distribution and in which there is a difference between the refractive indices of the core material and the cladding material, wherein the cladding matrix is an elastomer, for the detection of mechanical force.
  • the shell matrix is then an elastomer if the expansion is proportional to an elongation of at least 50%, preferably at least 100% and particularly preferably at least 200%, in each case based on the original length to the acting force.
  • elastomeric properties can be achieved, for example, when the cladding matrix is crosslinked.
  • the cross-linking forms stable, chemical fixation points between the polymer chains of different core-shell particles, whereby the shell matrix becomes an elastomer.
  • the shell matrix is chemically crosslinked.
  • the core-shell particles are processed prior to their use according to the invention to form sensors, in particular films or injection-molded articles.
  • films consisting essentially of Kem-Mantei particles whose shell forms a matrix and whose jacket is connected to the core via an intermediate layer and the core is substantially solid and has a substantially monodisperse size distribution and a difference between the refractive indices of the core material and the cladding material, wherein the cladding matrix is an elastomer, for detection of mechanical force is therefore a further object of the present invention.
  • the films are used in a preferred variant of the invention as a surface coating for the detection of mechanical force acting on components.
  • Another object of the present invention is a sensor or a shaped body suitable for the detection of mechanical force substantially consisting of core-shell particles whose shell forms a matrix and whose jacket is connected to the core via an intermediate layer and the core substantially is fixed and has a substantially monodisperse size distribution, wherein there is a difference between the refractive indices of the core material and the cladding material, which is characterized in that the cladding matrix is an elastomer.
  • the term "sensor” means both the sensors, which are expressly the subject of the invention, as well as those which result when shaped bodies or core-shell particles are used according to the above definition according to the invention.
  • Core-shell particles which can be used according to the invention are known per se.
  • optical effect consisting essentially of core-shell particles whose shell forms a matrix and the core is substantially solid and have a substantially monodisperse size distribution.
  • the refractive indices of the core material and the cladding material differ, as a result of which said optical effect, preferably an opalescence, is produced.
  • the core is connected to the jacket via an intermediate layer.
  • the core-shell particles in the use according to the invention or in the sensors according to the invention form a so-called colloidal-crystalline lattice. It is a dense or densest packing of the core-shell particles or cores in the shell matrix.
  • the observed color of the sensors is determined by the lattice spacings of this colloidal crystal. During stretching or compression processes, these distances and thus the observed color change.
  • At least one contrast material is incorporated into the jacket matrix of the molded bodies or sensors.
  • This contrast material reinforces the optical effect of the core-Mant ⁇ l particles under force and thus facilitates the optical detection.
  • contrast materials cause an increase in brilliance, contrast and depth of the observed color effects in the sensors according to the invention.
  • contrast materials are understood according to the invention, all materials that cause such a gain of the optical effect.
  • these contrast materials are coloring agents, such as pigments and / or dyes.
  • pigments are understood to mean any solid substance which exhibits an optical effect in the visible wavelength range of the light.
  • those substances are referred to as pigments which correspond to the definition of pigments according to DIN 55943 or DIN 55945.
  • a pigment is a virtually insoluble, inorganic or organic, colored or achromatic colorant in the application medium.
  • both inorganic and organic pigments can be used according to the invention.
  • pigments can be classified into absorption pigments and luster pigments.
  • Absorption pigments are those pigments which absorb at least part of the visible light and therefore cause a color impression and in extreme cases appear black.
  • Luster pigments according to DIN 55943 or DIN 55944 are those pigments in which gloss effects are produced by directional reflection on predominantly flat-shaped and aligned metallic or strongly refractive pigment particles.
  • interference pigments according to these standards such luster pigments are called, whose coloring effect entirely or predominantly based on the phenomenon of interference. These are in particular so-called nacreous pigments or fire-colored metal bronzes.
  • the interference pigments are the pearlescent pigments, which consist of colorless, transparent and highly refractive platelets.
  • pearlescent After orientation in a matrix, they produced a soft gloss effect called pearlescent.
  • reflective pigments are guanine-containing fish silver, pigments based on lead carbonates, bismuth oxychloride or titanium dioxide mica.
  • the titanium dioxide mica which are characterized by mechanical, chemical and thermal stability, are often used for decorative purposes.
  • absorption and gloss pigments can be used according to the invention, it also being possible to use interference pigments in particular. It has been shown that the use of absorption pigments is particularly preferred for increasing the intensity of the optical effects.
  • absorption pigments is particularly preferred for increasing the intensity of the optical effects.
  • white and color or black pigments can be used, the term color pigments meaning all pigments which give a different color impression than white or black, for example Heliogen TM Blue K 6850 (from BASF, Cu phthalocyanine pigment) , Heliogen TM Green K 8730 (BASF, Cu phthalocyanine pigment), Bayferrox TM 105 M (Bayer, iron oxide-based red pigment) or chrome oxide green GN-M (Bayer, chromium oxide-based green pigment). Due.
  • pigmentary carbon black for example the Degussa carbon black product line (in particular Purex TM LS 35 or Corax TM N 115)
  • flame black as well as iron oxide black, manganese black, cobalt black and antimony black.
  • Black mica qualities can also be used advantageously as black Pigment (eg Iriodin TM 600, Merck, iron oxide coated mica).
  • the particle size of the at least one contrast material is at least twice as large as the particle size of the core material. If the particles of the contrast material are smaller, only insufficient optical effects are achieved. It is believed that smaller particles interfere with the alignment of the nuclei in the matrix and cause a change in the forming lattices.
  • the particles of at least twice the size of the cores which are preferably used according to the invention interact only locally with the grating formed from the cores. Electron micrographs (see also Example 3) show that the embedded particles do not disturb the lattice of Kemteilchen, or only slightly. In this case, the particle size of the contrast materials, which are often also platelet-shaped pigments, means the respectively greatest extent of the particles.
  • platelet-shaped pigments have a thickness in the range of the particle size of the cores and / or even below it, this does not disturb the lattice orders according to available investigations. It has also been shown that the shape of the incorporated contrast material particles has no or only little influence on the optical effect. According to the invention, both spherical and platelet-shaped and needle-shaped contrast materials can be incorporated. Of importance only seems to be the absolute particle size in relation to the particle size of the cores.
  • the particle size of the at least one contrast material is at least twice as large as the particle size of the core material, wherein the particle size of the at least one contrast material is preferably at least four times as large as the particle size of the core material, since then the observable interactions even lower.
  • a reasonable upper limit of the particle size of the contrast materials results from the limit at which the individual particles themselves become visible or impair the mechanical properties of the sensor due to their particle size. The determination of this upper limit presents no difficulty for the skilled person.
  • desired effect is also the amount of contrast material that is used. It has been found that effects are usually observed when at least 0.02% by weight of contrast material, based on the weight of the sensor, is used. It is particularly preferred if the sensor contains at least 0.05% by weight and more preferably at least 0.2% by weight of contrast material, since these increased contents of contrast material according to the invention as a rule also lead to more intensive effects.
  • contrast material may affect the processing properties of the core / shell particles and thus complicate the production of sensors according to the invention.
  • the sensor contains a maximum of 20% by weight of contrast material, based on the weight of the sensor, and it is particularly preferred if the sensor has a maximum of 12% by weight and particularly preferably not more than 5% by weight. Contains contrast material.
  • the sensors may also be preferred for the sensors to contain as large amounts of contrast material as possible or for the core-shell particles as much as possible large quantities of contrast material are added. This is especially the case when the contrast material is to simultaneously increase the mechanical strength of the sensor.
  • the sensors according to the invention or moldings to be used according to the invention can be obtained essentially analogously to the method described in German Patent Application DE-A-10145450, whereby it must be ensured by suitable measures that the jacket matrix is an elastomer.
  • this takes place - as described above - by crosslinking of the cladding matrix.
  • Another object of the present invention is therefore a process for the production of moldings consisting essentially of core-shell particles with elastomeric jacket or for the production of sensors for the detection of mechanical force, which is characterized in that in a step a) core Clad particles whose cladding forms a matrix and whose core is substantially solid and has a substantially monodisperse size distribution with a difference between the indices of refraction of the core material and the cladding material, mixed with a crosslinking aid, and the mixture in one step b) at a temperature at which the shell is flowable is subjected to a mechanical force, and in a step c) a chemical crosslinking of the shell takes place.
  • crosslinking can be carried out by methods known per se, for example by thermally-induced or light-induced.
  • the crosslinking takes place thermally induced. It is again preferred if the shell of the core-shell particles contains free cyanate, isothiocyanate, amino, epoxide, isocyanate or Hydroxy-Grupp ⁇ n and is used as a crosslinking aid, a (poly) isocyanate, (poly) amine or (poly) epoxide.
  • the crosslinking agent is selected so that it reacts with the reactive, complementary free functional groups
  • the combination of free hydroxyl groups in the shell with (poly) isocyanates as crosslinking assistant is therefore particularly preferred according to the invention.
  • the jacket is formed by a copolymer which contains hydroxyalkyl (meth) acrylate units, such as hydroxyethyl acrylate (HEA), hydroxyethyl methacrylate (HEMA) or hydroxybutyl methacrylate (HBMA).
  • HEMA hydroxyethyl acrylate
  • HEMA hydroxyethyl methacrylate
  • HBMA hydroxybutyl methacrylate
  • crosslinking agents are in particular protected (poly) suitable isocyanates which are also referred to in the trade as polyisocyanate curing agent, and are sold for example by Bayer under the trade name Crelan ®.
  • Aliphatic or cycloaliphatic and aromatic isocyanates can be used as polyisocyanates.
  • aliphatic and cycloaliphatic isocyanates in particular hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate and 1, 4-cyclohexyl diisocyanate are used.
  • the aromatic polyisocyanates have a higher reactivity towards hydroxyl groups due to the aromatic radical and are therefore used with particular preference. The most important representatives are toluene diisocyanate, 4,4 I -Methylendiphenyldiisocyanat and 1, 5-naphthalene.
  • the isocyanate function is present in the isocyanates in protected or blocked form.
  • a suitable protective group is in particular ⁇ -caprolactam.
  • the isocyanate functions may also be blocked by the presence of di- or oligomers of the isocyanate compounds.
  • isophorone diisocyanate may be blocked as a dimer.
  • the induction of the crosslinking takes place by means of light quanta, preferably with energies in the range of UV and / or VIS radiation.
  • a crosslinking agent is preferably at least one photoinitiator, preferably of the type Il used.
  • UV photons having a wavelength of 300 nm have an energy of 400 kJ / mol.
  • the photoinitiators are used in amounts of between 0.01 and 15% by weight, based on the core / shell particles, and can be used individually or, in combination, to exploit advantageous synergistic effects.
  • Suitable photoinitiators should combine a high reactivity, synonymous with a low and therefore economical use concentration, optimal and defined light absorption, high storage stability, low toxicity, good compatibility and incorporation. It is a variety of compounds in commerce, which combine the conditions mentioned in a suitable manner, so that it does not give the expert any difficulty to select corresponding compounds.
  • alpha splitters such as hydroxyalkylphenone, benzil ketal, acylphosphine oxide and aminoalkylphenone derivatives
  • bimolecular type II photoinitiators such as benzophenone, thioxanthone and camphorquinone derivatives.
  • benzophenone as a radical can abstract an H atom from the mantle polymer chain, creating a reactive point of attachment to crosslink.
  • sensitizers are additionally used which absorb the photon energy and pass it on to the initiator. These substances do not participate in the reaction, but only absorb the light energy and transfer it to the initiator.
  • compounds known to those skilled in the art, such as various ketones and dyes can be used for this purpose.
  • the preferred sensitizers include acetophenone, benzophenone, quinones such as anthraquinone and duroquinone, fused aromatics such as pyrene and anthracene, dyes such as eosin, erythrosine, rose bengal, porphyrins, chlorophyll and zinc tetraphenylporphine.
  • the crosslinking with the aid of photoinitiators allows great freedom in the selection of the shell polymers and the processing temperatures, while the thermal crosslinking here has a limiting effect in the form that the shell polymers must contain thermally crosslinkable groups and processing temperatures of the core-shell particles must be chosen so that the networking only starts after the arrangement of the nuclei has taken place; ie the processing temperatures should remain below 150 0 C, preferably below 100 0 C.
  • the photo-induced crosslinking is particularly preferred especially when the processing is to be carried out by film extrusion.
  • the core-shell particles are mixed with at least one contrast material.
  • the further processing of the mixture then depends on the intended spatial configuration of the sensor or molding.
  • the mixture of core-shell particles and crosslinking aid is exposed to a mechanical force at a temperature at which the shell is flowable.
  • the temperature at which the mixture is subjected to the mechanical force at least 4O 0 C, preferably at least 60 ° C above the glass temperature of the shell of the core-shell particles. It has been empirically shown that the flowability of the jacket in this temperature range meets the requirements for economical production of the sensors in particular.
  • the flowable mixtures are cooled under the action of the mechanical force to a temperature at which the jacket is no longer flowable.
  • the mechanical action of force may be such a force effect which occurs in conventional processing steps of polymers.
  • the mechanical force is either:
  • the moldings according to the invention are preferably films.
  • Films according to the invention can preferably also be characterized by Calendering, film blowing or flat film extrusion are produced.
  • Calendering film blowing or flat film extrusion are produced.
  • the various possibilities of processing polymers under the action of mechanical forces are well known to the person skilled in the art and can be found, for example, in the standard textbook Adolf Franck, "Kunststoff-Kompendium”;Vogel-Verlag; 1996 be removed.
  • sensors or molded bodies are produced by injection molding, then it is particularly preferred if the demolding takes place only after cooling of the mold with the molded part contained therein.
  • molds with a large cooling channel cross section are used, since the cooling can then take place in a shorter time. It has been shown that the color effects of the invention become significantly more intense due to the cooling in the mold. It is believed that this uniform cooling process leads to a better arrangement of the core-shell particles to the grid. It is particularly advantageous if the mold has been heated prior to the injection process.
  • a structured surface is simultaneously produced during the mechanical force action.
  • the tools used already have such a surface structuring.
  • corresponding shapes can be used in the injection molding, the surface of which specifies this structuring or it can also press tools are used in uniaxial pressing, in which at least one of the pressing tools has a surface structuring.
  • these methods can be used to produce imitations of leather which have a leather-like surface structure and at the same time show the color effects discussed above and are thus suitable as decorative sensors.
  • mirror reflections can be reduced by the surface structuring or be eliminated, which complicate the optical detection - in particular by the human eye.
  • the sensors according to the invention may, if it is technically advantageous, contain auxiliaries and additives. They can serve the optimum setting of the application-technical data or properties required or required for the application and processing.
  • auxiliaries and / or additives are plasticizers, film-forming aids, leveling agents, fillers, melt aids, adhesives, release agents, application aids, viscosity modifiers, e.g. B. thickener.
  • additives of film-forming agents and film modifiers based on compounds of the general formula HO-C n H 2n -O- (C n H 2n -O ⁇ H, wherein n is a number from 2 to 4, preferably 2 or 3, and m is a number from 0 to 500.
  • n can vary within the chain and the different chain links can be incorporated in random or in block-wise distribution
  • auxiliaries are ethylene glycol, propylene glycol, di-, tri- and tetraethylene glycol, di- , Tri- and tetrapropylene glycol, polyethylene oxides, polypropylene oxide and ethylene oxide / propylene oxide copolymers having molecular weights up to about 15,000 and random or block-like distribution of the ethylene oxide and propylene oxide assemblies.
  • organic or inorganic solvents, dispersants or diluents for example, the open time of the formulation, d. H. the time available for their order on substrates, extend waxes or melt adhesive as additives possible.
  • the sensors also stabilizers against UV radiation and weathering can be added.
  • z. B Derivatives of 2,4-dihydroxybenzophenone, derivatives of 2-cyano-3,3'-dephenyl acrylate, derivatives of 2,2 ', 4,4'-tetrahydroxybenzophenone, derivatives of o-hydroxyphenyl-benzotriazole, salicylic acid ester, o-hydroxyphenyl-s triazines or sterically hindered amines. These substances can also be used individually or as mixtures.
  • UV stabilizers when using UV stabilizers, however, when the cladding matrix is to be crosslinked, it should be noted that the UV stabilizers are not absorbent in the wavelength range in which the induction of a light-induced crosslinking should possibly take place.
  • the total amount of auxiliaries and / or additives is up to 40% by weight, preferably up to 20% by weight, particularly preferably up to 5% by weight, of the weight of the sensors. Accordingly, the sensors consist of at least 60% by weight, preferably at least 80% by weight and more preferably at least 95% by weight, of core / shell particles.
  • the core-shell particles For use according to the invention and for use in sensors according to the invention, it is desirable for the core-shell particles to have an average particle diameter in the range from about 5 nm to about 2000 nm. It may be particularly preferred if the core-shell particles have an average particle diameter in the range of about 5 to 20 nm, preferably 5 to 10 nm. In this case, the cores can be called "quantum dots"; they show the corresponding effects known from the literature. In order to achieve color effects in the visible light range, it is particularly advantageous if the core-shell particles have an average particle diameter in the range of about 40-500 nm. Particular preference is given to using particles in the range from 80 to 500 nm, since the reflections of different wavelengths of visible light occur in the case of particles in this order of magnitude range clearly different from each other and so the color shift occurs particularly pronounced.
  • Effects which can be used according to the invention for detecting the forces can be effects in the visible wavelength range of the light, as well as, for example, effects in the UV or infrared range. Recently, it has become common to call such effects generally photonic effects. All of these effects are optical effects in the sense of the present invention, wherein in a preferred embodiment the effect is an opalescence in the visible range.
  • the sensors according to the invention are photonic crystals (cf Chemistry, 49 (9) September 2001, pp. 1018-1025).
  • the core of the core-shell particles consists of a material which either does not flow or becomes fluid at a temperature above the flow temperature of the jacket material.
  • This can be achieved by the use of polymeric materials having a correspondingly high glass transition temperature (T 9 ), preferably crosslinked polymers or by using inorganic core materials.
  • T 9 glass transition temperature
  • Decisive for the intensity of the observed effects is the difference between the refractive indices of the core and the cladding.
  • Sensors according to the invention preferably have a difference between the refractive indices of the core material and the cladding material of at least 0.001, preferably at least 0.01 and more preferably at least 0.1. If the sensors according to the invention are to show detectable photonic effects with the naked eye, then refractive index differences of at least 0.05 are preferred.
  • further nanoparticles are incorporated into the matrix phase of the sensors in addition to the cores of the core-shell particles. These particles are selected with regard to their particle size so that they do not disturb the regular arrangement of the cores or only slightly.
  • the matrix can be appropriately functionalized by incorporating suitable "quantum dots".
  • Preferred materials are inorganic nanoparticles, in particular nanoparticles of metals or of H-Vl or III-V semiconductors or of materials which influence the mechanical, thermal, magnetic, electrical, optical and / or acoustic properties of the materials. Examples of preferred nanoparticles are gold, zinc sulfide, hematite, gallium nitride, cadmium selenide, cadmium telluride or gallium arsenide.
  • the senor is a pressure indicator which displays the pressure, for example in a line, qualitatively or semi-quantitatively via the visible color.
  • the sensor is at the same time an overpressure valve which indicates the increase in pressure due to discoloration even before bursting.
  • the senor is designed in the form of a film suitable for coating surfaces. With such a film surfaces, such as metallic components can be coated. The film-shaped surface coating then detects mechanical stresses on the component.
  • the sensor is integrated in a component in the form of a shaped body. With such an integrated sensor, it is also possible, fatigue behavior of components, such as the elongation of steel cables, which secure structures such. As suspension bridges, or the elongation or compression of safety-related parts of means of transport, such as aircraft parts, ship hulls, supporting parts of automobiles, among other things to observe. This can preferably be done by optical measurements. So it is also possible to reveal concealed or hidden accident damage that has led to deformations.
  • the senor is designed as a measuring strip which can be clamped between two components in order to detect movements between these components.
  • the sensor according to the invention can advantageously be used in load-bearing parts of bridges or structures. The possible applications of the sensors according to the invention are not limited to these preferred embodiments.
  • the sensors according to the invention can be used for the qualitative or semi-quantitative or even quantitative determination of mechanical forces or of elongation or compression without further detection system.
  • the human eye is sufficient here.
  • such sensors are suitable here, which, as described above, contain a contrast material.
  • the senor according to the invention serves to detect acceleration.
  • the sensor is connected to an inert mass, the vibrations or Speed changes deform the sensor.
  • Corresponding arrangements are disclosed, for example, in EP-A-1 329 758, the disclosure of which is expressly included in the subject matter of the present disclosure.
  • detectors can be used, for example, with a suitable arrangement, for example, for the detection of earthquake or seaquake, as well as storm-induced fluctuations of bridges or structures.
  • Other applications include acceleration sensors in vehicle airbag deployment systems or automatic braking systems or stability systems.
  • piezoelectric crystals such as polyvinylidene chlorides, quartz, tourmaline, BaTiO 3 , U 2 SO 4 , KDaPO 4 , potassium sodium tartrate, ethylenediamine tartrate, perovskite-type ferroelectrics, in particular PZT (obtainable by continuous exchange of the Ti from lead titanate by zirconium in a continuous series up to the lead zirconate) and PLZT (lanthanum-containing PZT) and electrets, applied to the sensors or integrated into the sensors, whereby a strain can be detected by strain / compression.
  • PZT obtainable by continuous exchange of the Ti from lead titanate by zirconium in a continuous series up to the lead zirconate
  • PLZT lanthanum-containing PZT
  • the sensor film may be joined to another material, preferably laminated to a stretchable material.
  • a stretchable material preferably one material that remains stable in direct contact with an aggressive medium against which the sensor film would not be resistant or in which it would swell.
  • the bonded materials are rubbery polymers such that the composite exhibits the high resilience and tear strength of the rubber in conjunction with the rubber From the viewing angle dependent color effect of the molding.
  • an automated detection system which may be, for example, a commercially available UV-VIS spectrometer, the detection taking place both in reflection and in transmission can.
  • the core-shell particles which are used according to the invention are known per se.
  • the shell of these core-shell particles, prior to processing consists of essentially unvarnished organic polymers, which are preferably grafted onto the core via an at least partially crosslinked intermediate layer.
  • the jacket can consist of either thermoplastic or elastomeric or thermoelastic polymers. Since the jacket substantially determines the material properties and processing conditions of the core-shell particles, those skilled in the art will select the jacket material according to common considerations in polymer technology. In particular, when movements or stresses in a material are to lead to optical effects, the use of elastomers as a shell material is preferred. In sensors according to the invention, the distances between the core-shell particles are changed by such movements. Accordingly, the wavelengths of the interacting light and the effects to be observed change.
  • the core can be made of a variety of materials. It is essential according to the invention, as already stated, that there is a refractive index difference to the cladding and that the core remains firm under the processing conditions.
  • the core consists of an organic polymer, which is preferably crosslinked.
  • the core consists of an inorganic material, preferably a metal or semimetal or a metal chalcogenide or metal pnictide.
  • chalcogenides are compounds in which an element of the 16th group of the Periodic Table is the electronegative binding partner;
  • pnictides are those in which an element of the 15th group of the periodic table is the electronegative binding partner.
  • Preferred cores consist of metal chalcogenides, preferably metal oxides, or metal pnictides, preferably nitrides or phosphides.
  • Metal in the sense of these terms are all elements that can occur as an electropositive partner in comparison to the counterions, such as the classical metals of the subgroups or the main group metals of the first and second main group, as well as all elements of the third main group and silicon, germanium, Tin, lead, phosphorus, arsenic, antimony and bismuth.
  • the preferred metal chalcogenides and metal pnictides include, in particular, silicon dioxide, aluminum oxide, gallium nitride, boron and aluminum nitride, and silicon and phosphorus nitride.
  • monodisperse silicon dioxide cores which can be obtained, for example, by the process described in US Pat. No. 4,911,903.
  • the cores are produced by hydrolytic polycondensation of tetraalkoxysilanes in an aqueous ammoniacal medium, wherein first of all a sol of primary particles is produced, and then the resulting SiO 2 particles are brought to the desired particle size by a continuous, controlled metered addition of tetraalkoxysilane.
  • monodisperse SiO 2 cores having mean particle diameters between 0.05 and 10 ⁇ m can be produced with a standard deviation of 5%.
  • SiO 2 nuclei coated with (semi) metals or nonabsorbing metal oxides such as TiO 2 , ZrO 2 , ZnO 2 , SnO 2 or Al 2 O 3 .
  • the production of SiO 2 -KeHIe coated with metal oxides is described in more detail, for example, in US Pat. No. 5,846,310, DE 19842 134 and DE 199 29 109.
  • monodisperse cores of non-absorbing metal oxides such as TiO 2 , ZrO 2 , ZnO 2 , SnO 2 or Al 2 O 3 or metal oxide mixtures.
  • Their preparation is described for example in EP 0 644 914.
  • the process according to EP 0 216 278 for the production of monodisperse SiO 2 cores is readily transferable to other oxides with the same result.
  • suitable starting materials for the production of the core-shell particles according to the invention are also monodisperse cores of polymers which contain particles, for example metal oxides. Such materials are offered, for example, by the company micro capseries- undmaschines GmbH in Rostock. According to customer requirements, microencapsulations based on polyesters, polyamides and natural and modified carbohydrates are manufactured.
  • monodisperse cores of metal oxides which are coated with organic materials for example silanes.
  • the monodisperse cores are dispersed in alcohols and modified with common organoalkoxysilanes.
  • the silanization of spherical oxide particles is also described in DE 43 16 814.
  • the cores of the core-shell particles according to the invention may also contain dyes or phosphors.
  • dyes or phosphors for example, so-called nanocolorants, as described, for example, in WO 99/40123, can be used.
  • nanocolorants as described, for example, in WO 99/40123.
  • the disclosure of WO 99/40123 is hereby expressly incorporated in the disclosure of the present application.
  • the shell material is filmable, ie that it softens by simple measures, visco-elastic plasticized or liquefied, that the cores of the core / Sheath particles can form at least domains of regular arrangement.
  • the cores regularly arranged in the matrix formed by filming the cladding of the core / shell particles form a diffraction grating which causes interference phenomena and thereby leads to very interesting color effects.
  • the materials of the core and the cladding provided that they satisfy the conditions given above, may have an inorganic, organic or even metallic character or may be hybrid materials.
  • the cores contain one or more polymers and / or copolymers (core polymers) or that they consist of such polymers consist.
  • the cores contain a single polymer or copolymer.
  • the shell of the core / shell particles according to the invention also contains one or more polymers and / or copolymers (shell polymers, matrix polymers) or polymer precursors and, if appropriate, auxiliaries and additives Composition of the jacket can be chosen so that it is in non-swelling environment at room temperature substantially dimensionally stable and tack-free.
  • Kemmaterial wins the skilled artisan freedom whose relevant properties, such. B. its composition, the particle size, the mechanical data, the refractive index, the glass transition temperature, the melting point and the weight ratio of Kem: coat and thus determine the performance characteristics of the core / shell particles, which ultimately also on the properties of it affected sensors.
  • Polymers and / or copolymers which may or may not be included in the core material are high molecular compounds which conform to the specification given above for the core material. Both polymers and copolymers are suitable for polymerization unsaturated monomers as well as polycondensates and copolycondensates of monomers having at least two reactive groups, such as.
  • As high molecular weight aliphatic, aliphatic / aromatic or wholly aromatic polyester polyamides, polycarbonates, polyureas and polyurethanes, but also aminoplast and phenolic resins, such as.
  • epoxy resins which are also suitable as core material
  • epoxide prepolymers for example by reaction of bisphenol A or other bisphenols, resorin, hydroquinone, hexanediol or other aromatic or aliphatic diol or polyols phenol-formaldehyde condensates or mixtures thereof with each other be obtained with epichlorohydrin or other di- or polyepoxides, mixed with other compounds capable of condensation directly or in solution and allowed to cure.
  • the polymers of the core material are crosslinked (co) polymers, since these usually show their glass transition only at high temperatures.
  • These crosslinked polymers may have been crosslinked either already in the course of the polymerization or polycondensation or copolymerization or copolycondensation or they may be postcrosslinked in a separate process step after completion of the actual (co) polymerization or (co) polycondensation.
  • the shell material as for the core material, in principle polymers of the classes already mentioned above are suitable, provided that they are selected or constructed to correspond to the specification given above for the sheath polymers.
  • Polymers which meet the specifications for a jacket material can also be found in the groups of polymers and copolymers of polymerizable unsaturated monomers and the polycondensates and copolycondensates of monomers having at least two reactive groups, such as.
  • the high molecular weight aliphatic, aliphatic / aromatic or wholly aromatic polyester and polyamides As the high molecular weight aliphatic, aliphatic / aromatic or wholly aromatic polyester and polyamides.
  • selected components from all groups of organic film formers are suitable for their preparation.
  • Some other examples may illustrate the wide range of polymers suitable for the manufacture of the sheath.
  • polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene oxide, polyacrylates, polymethacrylates, polybutadiene, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene, polyoxymethylene, polyesters, polyamides, polyepoxides, polyurethane, rubber, polyacrylonitrile and polyisoprene are suitable.
  • the jacket is to be comparatively high-refractive, for example, polymers with preferably aromatic basic structure such as polystyrene, polystyrene copolymers such as, for example, are suitable for the jacket.
  • polymers with preferably aromatic basic structure such as polystyrene
  • polystyrene copolymers such as, for example, are suitable for the jacket.
  • SAN aromatic-aliphatic polyesters and polyamides, aromatic polysulfones and polyketones, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride and, with a suitable choice of a high-refractive core material and polyacrylonitrile or polyurethane.
  • the core consists of crosslinked polystyrene and the shell consists of a polyacrylate, preferably polyethyl acrylate and / or polymethyl methacrylate.
  • the weight ratio of core to shell in the range of 2: 1 to 1: 5, preferably in the range of 3: 2 to 1: 3, and particularly preferred in the range of 1: 1 to 2: 3.
  • it applies here that it is advantageous to increase the proportion of sheath as the particle diameter of the cores increases.
  • the core-shell particles to be used according to the invention can be prepared by various processes.
  • a preferred way to obtain the particles is a process for producing core-shell particles, by a) surface treatment of monodisperse cores, and b) applying the shell of organic polymers to the treated cores.
  • the monodisperse cores are obtained in a step a1) by emulsion polymerization.
  • a crosslinked polymeric intermediate layer is applied to the cores in step a), preferably by emulsion polymerization or by ATR polymerization, which preferably has reactive centers to which the shell can be covalently bonded.
  • ATR polymerization here stands for Atomic Transfer Radicalic polymerization, as described, for example, in K. Matyjaszewski, Practical Atom Transfer Radical Polymerization, Polym. Mater. Be. Closely. 2001, 84 is described.
  • the encapsulation of inorganic materials by ATRP is described, for example, in T.
  • the liquid reaction medium in which the polymerizations or copolymerizations can be carried out consists of the solvents, dispersants or diluents customarily employed in polymerizations, in particular in emulsion polymerization processes. In this case, the selection is made so that the emulsifiers used for homogenization of the core particles and shell precursors can develop sufficient activity.
  • a favorable liquid reaction medium for carrying out the process according to the invention are aqueous media, in particular water.
  • Polymerization initiators for example, which decompose either thermally or photochemically, form free radicals and thus initiate the polymerization, are suitable for initiating the polymerization.
  • thermally activatable polymerization initiators preference is given to those which decompose between 20 and 180 ° C., in particular between 20 and 80 ° C.
  • Particularly preferred polymerization initiators are peroxides such as dibenzoyl peroxide di-tert-butyl peroxide, peresters, percarbonates, perketals, hydroperoxides, but also inorganic peroxides such as H 2 O 2 , salts of peroxosulfuric acid and peroxodisulfuric acid Azov ⁇ rillon, boroalkyl and homolytically decomposing hydrocarbons.
  • the initiators and / or photoinitiators which are used depending on the requirements of the polymerized material in amounts between 0.01 and 15 wt .-%, based on the polymerizable components, can individually or, to exploit advantageous synergistic effects, in combination with each other be applied.
  • redox systems for example salts of peroxodisulfuric acid and peroxodisulfuric acid in combination with low-valency sulfur compounds, in particular ammonium peroxodisulfate in combination with sodium dithionite.
  • Polyaddition products are obtained analogously by reaction by compounds containing at least two, preferably three reactive groups such.
  • isocyanates react with alcohols to give urethanes, with amines to urea derivatives, while epoxides react with these complements to form hydroxy ethers or hydroxyamines.
  • polyaddition reactions can advantageously be carried out in an inert solvent or dispersant.
  • aromatic, aliphatic or mixed aromatic-aliphatic polymers e.g. As polyesters, polyurethanes, polyamides, polyureas, polyepoxides or solution polymers, in a dispersant such as. B. in water, alcohols, tetrahydrofuran, hydrocarbons to disperse or emulsify (secondary dispersion) and nachkondensieren in this fine distribution, crosslinking and curing.
  • a dispersant such as. B. in water, alcohols, tetrahydrofuran, hydrocarbons to disperse or emulsify (secondary dispersion) and nachkondensieren in this fine distribution, crosslinking and curing.
  • dispersants are generally used.
  • dispersing agents are preferably water-soluble high molecular weight organic compounds having polar groups, such as polyvinylpyrrolidone, copolymers of vinyl propionate or acetate and vinylpyrrolidone, partially saponified Copolymeriste of an acrylic ester and acrylonitrile, polyvinyl alcohols with different residual acetate content, cellulose ethers, gelatin, block copolymers, modified starch, low molecular weight, carbon-containing and / or sulfonic acid-containing polymers or mixtures of these substances used.
  • polar groups such as polyvinylpyrrolidone, copolymers of vinyl propionate or acetate and vinylpyrrolidone, partially saponified Copolymeriste of an acrylic ester and acrylonitrile, polyvinyl alcohols with different residual acetate content, cellulose ethers, gelatin, block copolymers, modified starch, low molecular weight, carbon-containing and / or sulfonic acid-
  • Particularly preferred protective colloids are polyvinyl alcohols having a residual acetate content of less than 35, in particular 5 to 39, mol% and / or vinylpyrrolidone / inylpropionate copolymers having a vinyl ester content of less than 35, in particular 5 to 30,% by weight.
  • nonionic or else ionic emulsifiers are optionally ethoxylated or propoxylated, long-chain alkanols or alkylphenols having different degrees of ethoxylation or propoxylation (for example adducts with 0 to 50 mol of alkylene oxide) or their neutralized, sulfated, sulfonated or phosphated derivatives. Also neutralized Dialkylsulfobemsteinklander or Alkyldiphenyloxid disulfonates are particularly well suited. Combinations of these emulsifiers with the abovementioned protective colloids are particularly advantageous because they give particularly finely divided dispersions.
  • reaction conditions such as temperature, pressure, reaction time, use of suitable catalyst systems which influence the degree of polymerization in a known manner and the choice of the monomers used for their preparation by type and amount can be set specifically the desired property combinations of the required polymers.
  • Monomers which lead to polymers of high refractive index are usually those which have either aromatic substructures, or those which have heteroatoms with a high atomic number, such as.
  • halogen atoms in particular bromine or iodine atoms, sulfur or metal ions, have, d. H. via atoms or atomic groups, which increase the polarizability of the polymers.
  • polymers with a low refractive index are obtained from monomers or monomer mixtures which do not or only to a small extent contain the abovementioned substructures and / or atoms of high atomic number.
  • An overview of the refractive indices of various common homopolymers can be found for. In Ullmanns Encyklopadie der ischen Chemie, 5th ed., Volume A21, page 169. Examples of radically polymerizable monomers which lead to polymers with a high refractive index are:
  • R is hydrogen or methyl.
  • the phenyl rings of these monomers can carry further substituents. Such substituents are suitable for modifying the properties of the polymers produced from these monomers within certain limits. They can therefore be used specifically to optimize in particular the application-relevant properties of the sensors according to the invention.
  • Suitable substituents are, in particular, halogen, NO 2 , alkyl having one to twenty C atoms, preferably methyl, alkoxy having one to twenty C atoms, carboxyalkyl having one to twenty C atoms, carbonylalkyl having one to twenty C atoms, or OCOO-alkyl having one to twenty carbon atoms.
  • the alkyl chains of these radicals may in turn be optionally substituted or by divalent hetero atoms or groups such as. B. -O-, -S-, -NH-, -COO-, -OCO- or -OCOO- be interrupted in non-adjacent positions.
  • Group c) monomers which have heteroatoms, such as.
  • Group d An increase in the refractive index of polymers can also be achieved by copolymerizing monomers containing carboxylic acid groups and conversion of the thus obtained "acidic" polymers into the corresponding salts with metals of higher atomic weight, such.
  • B preferably with K, Ca, Sr, Ba, Zn, Pb, Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Mn, Sn or Cd.
  • the abovementioned monomers which make a high contribution to the refractive index of the polymers produced therefrom, can be homopolymerized or copolymerized with one another. They can also be copolymerized with a certain proportion of monomers which make a smaller contribution to the refractive index.
  • Such copolymerizable monomers with a lower refractive index contribution are, for example, acrylates, methacrylates or vinyl ethers or vinyl esters with purely aliphatic radicals.
  • any bi- or polyfunctional compounds which are copolymerizable with the abovementioned monomers or which can subsequently react with the polymers with crosslinking can also be used as crosslinking agents for producing crosslinked polymer cores from radically produced polymers.
  • crosslinkers are presented, which are divided into groups for systematization:
  • Group 1 bisacrylates, bismethacrylates and bisvinyl ethers of aromatic or aliphatic di- or polydydroxy compounds in particular butanediol (butanediol di (meth) acrylate, butanediol bis-vinyl ether), hexanediol (hexanediol di (meth) acrylate, hexanediol bis-vinyl ether), pentaerythritol, hydroquinone, bis-hydroxyphenylmethane, bis-hydroxyphenyl ether, bis- hydroxymethylbenzene, bisphenol A or mti ethylene oxide spacers, Propylenoxidspacern or mixed Ethlenoxid- Propylenoxidspacern.
  • butanediol butanediol di (meth) acrylate, butanediol bis-vinyl ether
  • hexanediol he
  • crosslinkers of this group are z.
  • B. di- or polyvinyl compounds such as divinylbenzene or methylene-bisacrylamide, triallyl cyanurate, divinylethyleneurea, trimethylolpropane tri- (meth) acrylate, trimethylol propane tricinyl ether, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, pentaerythritol tetra- vinyl ether, and crosslinkers with two or several different reactive ends such.
  • R is hydrogen or methyl
  • Group 2 Reactive crosslinkers which are crosslinking, but largely postcrosslinking, z. As in heating or drying, and which are copolymerized in the core or shell polymers as copolymers.
  • Examples include: N-methylol (meth) acrylamide, acrylamidoglycolic acid and their ethers and / or esters with C 1 to C 6 alcohols, diacetone acrylamide (DAAM), glycidyl methacrylate (GMA),
  • DAAM diacetone acrylamide
  • GMA glycidyl methacrylate
  • Methacryloxypropyltrimethoxysilane (MEMO), vinyltrimethoxysilane, m-isopropenylbenzyl isocyanate (TMI).
  • Group 3 Carboxylic acid groups which have been incorporated into the polymer by copolymerization of unsaturated carboxylic acids are cross-linked via polyvalent metal ions. Acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride, itaconic acid and fumaric acid are preferably used as the unsaturated carboxylic acids. Suitable metal ions are Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Pb, Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Mn, Sn, Cd. Particularly preferred are Ca, Mg and Zn, Ti and Zr.
  • Group 4 post-crosslinked additives. This is understood to mean bis- or higher-functionalized additives which react irreversibly with the polymer (by addition or, preferably, condensation reactions) to form a network. Examples of these are compounds which have at least two of the following reactive groups per molecule: epoxide, aziridine, isocyanate-acid chloride, carbodiimide or carbonyl groups, furthermore z. B. 3,4-dihydroxy-imidazolinone and its derivatives (®Fixapret @ brands of BASF).
  • post crosslinkers with reactive groups such.
  • isocyanates react with alcohols to give urethanes, with amines to form urea derivatives, while epoxides react with these complementary groups to form hydroxyethem or hydroxyamines.
  • Postcrosslinking is also understood to mean photochemical curing, oxidative or air or moisture induced curing of the systems.
  • the abovementioned monomers and crosslinkers can be combined with one another in any desired manner and (co) polymerized in such a way that an optionally crosslinked (co) polymerisate can be polymerized with the desired refractive index and the required stability criteria and mechanical properties is obtained.
  • acrylates methacrylates, vinyl esters, butadiene, ethylene or styrene
  • copolymerize for example, to adjust the glass transition temperature or the mechanical properties of the core and / or sheath polymers as needed.
  • the coat it is likewise preferred according to the invention for the coat to be applied from organic polymers by grafting, preferably by emulsion polymerization or ATR polymerization.
  • the methods and monomers described above can be used accordingly.
  • the core when using inorganic cores, it may also be preferred that the core is subjected to a pre-treatment prior to the polymerization of the shell, which allows a tethering of the shell.
  • This can usually consist in a chemical functionalization of the particle surface, as is known for a wide variety of inorganic materials from the literature.
  • terminal double bonds, epoxy functions as well
  • the functionalization of hydroxyl-bearing surfaces with polymers is known, for example, from EP-A-337 144.
  • Other methods of modifying particle surfaces are well known to those skilled in the art and described, for example, in various textbooks, such as Unger, KK, Porous Silica, Elsevier Scientific Publishing Company (1979).
  • the sensors according to the invention can themselves be plastic sensors which are commercially available as end products.
  • the sensors are films suitable for coating surfaces.
  • a field of application of the sensor materials according to the invention are also decorative applications.
  • the sensor materials in textiles, such as clothing, in particular sports clothing can be integrated. For example, parts of sports shoes can be made from these materials.
  • the sensors are processed into pigments.
  • the pigments thus obtainable are particularly suitable for use in paints, lacquers, printing inks, plastics, ceramic materials, glasses and cosmetic formulations. These pigments show the above-discussed color effect under mechanical stress and can thus develop additional decorative effect.
  • they can also be used mixed with commercially available pigments, for example inorganic and organic absorption pigments, metallic effect pigments and LCP pigments.
  • the particles of the invention are also suitable for the preparation of pigment preparations and for the production of dry preparations, such as granules. Such pigment particles preferably have a platelet-shaped structure with an average particle size of 5 ⁇ m-5 mm.
  • the preparation of the pigments can be carried out, for example, by first producing a film from the core-shell particles which can optionally be cured. Subsequently, the film can be suitably cut or broken and possibly followed by grinding Be crushed pigments of suitable size. This process can be done for example in a continuous belt process.
  • the pigment according to the invention can then be used for pigmenting paints, powder coatings, paints, printing inks, plastics and cosmetic formulations, such as e.g. of lipsticks, nail polishes, cosmetic sticks, molding powders, make-ups, shampoos and loose powders and gels.
  • the concentration of the pigment in the application system to be pigmented is currently in progress! between 0.1 and 70 wt .-%, preferably between 0.1 and 50 wt .-% and in particular between 1, 0 and 20 wt .-%, based on the total solids content of the system. It is usually dependent on the specific application.
  • Plastics usually contain the pigment of the invention in amounts of 0.01 to 50 wt .-%, preferably from 0.01 to 25 wt .-%, in particular from 0.1 to 7 wt .-%, based on the plastic composition.
  • the pigment mixture is used in amounts of from 0.1 to 30% by weight, preferably from 1 to 10% by weight, based on the paint dispersion.
  • pigmentation of binder systems for example, for inks and printing inks for gravure printing, offset printing or screen printing, or as a precursor for printing inks, for example in the form of highly pigmented pastes, granules, pellets, etc., pigment mixtures with spherical colorants, such as T1O 2 Carbon black, chromium oxide, iron oxide and organic "color pigments.”
  • the pigment is generally incorporated into the printing ink in amounts of from 2 to 35% by weight, preferably from 5 to 25% by weight, and in particular from 8 to 20% by weight.
  • Offset printing inks may contain up to 40% by weight or more of the pigment
  • the precursors for the printing inks for example in granular form, as pellets, briquettes, etc., contain, in addition to the binder and additives, up to 95% by weight % of the pigment according to the invention Invention are therefore also formulations containing the pigment according to the invention.
  • SPS sodium peroxodisulfate
  • the polymers (weight 9,703 g) are mixed with 0.297 g of Crelan TM Ul (Bayer AG), 0.3% by weight (30 mg) of Licolub FA1 (demolding force reducer, Clariant GmbH) and 0.1% (10 mg ) carbon black N990 (Fa. Freudenberg) at 120 0 C and 80 rev / min, is extruded.
  • the extruded polymers are added in portions of about 4 g between
  • Films prepared in this way and yet uncrosslinked are then depressurized down to the PET film down on the pre-heated to 190 0 C plate of the Collin- laboratory press and for 5 or 10 min. leave there.
  • the thus crosslinked films are removed from the release film after cooling to room temperature.
  • the production of corresponding films for example, using Crelan TM VP LS 2007 and Crelan TM VP LS 2147 (Bayer AG) done.
  • FIG. 1 a it can be seen that the post-crosslinking of films gives them elastic properties up to an elongation of more than 300%. In comparison, the elastic range of uncrosslinked films is only pronounced to strains below 20% ( Figure 1 b). At expansions above 20%, the uncrosslinked film reaches the so-called plastic area and does not return to its original position when the stretching force is removed. Furthermore, in contrast to the uncrosslinked film, the crosslinked film does not flow when the stretching force is applied for a longer time.
  • a crude polymer (core-shell particles of polystyrene core, on which an intermediate layer of p (MMA-co-ALMA) is grafted a random copolymer coat of ethyl acrylate with 10 wt% methyl methacrylate), with 2 wt .-% benzophenone and 0.2 wt .-% Licolub FA-1 (Entformungskrafterniedriger, Fa. Clariant GmbH) in the extruder at 12O 0 C compounded.
  • the compound is in a Collin laboratory press at a hydraulic pressure of 50 bar between two to 13O 0 C. preheated press plates pressed into a film over 4 minutes. The press plates are depressurized to room temperature before the film is removed. Subsequently, the film is irradiated at a distance of 10 cm over a period of 20 minutes with an incandescent lamp Osram Ultra Vitalux 300 Watt.
  • FIGS. 3 to 5 show diagrams of tensile-strain measurements of various films produced analogously to Example 2. Before the measurement, specimens were punched out of the films and then uniaxially measured in the longitudinal direction using a tensile tester Zwick Z020 at a constant tensile speed of 20 mm / min.
  • Figure 1 Tensile stress-strain diagrams of films according to Example 1.
  • the crosslinked film ( Figure 1a) has a much larger elastic range (up to about 300% elongation).
  • the elastic region of the unvarnished film ( Figure 1 b) is very narrow; from about 20% elongation, there is a non-linear behavior here, which turns into a tile instead.
  • Ul stands for a sample prepared using Crelan TM Ul, VP LS 2007 for a sample prepared using Crelan TM VP LS 2007 and VP LS 2147 for a sample made using Crelan TM VP LS 2147 (all Fa. Bayer AG) was produced. 5 min or 10 min refers to the time during the crosslinking took place.
  • FIG. 2 Transmission spectrum of a photochemically crosslinked film mixed with 2% by weight of benzophenone (according to Example 2) at different elongation states ( ⁇ indicates the percentage elongation in relation to the original film length). The spectrum was recorded with a UV / VIS spectrometer Perkin Elmer Lambda 900.
  • Example 3 shows a diagram of tensile-strain measurements of various films produced analogously to Example 2 (1% by weight of benzophenone, irradiation duration: 5, 10, 15 or 20 minutes). Measured from the films test specimens were uniaxial on a Zwick Z020 tensile tester with a constant tensile speed of 20 mm / min in the longitudinal direction.
  • Example 4 Diagram of tensile-strain measurements of various films produced analogously to Example 2 (2% by weight of benzophenone, irradiation duration: 5, 10, 15 or 20 minutes). Measured were The test pieces punched out on the films were uniaxially stretched on a tensile tester Zwick Z020 at a constant tensile speed of 20 mm / min in the longitudinal direction.
  • Example 5 shows a diagram of tensile-strain measurements of various films prepared analogously to Example 2 (5% by weight of benzophenone, irradiation duration: 5, 10, 15 or 20 minutes). Measured from the films test specimens were uniaxial on a Zwick Z020 tensile tester with a constant tensile speed of 20 mm / min in the longitudinal direction.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to the use of shaped bodies for detecting mechanical forces. These bodies are essentially composed of core-shell particles comprising a shell which forms a matrix and which is connected to the core via an intermediate layer, and a core which is essentially solid and has an essentially monodisperse size distribution, the refractive index of the core material being different from that of the shell material and the shell matrix being an elastomer. The invention also relates to corresponding sensors and to methods for producing them.

Description

Dehnungs- und Stauchungssensor Strain and compression sensor

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Kern-Mantel-Partikeln zur Herstellung von Sensoren zur Detektion von mechanischer Krafteinwirkung, sowie entsprechende Sensoren zur Detektion von mechanischer Krafteinwirkung und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Sensoren.The invention relates to the use of core-shell particles for the production of sensors for the detection of mechanical force, as well as corresponding sensors for the detection of mechanical force and a method for producing such sensors.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Methoden zur Detektion von mechanischen Krafteinwirkungen bekannt. Insbesondere die Messung von Dehnungs- bzw. Stauchungsvorgängen, sowie die Bestimmung von Druck sind Anforderungen, die in der Praxis häufig gestellt werden. Übliche Detektionssysteme dieser mechanischen Einflüsse basieren meist auf MEMS (micro electro mechanical Systems) und stellen RC-Resonanzkreise dar. Neben veränderlichen Resonanzfrequenzen zur Detektion können Sensoren die Veränderungen von Widerständen nutzen, um mechanische Kraftwirkungen sichtbar zu machen. So wird beispielsweise in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-O 469 336 ein resistiver Drucksensor beschrieben. Dabei werden zwei oder vier ohmsche Widerstände auf einer Membran so angebracht, dass die randnächsten Widerstände außerhalb des Membranbereichs liegen, in dem maximale Dehnung oder Stauung zu erwarten ist. Ein Sensor aus leitfähigen Polymerpartikeln ist in dem US Patent US-B-6, 276,214 beschrieben. Das Composite-Material, aus dem der Sensor aufgebaut ist, besteht aus Polymeren und einzelnen leitfähigen Partikeln, die in diesen Polymeren dispergiert sind. Die Druckwirkung verändert den Abstand zwischen diesen leitfähigen Partikeln und entsprechend ändert sich der elektrische Widerstand des Sensors. Aus der Widerstandsveränderung lässt sich die Stärke des Druckes berechnen.Numerous methods for detecting mechanical forces are known from the prior art. In particular, the measurement of strain or compression processes, as well as the determination of pressure are requirements that are frequently made in practice. Conventional detection systems of these mechanical influences are mostly based on MEMS (microelectromechanical systems) and represent RC resonant circuits. In addition to variable resonance frequencies for detection, sensors can use the changes of resistances to make mechanical force effects visible. For example, European patent application EP-A-0 469 336 describes a resistive pressure sensor. Two or four ohmic resistors are mounted on a membrane in such a way that the resistances closest to the edge lie outside the membrane area in which maximum elongation or stagnation is to be expected. A sensor of conductive polymer particles is described in US Pat. No. 6,276,214. The composite material from which the sensor is constructed consists of polymers and individual conductive particles dispersed in these polymers. The pressure effect changes the distance between these conductive particles and, correspondingly, the electrical resistance of the sensor changes. From the change in resistance, the strength of the pressure can be calculated.

In der Internationalen Patentanmeldung WO 03/064988 wird die Verwendung von Kern-Mantel-Partikeln, deren Mantel eine Matrix bildet und deren Kern im wesentlichen fest ist und eine im wesentlichen monodisperse Größenverteilung aufweist, wobei ein Unterschied zwischen den Brechungsindices des Kernmaterials und des Mantelmaterials besteht, zur Herstellung von Sensoren zur Detektion von mechanischer Krafteinwirkung beschrieben.International Patent Application WO 03/064988 discloses the use of core-shell particles whose shell forms a matrix and whose core is substantially solid and has a substantially monodisperse size distribution, with a difference between the refractive indices of the core material and the cladding material . for the production of sensors for the detection of mechanical force described.

Bei den Filmen gemäß WO 03/064988 ist die Matrix, welche aus den Mantelpolymeren gebildet wird, lediglich durch Verschlaufung mechanisch fixiert. Wirkt eine dehnende Kraft länger ein, so kann es dazu kommen, dass diese Verschlaufungen aufgelöst werden und das Material einen Weißbruch erleidet und auseinanderfliesst. Die elastische Verformung findet nur in einem kleinen Dehnungsbereich statt, so dass sich die in WO 03/064988 beschriebenen Sensoren nur bedingt für repetitive Anwendungen eignen.In the case of the films according to WO 03/064988, the matrix which is formed from the shell polymers is mechanically fixed only by entanglement. If a stretching force acts for a longer time, it can happen that these entanglements are dissolved and the material suffers a white fracture and then flows apart. The elastic deformation takes place only in a small strain area, so that the sensors described in WO 03/064988 are only partially suitable for repetitive applications.

Jetzt wurde gefunden, dass Sensoren mit verbesserten Eigenschaften erhalten werden können, wenn die Mantelmatrix ein Elastomer ist.It has now been found that sensors with improved properties can be obtained when the shell matrix is an elastomer.

Folglich ist ein erster Gegenstand der vorliegenden Anmeldung die Verwendung von Formkörpern im wesentlichen bestehend aus Kern- Mantel-Partikeln, deren Mantel eine Matrix bildet und deren Mantel mit dem Kern über eine Zwischenschicht verbunden ist und deren Kern im wesentlichen fest ist und eine im wesentlichen monodisperse Größenverteilung aufweist und bei denen ein Unterschied zwischen den Brechungsindices des Kernmaterials und des Mantelmaterials besteht, wobei die Mantelmatrix ein Elastomer ist, zur Detektion von mechanischer Krafteinwirkung.Consequently, a first subject of the present application is the use of moldings consisting essentially of core-shell particles whose shell forms a matrix and whose shell is connected to the core via an intermediate layer and the core is substantially solid and a substantially monodisperse Having size distribution and in which there is a difference between the refractive indices of the core material and the cladding material, wherein the cladding matrix is an elastomer, for the detection of mechanical force.

Dabei handelt es sich bei der Mantelmatrix im Sinne der vorliegenden Erfindung dann um ein Elastomer, wenn die Dehnung bis zu einer Dehnung um mindestens 50 %, vorzugsweise um mindestens 100 % und insbesondere bevorzugt um mindestens 200 %, jeweils bezogen auf die ursprüngliche Länge, proportional zur einwirkenden Kraft ist. Erreicht werden können diese elastomeren Eigenschaften beispielsweise dann, wenn die Mantel matrix vernetzt ist. Durch die Vernetzung werden stabile, chemische Fixierungspunkte zwischen den Polymerketten verschiedener Kem-Mantel-Partikel gebildet, wodurch die Mantelmatrix ein Elastomer wird. Daher ist die Mantelmatrix in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung chemisch vernetzt.For the purposes of the present invention, the shell matrix is then an elastomer if the expansion is proportional to an elongation of at least 50%, preferably at least 100% and particularly preferably at least 200%, in each case based on the original length to the acting force. These elastomeric properties can be achieved, for example, when the cladding matrix is crosslinked. The cross-linking forms stable, chemical fixation points between the polymer chains of different core-shell particles, whereby the shell matrix becomes an elastomer. Thus, in a preferred embodiment of the present invention, the shell matrix is chemically crosslinked.

In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform werden die Kem- Mantel-Partikel vor Ihrer erfindungsgemäßen Verwendung zu Sensoren, insbesondere Folien oder Spritzgußlingen verarbeitet.In a preferred embodiment according to the invention, the core-shell particles are processed prior to their use according to the invention to form sensors, in particular films or injection-molded articles.

Die Verwendung von Folien im wesentlichen bestehend aus Kem-Mantei- Partikeln, deren Mantel eine Matrix bildet und deren Mantel mit dem Kern über eine Zwischenschicht verbunden ist und deren Kern im wesentlichen fest ist und eine im wesentlichen monodisperse Größenverteilung aufweist und ein Unterschied zwischen den Brechungsindices des Kernmaterials und des Mantelmaterials besteht, wobei die Mantelmatrix ein Elastomer ist, zur Detektion von mechanischer Krafteinwirkung ist folglich ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Dabei werden die Folien in einer bevorzugten Erfindungsvariante als Oberflächenbeschichtung zur Detektion von mechanischer Kraftein Wirkung an Bauteilen eingesetzt.The use of films consisting essentially of Kem-Mantei particles whose shell forms a matrix and whose jacket is connected to the core via an intermediate layer and the core is substantially solid and has a substantially monodisperse size distribution and a difference between the refractive indices of the core material and the cladding material, wherein the cladding matrix is an elastomer, for detection of mechanical force is therefore a further object of the present invention. The films are used in a preferred variant of the invention as a surface coating for the detection of mechanical force acting on components.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Sensor bzw. ein Formkörper geeignet zur Detektion von mechanischer Krafteinwirkung im wesentlichen bestehend aus Kem-Mantel-Partikeln, deren Mantel eine Matrix bildet und deren Mantel mit dem Kern über eine Zwischenschicht verbunden ist und deren Kern im wesentlichen fest ist und eine im wesentlichen monodisperse Größenverteilung aufweist, wobei ein Unterschied zwischen den Brechungsindices des Kernmaterials und des Mantelmaterials besteht, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mantelmatrix ein Elastomer ist. Im folgenden werden mit der Bezeichnung "Sensor" sowohl die Sensoren gemeint, die ausdrücklich Gegenstand der Erfindung sind, als auch solche, die sich ergeben, wenn Formkörper bzw. Kern-Mantel-Partikel nach der oben gegebenen Definition erfindungsgemäß verwendet werden.Another object of the present invention is a sensor or a shaped body suitable for the detection of mechanical force substantially consisting of core-shell particles whose shell forms a matrix and whose jacket is connected to the core via an intermediate layer and the core substantially is fixed and has a substantially monodisperse size distribution, wherein there is a difference between the refractive indices of the core material and the cladding material, which is characterized in that the cladding matrix is an elastomer. In the following, the term "sensor" means both the sensors, which are expressly the subject of the invention, as well as those which result when shaped bodies or core-shell particles are used according to the above definition according to the invention.

Kern-Mantel-Partikel, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, sind an sich bekannt.Core-shell particles which can be used according to the invention are known per se.

Aus der Deutschen Patentanmeldung DE-A-10145450 sind Formkörper mit optischem Effekt bekannt, die im wesentlichen aus Kem-Mantel-Partikeln, deren Mantel eine Matrix bildet und deren Kern im wesentlichen fest ist und eine im wesentlichen monodisperse Größenverteilung aufweist bestehen. Dabei unterscheiden sich die Brechungsindices des Kernmaterials und des Mantelmaterials, wodurch besagter optischer Effekt, vorzugsweise eine Opaleszenz entsteht. Vorzugsweise ist in diesen Formkörpern der Kern mit dem Mantel über eine Zwischenschicht verbunden.From the German patent application DE-A-10145450 moldings are known with optical effect, consisting essentially of core-shell particles whose shell forms a matrix and the core is substantially solid and have a substantially monodisperse size distribution. In this case, the refractive indices of the core material and the cladding material differ, as a result of which said optical effect, preferably an opalescence, is produced. Preferably, in these moldings, the core is connected to the jacket via an intermediate layer.

Der hier erfindungsgemäß ausgenutzte Effekt ist dabei die Veränderung der Farbe des Sensors bei Elongation oder Stauchung des Sensormaterials. Wie aus WO 03/064988 bekannt, bilden die Kern-Mantel- Partikel bei der erfindungsgemäßen Verwendung bzw. in den erfindungsgemäßen Sensoren ein sogenanntes Kolloidal-Kristallines Gitter aus. Es handelt sich dabei um eine dichte bzw. dichteste Packung der Kern-Mantel-Partikel bzw. der Kerne in der Mantel-Matrix. Die beobachtete Farbe der Sensoren wird durch die Gitterabstände dieses Kolloid-Kristalles bestimmt. Bei Dehn- bzw. Stauchvorgängen verändern sich diese Abstände und damit die beobachtete Farbe.The effect exploited here according to the invention is the change in the color of the sensor during elongation or compression of the sensor material. As known from WO 03/064988, the core-shell particles in the use according to the invention or in the sensors according to the invention form a so-called colloidal-crystalline lattice. It is a dense or densest packing of the core-shell particles or cores in the shell matrix. The observed color of the sensors is determined by the lattice spacings of this colloidal crystal. During stretching or compression processes, these distances and thus the observed color change.

Erfindungsgemäß ist es dabei weiterhin bevorzugt, wenn in die Mantelmatrix der Formkörper bzw. Sensoren mindestens ein Kontrastmaterial eingelagert wird. Dieses Kontrastmaterial verstärkt den optischen Effekt der Kern-Mantθl-Partikel bei Krafteinwirkung und erleichtert so die optische Detektion.According to the invention, it is further preferred if at least one contrast material is incorporated into the jacket matrix of the molded bodies or sensors. This contrast material reinforces the optical effect of the core-Mantθl particles under force and thus facilitates the optical detection.

Die vorzugsweise eingelagerten Kontrastmaterialien bewirken eine Zunahme von Brillianz, Kontrast und Tiefe der beobachteten Farbeffekte bei den erfindungsgemäßen Sensoren. Unter Kontrastmaterialien werden dabei erfindungsgemäß alle Materialien verstanden, die eine solche Verstärkung des optischen Effektes bewirken. Üblicherweise handelt es sich bei diesen Kontrastmaterialien um farbgebende Mittel, wie Pigmente und / oder Farbstoffe.The preferably stored contrast materials cause an increase in brilliance, contrast and depth of the observed color effects in the sensors according to the invention. Under contrast materials are understood according to the invention, all materials that cause such a gain of the optical effect. Usually these contrast materials are coloring agents, such as pigments and / or dyes.

Dabei wird unter Pigmenten im Sinne der vorliegenden Erfindung jede feste Substanz verstanden, die im sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichtes einen optischen Effekt zeigt. Dabei werden erfindungsgemäß insbesondere solche Substanzen als Pigmente bezeichnet, die der Definition von Pigmenten nach DIN 55943 bzw. DIN 55945 entsprechen. Gemäß dieser Definition handelt es sich bei einem Pigment um ein in dem Anwendungsmedium praktisch unlösliches, anorganisches oder organisches, buntes oder unbuntes Farbmittel. Dabei können erfindungsgemäß sowohl anorganische als organische Pigmente eingesetzt werden.For the purposes of the present invention, pigments are understood to mean any solid substance which exhibits an optical effect in the visible wavelength range of the light. According to the invention, in particular those substances are referred to as pigments which correspond to the definition of pigments according to DIN 55943 or DIN 55945. According to this definition, a pigment is a virtually insoluble, inorganic or organic, colored or achromatic colorant in the application medium. In this case, both inorganic and organic pigments can be used according to the invention.

Nach ihrer physikalischen Funktionsweise lassen sich Pigmente in Absorptionspigmente und Glanzpigmente einteilen. Bei Absorptionspigmenten handelt es sich um solche Pigmente, die zumindest einen Teil des sichtbaren Lichtes absorbieren und daher einen Farbeindruck hervorrufen und im Extremfall schwarz erscheinen. Glanzpigmente sind nach DIN 55943 beziehungsweise DIN 55944 solche Pigmente, bei denen durch gerichtete Reflexion an überwiegend flächig ausgebildeten und ausgerichteten metallischen oder stark lichtbrechenden Pigmentteilchen Glanz-Effekte entstehen. Als Interferenzpigmente werden entsprechend dieser Normen solche Glanzpigmente bezeichnet, deren farbgebende Wirkung ganz oder vorwiegend auf dem Phänomen der Interferenz beruht. Dies sind insbesondere so genannte Perlmutter- Pigmente oder feuergefärbte Metallbronzen. Von wirtschaftlicher Bedeutung unter den Interferenzpigmenten sind insbesondere auch die Perlglanzpigmente, die aus farblosen, transparenten und hoch lichtbrechenden Plättchen bestehen. Sie erzeugten nach Orientierung in einer Matrix einen weichen Glanzeffekt, der als Perlglanz bezeichnet wird. Beispiele für Peilglanzpigmente sind Guanin-haltiges Fischsilber, Pigmente auf Basis von Bleicarbonaten, Bismuthoxidchlorid oder Titandioxid- Glimmer. Insbesondere die Titandioxid-Glimmer, die sich durch mechanische, chemische und thermische Stabilität auszeichnen, werden häufig zu dekorativen Zwecken eingesetzt.According to their physical mode of operation, pigments can be classified into absorption pigments and luster pigments. Absorption pigments are those pigments which absorb at least part of the visible light and therefore cause a color impression and in extreme cases appear black. Luster pigments according to DIN 55943 or DIN 55944 are those pigments in which gloss effects are produced by directional reflection on predominantly flat-shaped and aligned metallic or strongly refractive pigment particles. As interference pigments according to these standards, such luster pigments are called, whose coloring effect entirely or predominantly based on the phenomenon of interference. These are in particular so-called nacreous pigments or fire-colored metal bronzes. Of particular economic importance among the interference pigments are the pearlescent pigments, which consist of colorless, transparent and highly refractive platelets. After orientation in a matrix, they produced a soft gloss effect called pearlescent. Examples of reflective pigments are guanine-containing fish silver, pigments based on lead carbonates, bismuth oxychloride or titanium dioxide mica. In particular, the titanium dioxide mica, which are characterized by mechanical, chemical and thermal stability, are often used for decorative purposes.

Erfindungsgemäß können sowohl Absorptions-, als auch Glanz-Pigmente eingesetzt werden, wobei insbesondere auch Interferenzpigmente eingesetzt werden können. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere zur Steigerung der Intensität der optischen Effekte die Verwendung von Absorptionspigmenten bevorzugt ist. Dabei können sowohl Weiß- als auch Färb- oder Schwarzpigmente eingesetzt werden, wobei die Bezeichnung Farbpigmente alle Pigmente meint, die einen anderen Farbeindruck als weiß oder schwarz ergeben, wie beispielsweise Heliogen™ Blau K 6850 (Fa. BASF, Cu-phthalocyanin-Pigment), Heliogen™ Grün K 8730 (Fa. BASF, Cu-phthalocyanin-Pigment), Bayferrox™ 105 M (Fa. Bayer, eisenoxid-basiertes Rotpigment) oder Chromoxidgrün GN-M (Fa. Bayer, chromoxid-basiertes Grünpigment). Aufgrund . der erzielten Farbeffekte wiederum bevorzugt sind unter den Absorptionspigmenten die Schwarzpigmente. Beispielsweise sind hier pigmentärer Russ (z.B. die Carbon Black-Produktlinie der Firma Degussa (insbesondere Purex™ LS 35 bzw. Corax™ N 115)) Flammruß, sowie Eisenoxidschwarz, Manganschwarz sowie Cobaltschwarz und Antimonschwarz zu nennen. Auch schwarze Glimmer-Qualitäten können vorteilhaft als Schwarz- Pigment eingesetzt werden (z. B. Iriodin™ 600, Fa. Merck; Eisenoxid beschichteter Glimmer).Both absorption and gloss pigments can be used according to the invention, it also being possible to use interference pigments in particular. It has been shown that the use of absorption pigments is particularly preferred for increasing the intensity of the optical effects. Both white and color or black pigments can be used, the term color pigments meaning all pigments which give a different color impression than white or black, for example Heliogen ™ Blue K 6850 (from BASF, Cu phthalocyanine pigment) , Heliogen ™ Green K 8730 (BASF, Cu phthalocyanine pigment), Bayferrox ™ 105 M (Bayer, iron oxide-based red pigment) or chrome oxide green GN-M (Bayer, chromium oxide-based green pigment). Due. The color effects achieved are again preferred among the absorption pigments, the black pigments. For example, pigmentary carbon black (for example the Degussa carbon black product line (in particular Purex ™ LS 35 or Corax ™ N 115)) is flame black, as well as iron oxide black, manganese black, cobalt black and antimony black. Black mica qualities can also be used advantageously as black Pigment (eg Iriodin ™ 600, Merck, iron oxide coated mica).

Es hat sich gezeigt, dass es erfindungsgemäß von Vorteil ist, wenn die Teilchengröße des mindestens einen Kontrastmaterials mindestens doppelt so groß ist, wie die Teilchengröße des Kernmaterials. Sind die Teilchen des Kontrastmaterials kleiner, so werden nur unzureichende optische Effekte erzielt. Es wird vermutet, dass kleinere Teilchen die Ausordnung der Kerne in der Matrix stören und eine Veränderung der sich bildenden Gitter bewirken. Die erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzten Teilchen von mindestens doppelter Größe der Kerne wechselwirken mit dem aus den Kernen gebildeten Gitter nur lokal. Elektronenmikroskopische Aufnahmen (siehe auch Beispiel 3) belegen, dass die eingelagerten Partikel das Gitter aus Kemteilchen nicht, oder nur wenig stören. Dabei ist mit der Teilchengröße der Kontrastmaterialien, die als Pigmente häufig auch plättchenförmig sind, die jeweils größte Ausdehnung der Teilchen gemeint. Wenn plättchenförmige Pigmente eine Dicke im Bereich der Teüchengröße der Kerne aufweisen und oder sogar unterhalb davon, stört dies die Gitterordnungen nach vorliegenden Untersuchungen nicht. Es hat sich auch gezeigt, dass die Form der eingelagerten Kontrastmaterialpartikel keinen, oder nur geringen Einfluss auf den optischen Effekt hat. Es können erfindungsgemäß sowohl kugelförmige als auch plättchenförmige und nadeiförmige Kontrastmaterialien eingelagert werden. Von Bedeutung scheint lediglich die absolute Teilchengröße im Verhältnis zur Teilchengröße der Kerne zu sein. Daher ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die Teilchengröße des mindestens einen Kontrastmaterials mindestens doppelt so groß ist, wie die Teilchengröße des Kernmaterials, wobei die Teilchengröße des mindestens einen Kontrastmaterials vorzugsweise mindestens viermal so groß ist, wie die Teilchengröße des Kernmaterials, da dann die beobachtbaren Wechselwirkungen noch geringer sind. Eine sinnvolle Obergrenze der Teilchengröße der Kontrastmaterialien ergibt sich aus der Grenze, bei der die einzelnen Partikel selbst sichtbar werden oder aufgrund ihrer Teilchengröße die mechanischen Eigenschaften des Sensors beeinträchtigen. Die Bestimmung dieser Obergrenze bereitet dem Fachmann keinerlei Schwierigkeiten.It has been found that it is advantageous according to the invention if the particle size of the at least one contrast material is at least twice as large as the particle size of the core material. If the particles of the contrast material are smaller, only insufficient optical effects are achieved. It is believed that smaller particles interfere with the alignment of the nuclei in the matrix and cause a change in the forming lattices. The particles of at least twice the size of the cores which are preferably used according to the invention interact only locally with the grating formed from the cores. Electron micrographs (see also Example 3) show that the embedded particles do not disturb the lattice of Kemteilchen, or only slightly. In this case, the particle size of the contrast materials, which are often also platelet-shaped pigments, means the respectively greatest extent of the particles. If platelet-shaped pigments have a thickness in the range of the particle size of the cores and / or even below it, this does not disturb the lattice orders according to available investigations. It has also been shown that the shape of the incorporated contrast material particles has no or only little influence on the optical effect. According to the invention, both spherical and platelet-shaped and needle-shaped contrast materials can be incorporated. Of importance only seems to be the absolute particle size in relation to the particle size of the cores. Therefore, it is inventively preferred if the particle size of the at least one contrast material is at least twice as large as the particle size of the core material, wherein the particle size of the at least one contrast material is preferably at least four times as large as the particle size of the core material, since then the observable interactions even lower. A reasonable upper limit of the particle size of the contrast materials results from the limit at which the individual particles themselves become visible or impair the mechanical properties of the sensor due to their particle size. The determination of this upper limit presents no difficulty for the skilled person.

Von Bedeutung für den erfindungsgemäß erwünschten Effekt ist außerdem die Menge an Kontrastmaterial, die eingesetzt wird. Es hat sich gezeigt, dass Effekte üblicherweise beobachtet werden, wenn mindestens 0,02 Gew.-% Kontrastmaterial, bezogen auf das Gewicht des Sensors eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Sensor mindestens 0,05 Gew.-% und insbesondere bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-% Kontrastmaterial enthält, da diese erhöhten Gehalte an Kontrastmaterial erfindungsgemäß in der Regel auch zu intensiveren Effekten führen.Of importance for the present invention desired effect is also the amount of contrast material that is used. It has been found that effects are usually observed when at least 0.02% by weight of contrast material, based on the weight of the sensor, is used. It is particularly preferred if the sensor contains at least 0.05% by weight and more preferably at least 0.2% by weight of contrast material, since these increased contents of contrast material according to the invention as a rule also lead to more intensive effects.

Umgekehrt beeinträchtigen größere Mengen an Kontrastmaterial unter Umständen die Verarbeitungseigenschaften der Kern/Mantel-Partikel und erschweren so die Herstellung erfindungsgemäßer Sensoren. Darüber hinaus wird erwartet, dass oberhalb eines gewissen Anteils von Kontrastmaterial, der vom jeweiligen Material abhängt, die Ausbildung des Gitters aus Kern-Partikeln gestört wird und sich vielmehr orientierte Kontrastmaterialschichten bilden. Daher ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn der Sensor maximal 20 Gew.-% Kontrastmaterial, bezogen auf das Gewicht des Sensors, enthält, wobei es besonders bevorzugt ist, wenn der Sensor maximal 12 Gew.-% und insbesondere bevorzugt maximal 5 Gew.- % Kontrastmaterial enthält.Conversely, larger amounts of contrast material may affect the processing properties of the core / shell particles and thus complicate the production of sensors according to the invention. Moreover, it is expected that above some level of contrast material that depends on the particular material, the formation of the lattice of core particles will be disturbed, forming oriented contrast material layers. Therefore, it is preferred according to the invention if the sensor contains a maximum of 20% by weight of contrast material, based on the weight of the sensor, and it is particularly preferred if the sensor has a maximum of 12% by weight and particularly preferably not more than 5% by weight. Contains contrast material.

In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es jedoch auch bevorzugt sein, wenn die Sensoren möglichst große Mengen an Kontrastmaterial enthalten bzw. den Kern-Mantel-Partikel möglichst große Mengen Kontrastmaterial beigemischt werden. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn das Kontrastmaterial gleichzeitig die mechanische Festigkeit des Sensors erhöhen soll.In a particular embodiment of the present invention, however, it may also be preferred for the sensors to contain as large amounts of contrast material as possible or for the core-shell particles as much as possible large quantities of contrast material are added. This is especially the case when the contrast material is to simultaneously increase the mechanical strength of the sensor.

Die erfindungsgemäßen Sensoren bzw. erfindungsgemäß zu verwendenden Formkörper können im wesentlichen analog zu dem in der Deutschen Patentanmeldung DE-A-10145450 beschriebenen Verfahren erhalten werden, wobei durch geeignete Maßnahmen sichergestellt werden muss, dass die Mantelmatrix ein Elastomer ist.The sensors according to the invention or moldings to be used according to the invention can be obtained essentially analogously to the method described in German Patent Application DE-A-10145450, whereby it must be ensured by suitable measures that the jacket matrix is an elastomer.

In einer bevorzugten Erfindungsvariante erfolgt dies - wie oben beschrieben - durch Vernetzung der Mantelmatrix.In a preferred variant of the invention, this takes place - as described above - by crosslinking of the cladding matrix.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern im wesentlichen bestehend aus Kern-Mantel-Partikeln mit elastomerem Mantel bzw. zur Herstellung von Sensoren zur Detektion von mechanischer Krafteinwirkung, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem Schritt a) Kern-Mantel-Partikel, deren Mantel eine Matrix bildet und deren Kern im wesentlichen fest ist und eine im wesentlichen monodisperse Größenverteilung aufweist, wobei ein Unterschied zwischen den Brechungsindices des Kernmaterials und des Mantelmaterials besteht, mit einem Vemetzungshilfsmittel vermischt werden, und das Gemisch in einem Schritt b) bei einer Temperatur bei welcher der Mantel fließfähig ist einer mechanischen Kraft ausgesetzt wird, und in einem Schritt c) eine chemische Vernetzung des Mantels erfolgt.Another object of the present invention is therefore a process for the production of moldings consisting essentially of core-shell particles with elastomeric jacket or for the production of sensors for the detection of mechanical force, which is characterized in that in a step a) core Clad particles whose cladding forms a matrix and whose core is substantially solid and has a substantially monodisperse size distribution with a difference between the indices of refraction of the core material and the cladding material, mixed with a crosslinking aid, and the mixture in one step b) at a temperature at which the shell is flowable is subjected to a mechanical force, and in a step c) a chemical crosslinking of the shell takes place.

Dabei kann die Vernetzung nach an sich bekannten Methoden, beispielsweise durch thermisch-induziert oder Licht-induziert erfolgen.In this case, the crosslinking can be carried out by methods known per se, for example by thermally-induced or light-induced.

In einer bevorzugten Erfindungsvariante erfolgt die Vernetzung thermisch induziert. Dabei ist es wiederum bevorzugt, wenn der Mantel der Kern- Mantel-Partikel freie Cyanat-, Isothiocyanat-, Amino-, Epoxid-, Isocyanat- oder Hydroxy-Gruppθn aufweist und als Vernetzungshilfsmittel ein (Poly)lsocyanat, (Poly)Amin oder (Poly)Epoxid eingesetzt wird. Dabei wird das Vernetzungshilfsmittel so ausgewählt, dass es mit den reaktiven, komplementären freien funktionellen Gruppen nachIn a preferred variant of the invention, the crosslinking takes place thermally induced. It is again preferred if the shell of the core-shell particles contains free cyanate, isothiocyanate, amino, epoxide, isocyanate or Hydroxy-Gruppθn and is used as a crosslinking aid, a (poly) isocyanate, (poly) amine or (poly) epoxide. The crosslinking agent is selected so that it reacts with the reactive, complementary free functional groups

Polyadditionsmechanismen vernetzen kann. Insbesondere bevorzugt ist erfindungsgemäß daher die Kombination von freien Hydroxy-Gruppen im Mantel mit (Poly)lsocyanaten als Vemetzungshilfsmittel. Insbesondere bevorzugt ist es dabei, wenn der Mantel von einem Copolymeren gebildet wird, das Hydroxyalkyl(meth)acrylat-Einheiten, wie Hydroxyethylacrylat (HEA), Hydroxyethylmethacrylat (HEMA) oder Hydroxybutylmethacrylat (HBMA) enthält. Als Vernetzungshilfsmittel eignen sich dabei insbesondere geschützte (Poly)lsocyanate, die im Handel auch als Polyisocyanat-Härter bezeichnet werden, und beispielsweise von der Firma Bayer unter dem Handelsnamen Crelan® vertrieben werden.Can crosslink polyaddition mechanisms. The combination of free hydroxyl groups in the shell with (poly) isocyanates as crosslinking assistant is therefore particularly preferred according to the invention. In this case, it is particularly preferred if the jacket is formed by a copolymer which contains hydroxyalkyl (meth) acrylate units, such as hydroxyethyl acrylate (HEA), hydroxyethyl methacrylate (HEMA) or hydroxybutyl methacrylate (HBMA). As crosslinking agents are in particular protected (poly) suitable isocyanates which are also referred to in the trade as polyisocyanate curing agent, and are sold for example by Bayer under the trade name Crelan ®.

Als Polyisocyanate können dabei aliphatische bzw. cycloaliphatische und aromatische Isocyanate eingesetzt werden. Als aliphatische und cycloaliphatische Isocyanate werden insbesondere Hexamethylen- diisocyanat, Isophorondiisocyanat und 1 ,4-Cyclohexyldiisocyanat verwendet. Die aromatischen Polyisocyanate weisen aufgrund des aromatischen Restes eine höhere Reaktivität gegenüber Hydroxylgruppen auf und werden daher besonders bevorzugt eingesetzt. Die wichtigsten Vertreter sind Toluylendiisocyanat, 4,4I-Methylendiphenyldiisocyanat und 1 ,5-Naphthalendiisocyanat.Aliphatic or cycloaliphatic and aromatic isocyanates can be used as polyisocyanates. As aliphatic and cycloaliphatic isocyanates in particular hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate and 1, 4-cyclohexyl diisocyanate are used. The aromatic polyisocyanates have a higher reactivity towards hydroxyl groups due to the aromatic radical and are therefore used with particular preference. The most important representatives are toluene diisocyanate, 4,4 I -Methylendiphenyldiisocyanat and 1, 5-naphthalene.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist es dabei, wenn die Isocyanat-Funktion in den Isocyanaten in geschützter bzw. blockierter Form vorliegt. Eine geeignete Schutzgruppe ist dabei insbesondere ε-Caprolactam. Blockiert können die Isocyanat-funktionen auch dadurch sein, dass Di- oder Oligomere der Isocyanat-Verbindungen vorliegen. So kann beispielsweise Isophorondiisocyanat als Dimer blockiert sein. In einer anderen Variante der vorliegenden Erfindung erfolgt die Induktion der Vernetzung mittels Lichtquanten, vorzugsweise mit Energien im Bereich der UV- und/oder VIS-Strahlung. Als Vemetzungshilfsmittel wird dabei vorzugsweise mindestens ein Photoinitiator, vorzugsweise des Typs Il eingesetzt.According to the invention, it is preferred if the isocyanate function is present in the isocyanates in protected or blocked form. A suitable protective group is in particular ε-caprolactam. The isocyanate functions may also be blocked by the presence of di- or oligomers of the isocyanate compounds. For example, isophorone diisocyanate may be blocked as a dimer. In another variant of the present invention, the induction of the crosslinking takes place by means of light quanta, preferably with energies in the range of UV and / or VIS radiation. As a crosslinking agent is preferably at least one photoinitiator, preferably of the type Il used.

Bei der Bindungsspaltung durch Lichtenergie können im Vergleich zur thermisch-induzierten Vernetzung auch stabilere Bindungen dissoziativ gespalten werden. So haben beispielsweise UV Photonen einer Wellenlänge von 300 nm eine Energie von 400 kJ/mol.In the case of bond cleavage by light energy, more stable bonds can also be split by dissociation in comparison with thermally induced crosslinking. For example, UV photons having a wavelength of 300 nm have an energy of 400 kJ / mol.

Die Photoinitiatoren werden je nach den Anforderungen an die vernetzten Formkörper in Mengen zwischen 0,01 und 15 Gew.-%, bezogen auf die Kern-Mantel-Partikel eingesetzt und können einzeln oder, zur Ausnutzung vorteilhafter synergistischer Effekte, in Kombination miteinander angewendet werden.Depending on the requirements of the crosslinked shaped bodies, the photoinitiators are used in amounts of between 0.01 and 15% by weight, based on the core / shell particles, and can be used individually or, in combination, to exploit advantageous synergistic effects.

Geeignete Photoinitiatoren sollten eine hohe Reaktivität, gleichbedeutend mit einer niedrigen und damit ökonomischen Einsatzkonzentration, optimale und definierte Lichtabsorption, hohe Lagerstabilität, geringe Toxizität, gute Verträglichkeit und Einarbeitbarkeit in sich vereinen. Es sind die verschiedensten Verbindungen im Handel, welche die genannten Bedingungen in geeigneter Weise in sich vereinen, so dass es dem Fachmann keinerlei Schwierigkeiten bereitet, entsprechende Verbindungen auszuwählen.Suitable photoinitiators should combine a high reactivity, synonymous with a low and therefore economical use concentration, optimal and defined light absorption, high storage stability, low toxicity, good compatibility and incorporation. It is a variety of compounds in commerce, which combine the conditions mentioned in a suitable manner, so that it does not give the expert any difficulty to select corresponding compounds.

Unterschieden wird dabei im wesentlichen nach sogenannten alpha- Spaltern, wie Hydroxyalkylphenon-, Benzilketal-, Acylphosphinoxid- und Aminoalkylphenon-Derivaten, A distinction is made here essentially according to so-called alpha splitters, such as hydroxyalkylphenone, benzil ketal, acylphosphine oxide and aminoalkylphenone derivatives,

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Hydroxyalkylphenon AminoalkylphenσnHydroxyalkylphenone aminoalkylphenol

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Acylphosphirioxid BenzilketalAcylphosphoric oxide benzil ketal

und bimolekular reagierenden Typ Il Photoinitiatoren, wie Benzophenon-, Thioxanthon- und Campherchinon-Derivaten.and bimolecular type II photoinitiators, such as benzophenone, thioxanthone and camphorquinone derivatives.

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Benzophenon

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Campherchinonbenzophenone
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camphorquinone

Erfindungsgemäß bevorzugt ist dabei der Einsatz von Photoinitiatoren des Typs Il und dabei insbesondere der Benzophenon-Derivate bzw. des Grundkörpers Benzophenon. Es wird dabei vermutet, dass Benzophenon als Radikal ein H-Atom aus der Mantel-Polymerkette abstrahieren kann, wodurch ein reaktiver Verknüpfungspunkt zur Vernetzung entsteht.According to the invention, the use of photoinitiators of the type II and in particular of the benzophenone derivatives or of the parent substance benzophenone is preferred. It is suggested that benzophenone as a radical can abstract an H atom from the mantle polymer chain, creating a reactive point of attachment to crosslink.

In einer bevorzugten Erfindungsvariante werden zusätzlich Sensibilisatoren eingesetzt, welche die Photonenenergie aufnehmen und an den Initiator weiterleiten. Diese Stoffe nehmen an der Reaktion nicht teil, sondern nehmen lediglich die Lichtenergie auf und übertragen diese an den Initiator. Verwendet werden können hierzu insbesondere dem Fachmann bekannte Verbindungen, wie verschiedene Ketone und Farbstoffe. U den bevorzugten Sensibilisatoren gehören dabei Acetophenon, Benzophenon, Chinone, wie Anthrachinon und Durochinon, kondensierte Aromaten, wie Pyren und Anthracen, Farbstoffe, wie Eosin, Erythrosin, Bengalrosa, Porphyrine, Chlorophyll und Zinktetraphenylporphin.In a preferred variant of the invention sensitizers are additionally used which absorb the photon energy and pass it on to the initiator. These substances do not participate in the reaction, but only absorb the light energy and transfer it to the initiator. In particular, compounds known to those skilled in the art, such as various ketones and dyes, can be used for this purpose. The preferred sensitizers include acetophenone, benzophenone, quinones such as anthraquinone and duroquinone, fused aromatics such as pyrene and anthracene, dyes such as eosin, erythrosine, rose bengal, porphyrins, chlorophyll and zinc tetraphenylporphine.

Dabei erlaubt die Vernetzung mit Hilfe von Photoinitiatoren große Freiheitsgrade bei der Auswahl der Mantelpolymere und den Verarbeitungstemperaturen, während die thermische Vernetzung hier in der Form limitierend wirkt, dass die Mantelpolymere thermisch vemetzbare Gruppen enthalten müssen und bei der Verarbeitung der Kern-Mantel- Partikel die Verfahrenstemperaturen so gewählt werden müssen, dass die Vernetzung erst einsetzt, nachdem die Ausordnung der Kerne erfolgt ist; d.h. die Verarbeitungstemperaturen sollten unterhalb von 1500C, vorzugsweise unterhalb von 1000C bleiben.The crosslinking with the aid of photoinitiators allows great freedom in the selection of the shell polymers and the processing temperatures, while the thermal crosslinking here has a limiting effect in the form that the shell polymers must contain thermally crosslinkable groups and processing temperatures of the core-shell particles must be chosen so that the networking only starts after the arrangement of the nuclei has taken place; ie the processing temperatures should remain below 150 0 C, preferably below 100 0 C.

So ist die photo-induzierte Vernetzung insbesondere dann besonders bevorzugt, wenn die Verarbeitung über Folienextrusion erfolgen soll.Thus, the photo-induced crosslinking is particularly preferred especially when the processing is to be carried out by film extrusion.

Zur Herstellung bevorzugter Kontrastmaterial-haltiger Sensoren oder Formkörper werden die Kern-Mantel-Partikel mit mindestens einem Kontrastmaterial vermischt. Die weitere Verarbeitung der Mischung richtet sich dann nach der beabsichtigten räumlichen Ausgestaltung des Sensors bzw. Formkörpers. Vorzugsweise wird die Mischung aus Kern-Mantel-Partikel und Vemetzungshilfsmittel bei einer Temperatur, bei welcher der Mantel fließfähig ist, einer mechanischen Kraft ausgesetzt.To produce preferred contrast material-containing sensors or moldings, the core-shell particles are mixed with at least one contrast material. The further processing of the mixture then depends on the intended spatial configuration of the sensor or molding. Preferably, the mixture of core-shell particles and crosslinking aid is exposed to a mechanical force at a temperature at which the shell is flowable.

In einer bevorzugten Variante der Herstellung erfindungsgemäßer Sensoren liegt die Temperatur, bei der die Mischung der mechanischen Kraft ausgesetzt wird, mindestens 4O0C, vorzugsweise mindestens 60°C oberhalb des Glaspunktes des Mantels der Kem-Mantel-Partikel. Es hat sich empirisch gezeigt, dass die Fließfähigkeit des Mantels in diesem Temperaturbereich den Anforderungen für eine wirtschaftliche Herstellung der Sensoren in besonderem Maße entspricht.In a preferred variant of the preparation according to the invention sensors, the temperature at which the mixture is subjected to the mechanical force, at least 4O 0 C, preferably at least 60 ° C above the glass temperature of the shell of the core-shell particles. It has been empirically shown that the flowability of the jacket in this temperature range meets the requirements for economical production of the sensors in particular.

In einer ebenfalls bevorzugten Verfahrensvariante, die zu erfindungsgemäßen Sensoren führt, werden die fließfähigen Mischungen unter Einwirkung der mechanischen Kraft auf eine Temperatur abgekühlt, bei welcher der Mantel nicht mehr fließfähig ist.In a likewise preferred process variant, which leads to sensors according to the invention, the flowable mixtures are cooled under the action of the mechanical force to a temperature at which the jacket is no longer flowable.

Bei der mechanischen Krafteinwirkung kann es sich erfindungsgemäß um eine solche Krafteinwirkung handeln, die bei üblichen Verarbeitungsschritten von Polymeren erfolgt. In bevorzugten Varianten der vorliegenden Erfindung erfolgt die mechanische Krafteinwirkung entweder:According to the invention, the mechanical action of force may be such a force effect which occurs in conventional processing steps of polymers. In preferred variants of the present invention, the mechanical force is either:

- durch uniaxiales Pressen oder- by uniaxial pressing or

- Krafteinwirkung während eines Spritzgußvorganges oder- Force during an injection molding process or

- während eines Transferpressvorganges,during a transfer molding process,

- während einer (Co-) Extrusion oderduring a (co) extrusion or

- während eines Kalandriervorganges oder- during a calendering process or

- während eines Blasvorganges.- during a blowing process.

Erfolgt die Krafteinwirkung durch uniaxiales Pressen, so handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Formkörpern vorzugsweise um Filme. Erfindungsgemäße Filme können dabei vorzugsweise auch durch Kalandrieren, Folienblasen oder Flachfolienextrusion hergestellt werden. Die verschiedenen Möglichkeiten der Verarbeitung von Polymeren unter Einwirkung mechanischer Kräfte sind dem Fachmann wohl bekannt und können beispielsweise dem Standardlehrbuch Adolf Franck, "Kunststoff- Kompendium"; Vogel-Verlag; 1996 entnommen werden.If the force is applied by uniaxial pressing, the moldings according to the invention are preferably films. Films according to the invention can preferably also be characterized by Calendering, film blowing or flat film extrusion are produced. The various possibilities of processing polymers under the action of mechanical forces are well known to the person skilled in the art and can be found, for example, in the standard textbook Adolf Franck, "Kunststoff-Kompendium";Vogel-Verlag; 1996 be removed.

Werden Sensore bzw. Formkörper durch Spritzguß hergestellt, so ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Entformung erst nach Abkühlung der Form mit dem darin enthaltenen Formteil erfolgt. In der technischen Durchführung ist es dabei vorteilhaft, wenn Formen mit großem Kühlkanalquerschnitt eingesetzt werden, da die Abkühlung dann in kürzerer Zeit erfolgen kann. Es hat sich gezeigt, dass durch die Abkühlung in der Form die erfindungsgemäßen Farbeffekte deutlich intensiver werden. Es wird vermutet, dass es bei diesem gleichmäßigen Abkühlvorgang zu einer besseren Ausordnung der Kern-Mantel-Partikel zu dem Gitter kommt. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Form vor dem Einspritzvorgang aufgeheizt wurde.If sensors or molded bodies are produced by injection molding, then it is particularly preferred if the demolding takes place only after cooling of the mold with the molded part contained therein. In the technical implementation, it is advantageous if molds with a large cooling channel cross section are used, since the cooling can then take place in a shorter time. It has been shown that the color effects of the invention become significantly more intense due to the cooling in the mold. It is believed that this uniform cooling process leads to a better arrangement of the core-shell particles to the grid. It is particularly advantageous if the mold has been heated prior to the injection process.

In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der mechanischen Krafteinwirkung gleichzeitig eine strukturierte Oberfläche erzeugt. Dies wird dabei dadurch erreicht, dass die verwendeten Werkzeuge bereits eine derartige Oberflächenstrukturierung aufweisen. Beispielsweise können beim Spritzguss entsprechende Formen verwendet werden, deren Oberfläche diese Strukturierung vorgibt oder es können auch Presswerkzeuge beim uniaxialen Pressen eingesetzt werden, bei denen zumindest eines der Presswerkzeuge eine Oberflächenstrukturierung aufweist. Beispielsweise lassen sich mit diesen Methoden Lederimitate erzeugen, die eine lederähnliche Oberflächenstruktur aufweisen und gleichzeitig die oben diskutierten Farbeffekte zeigen und sich so als dekorative Sensoren eignen. Weiter können durch die Oberflächenstrukturierung Spiegelreflexe verringert bzw. eliminiert werden, welche die optische Detektion -insbesondere durch das menschliche Auge- erschweren.In a preferred variant of the method according to the invention, a structured surface is simultaneously produced during the mechanical force action. This is achieved in that the tools used already have such a surface structuring. For example, corresponding shapes can be used in the injection molding, the surface of which specifies this structuring or it can also press tools are used in uniaxial pressing, in which at least one of the pressing tools has a surface structuring. For example, these methods can be used to produce imitations of leather which have a leather-like surface structure and at the same time show the color effects discussed above and are thus suitable as decorative sensors. Furthermore, mirror reflections can be reduced by the surface structuring or be eliminated, which complicate the optical detection - in particular by the human eye.

Dabei können die erfindungsgemäßen Sensoren, wenn es technisch vorteilhaft ist, Hilfs- und Zusatzstoffe enthalten. Sie können der optimalen Einstellung der für die Anwendung und Verarbeitung gewünschten bzw. erforderlichen anwendungstechnischen Daten, bzw. Eigenschaften dienen. Beispiele für derartige Hilfs- und/oder Zusatzstoffe sind Weichmacher, Filmbildungshilfsmittel, Verlaufmittel, Füllmittel, Schmelzhilfsmittel, Haftmittel, Trennmittel, Auftragshilfsmittel, Mittel zur Viskositätsmodifizierung, z. B. Verdicker.The sensors according to the invention may, if it is technically advantageous, contain auxiliaries and additives. They can serve the optimum setting of the application-technical data or properties required or required for the application and processing. Examples of such auxiliaries and / or additives are plasticizers, film-forming aids, leveling agents, fillers, melt aids, adhesives, release agents, application aids, viscosity modifiers, e.g. B. thickener.

Besonders empfehlenswert sind Zusätze von Filmbildungshilfsmitteln und Filmmodifizierungsmitteln auf der Basis von Verbindungen der allgemeinen Formel HO-CnH2n-O-(CnH2n-O^H, worin n eine Zahl von 2 bis 4, vorzugsweise 2 oder 3, und m eine Zahl von 0 bis 500 ist. Die Zahl n kann innerhalb der Kette variieren und die verschiedenen Kettenglieder können in statistischer oder in blockweiser Verteilung eingebaut sein. Beispiele für derartige Hilfsmittel sind Ethylenglycol, Propylenglyeol, Di-, Tri- und Tetraethylenglycol, Di-, Tri- und Tetrapropylenglycol, Polyethylenoxide, Polypropylenoxid und Ethylenoxid/Propylenoxid-Mischpolymere mit Molgewichten bis ca. 15000 und statistischer oder blockartigen Verteilung der Ethylenoxid und Propylenoxid-Baugruppen.Especially recommended are additives of film-forming agents and film modifiers based on compounds of the general formula HO-C n H 2n -O- (C n H 2n -O ^ H, wherein n is a number from 2 to 4, preferably 2 or 3, and m is a number from 0 to 500. The number n can vary within the chain and the different chain links can be incorporated in random or in block-wise distribution Examples of such auxiliaries are ethylene glycol, propylene glycol, di-, tri- and tetraethylene glycol, di- , Tri- and tetrapropylene glycol, polyethylene oxides, polypropylene oxide and ethylene oxide / propylene oxide copolymers having molecular weights up to about 15,000 and random or block-like distribution of the ethylene oxide and propylene oxide assemblies.

Gegebenenfalls sind auch organische oder anorganische Lösungs-, Dispergier- oder Verdünnungsmittel, die beispielsweise die offene Zeit der Formulierung, d. h. die für ihren Auftrag auf Substrate zur Verfügung stehende Zeit, verlängern, Wachse oder Schmeizkleber als Additive möglich.Optionally, organic or inorganic solvents, dispersants or diluents, for example, the open time of the formulation, d. H. the time available for their order on substrates, extend waxes or melt adhesive as additives possible.

Gewünschtenfalls können den Sensoren auch Stabilisatoren gegen UV- Strahlung und Wettereinflüsse zugesetzt werden. Hierzu eignen sich z. B. Derivate des 2,4-Dihydroxybenzophenons, Derivate des 2-Cyan-3,3'- dephenylacrylats, Derivate des 2,2',4,4'-Tetrahydroxybenzophenons, Derivate des o-Hydroxyphenyl-benztriazols, Salicylsäureester, o- Hydroxyphenyl-s-triazine oder sterisch gehinderte Amine. Auch diese Stoffe können einzeln oder als Gemische eingesetzt werden. Bei der Verwendung von UV-Stabilisatoren ist jedoch dann, wenn die Mantelmatrix vernetzt sein soll zu beachten, dass die UV-Stabilisatoren nicht in dem Wellenlängebereich absorbierend, in dem ggf. die Induktion einer Lichtinduzierten Vernetzung erfolgen soll.If desired, the sensors also stabilizers against UV radiation and weathering can be added. For this purpose, z. B. Derivatives of 2,4-dihydroxybenzophenone, derivatives of 2-cyano-3,3'-dephenyl acrylate, derivatives of 2,2 ', 4,4'-tetrahydroxybenzophenone, derivatives of o-hydroxyphenyl-benzotriazole, salicylic acid ester, o-hydroxyphenyl-s triazines or sterically hindered amines. These substances can also be used individually or as mixtures. When using UV stabilizers, however, when the cladding matrix is to be crosslinked, it should be noted that the UV stabilizers are not absorbent in the wavelength range in which the induction of a light-induced crosslinking should possibly take place.

Die Gesamtmenge der Hilfs- und/oder Zusatzstoffe beträgt bis zu 40 Gew.- %, vorzugsweise bis zu 20 Gew.-%, insbesondere bevorzugt bis zu 5 Gew.- % des Gewichts der Sensoren. Dementsprechend bestehen die Sensoren zu mindestens 60 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 80 Gew.-% und insbesondere bevorzugt zu mindestens 95 Gew.-% aus Kern-Mantel- Partikeln besteht.The total amount of auxiliaries and / or additives is up to 40% by weight, preferably up to 20% by weight, particularly preferably up to 5% by weight, of the weight of the sensors. Accordingly, the sensors consist of at least 60% by weight, preferably at least 80% by weight and more preferably at least 95% by weight, of core / shell particles.

Für die erfindungsgemäße Verwendung und den Einsatz in erfindungsgemäßen Sensoren ist es wünschenswert, dass die Kern- Mantel-Partikel einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von etwa 5 nm bis etwa 2000 nm aufweisen. Dabei kann es insbesondere bevorzugt sein, wenn die Kern-Mantel-Partikel einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von etwa 5 bis 20 nm, vorzugsweise 5 bis 10 nm, aufweisen. In diesem Fall können die Kerne als "Quantum dots" bezeichnet werden; sie zeigen die entsprechenden aus der Literatur bekannten Effekte. Zur Erzielung von Farbeffekten im Bereich des sichtbaren Lichtes ist es von besonderem Vorteil, wenn die Kem-Mantel-Partikel einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von etwa 40 - 500 nm aufweisen. Insbesondere bevorzugt werden Partikel im Bereich von 80 - 500 nm eingesetzt, da bei Teilchen in diesem Größenordnungsbereich die Reflektionen verschiedener Wellenlängen des sichtbaren Lichtes sich deutlich voneinander unterscheidet und so die Farbverschiebung besonders ausgeprägt auftritt.For use according to the invention and for use in sensors according to the invention, it is desirable for the core-shell particles to have an average particle diameter in the range from about 5 nm to about 2000 nm. It may be particularly preferred if the core-shell particles have an average particle diameter in the range of about 5 to 20 nm, preferably 5 to 10 nm. In this case, the cores can be called "quantum dots"; they show the corresponding effects known from the literature. In order to achieve color effects in the visible light range, it is particularly advantageous if the core-shell particles have an average particle diameter in the range of about 40-500 nm. Particular preference is given to using particles in the range from 80 to 500 nm, since the reflections of different wavelengths of visible light occur in the case of particles in this order of magnitude range clearly different from each other and so the color shift occurs particularly pronounced.

Effekte, die erfindungsgemäß zur Detektion der Kräfte eingesetzt werden können, können sowohl Effekte im sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichtes, als beispielsweise auch Effekte im UV- oder Infrarot-Bereich sein. In letzter Zeit hat es sich eingebürgert derartige Effekte allgemein als photonische Effekte zu bezeichnen. Alle diese Effekte sind optische Effekte im Sinne der vorliegenden Erfindung, wobei es sich in einer bevorzugten Ausführungsform bei dem Effekt um eine Opaleszenz im sichtbaren Bereich handelt. Im Sinne einer üblichen Definition des Begriffes handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Sensoren um photonische Kristalle (vgl. Nachrichten aus der Chemie; 49(9) September 2001 ; S. 1018 - 1025).Effects which can be used according to the invention for detecting the forces can be effects in the visible wavelength range of the light, as well as, for example, effects in the UV or infrared range. Recently, it has become common to call such effects generally photonic effects. All of these effects are optical effects in the sense of the present invention, wherein in a preferred embodiment the effect is an opalescence in the visible range. For the purposes of a common definition of the term, the sensors according to the invention are photonic crystals (cf Chemistry, 49 (9) September 2001, pp. 1018-1025).

Erfindungsgemäß ist es insbesondere bevorzugt, wenn der Kern der Kern- Mantel-Partikel aus einem Material besteht, das entweder nicht oder bei einer Temperatur oberhalb der Fließtemperatur des Mantelmaterials fließfähig wird. Dies kann erreicht werden durch den Einsatz polymerer Materialien mit entsprechend hoher Glasübergangstemperatur (T9), vorzugsweise vemetzter Polymere bzw. durch Einsatz anorganischer Kernmaterialien. Die geeigneten Materialen im einzelnen werden weiter unten beschrieben.According to the invention it is particularly preferred if the core of the core-shell particles consists of a material which either does not flow or becomes fluid at a temperature above the flow temperature of the jacket material. This can be achieved by the use of polymeric materials having a correspondingly high glass transition temperature (T 9 ), preferably crosslinked polymers or by using inorganic core materials. The suitable materials in detail will be described below.

Entscheidend für die Intensität der beobachteten Effekte ist auch die Differenz der Brechungsindices von Kern und Mantel. Erfindungsgemäße Sensoren weisen vorzugsweise eine Differenz zwischen den Brechungsindices des Kernmaterials und des Mantelmaterials von mindestens 0,001 , vorzugsweise mindestens 0,01 und insbesondere bevorzugt mindestens 0,1 auf. Sollen die erfindungsgemäßen Sensoren mit bloßem Auge detektierbare photonische Effekte zeigen, so sind Brechungsindexdifferenzen von mindestens 0,05 bevorzugt. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind in die Matrixphase der Sensoren neben den Kernen der Kem-Mantel-Partikel weitere Nanopartikel eingelagert. Diese Partikel werden hinsichtlich ihrer Partikelgröße so ausgewählt, dass sie die regelmäßige Anordnung der Kerne nicht oder nur wenig stören. Durch gezielte Auswahl entsprechender Materialien und/oder der Teilchengröße ist es zum einen möglich, die optischen Effekte der Sensoren zu verändern, beispielsweise um die Intensität zu erhöhen. Zum andern kann durch Einlagerung geeignet "Quantum dots" die Matrix entsprechend funktionalisiert werden. Bevorzugte Materialien sind anorganische Nanopartikel, insbesondere Nanopartikel von Metallen oder von H-Vl- bzw. Ill-V-Halbleitern oder von Materialen, welche die mechanischen, thermischen, magnetischen, elektrischen, optischen und / oder akustischen Eigenschaften der Materialien beeinflussen. Beispiele für bevorzugte Nanopartikel sind Gold, Zinksulfid, Hämatit, Galliumnitrid, Cadmiumselenid, Cadmiumtellurid oder Galliumarsenid.Decisive for the intensity of the observed effects is the difference between the refractive indices of the core and the cladding. Sensors according to the invention preferably have a difference between the refractive indices of the core material and the cladding material of at least 0.001, preferably at least 0.01 and more preferably at least 0.1. If the sensors according to the invention are to show detectable photonic effects with the naked eye, then refractive index differences of at least 0.05 are preferred. In a particular embodiment of the invention, further nanoparticles are incorporated into the matrix phase of the sensors in addition to the cores of the core-shell particles. These particles are selected with regard to their particle size so that they do not disturb the regular arrangement of the cores or only slightly. By selective selection of appropriate materials and / or the particle size, it is on the one hand possible to change the optical effects of the sensors, for example, to increase the intensity. On the other hand, the matrix can be appropriately functionalized by incorporating suitable "quantum dots". Preferred materials are inorganic nanoparticles, in particular nanoparticles of metals or of H-Vl or III-V semiconductors or of materials which influence the mechanical, thermal, magnetic, electrical, optical and / or acoustic properties of the materials. Examples of preferred nanoparticles are gold, zinc sulfide, hematite, gallium nitride, cadmium selenide, cadmium telluride or gallium arsenide.

Dabei ist es in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt, wenn es sich bei dem Sensor um eine Druckanzeige, die über die sichtbare Farbe den Druck beispielsweise in einer Leitung qualitativ oder halb-quantitativ anzeigt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sensor dabei gleichzeitig um ein Überdruckventil, das schon vor dem Bersten den Druckanstieg durch Verfärbung anzeigt.In one embodiment of the present invention, it is preferred if the sensor is a pressure indicator which displays the pressure, for example in a line, qualitatively or semi-quantitatively via the visible color. At the same time, the sensor is at the same time an overpressure valve which indicates the increase in pressure due to discoloration even before bursting.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn der Sensor in Form eines Filmes geeignet zur Beschichtung von Oberflächen gestaltet ist. Mit einem solchen Film können Oberflächen, beispielsweise metallische Bauteile beschichtet werden. Die filmförmige Oberflächenbeschichtung detektiert dann mechanische Belastungen des Bauteiles. In einer zusätzlichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn der Sensor in Form eines Formkörpers in ein Bauteil integriert wird. Mit einem solchen integrierten Sensor ist es ebenfalls möglich, Ermüdungsverhalten von Bauteilen, beispielsweise die Dehnung von Stahlseilen, welche Bauwerke sichern, wie z. B. Hängebrücken, oder die Dehnung bzw. Stauchung von sicherheitsrelevanten Teilen von Transportmitteln, wie Flugzeugteilen, Schiffsrümpfen, tragenden Teilen von Automobilen u.a. zu beobachten. Dies kann bevorzugt durch optische Messungen erfolgen. So ist es auch möglich, verschwiegene oder verdeckte Unfallschäden, die zu Verformungen geführt haben, aufzudecken.In a further embodiment of the present invention it is preferred if the sensor is designed in the form of a film suitable for coating surfaces. With such a film surfaces, such as metallic components can be coated. The film-shaped surface coating then detects mechanical stresses on the component. In an additional embodiment of the present invention, it is preferred if the sensor is integrated in a component in the form of a shaped body. With such an integrated sensor, it is also possible, fatigue behavior of components, such as the elongation of steel cables, which secure structures such. As suspension bridges, or the elongation or compression of safety-related parts of means of transport, such as aircraft parts, ship hulls, supporting parts of automobiles, among other things to observe. This can preferably be done by optical measurements. So it is also possible to reveal concealed or hidden accident damage that has led to deformations.

In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Sensor als Messstreifen ausgebildet, der zwischen zwei Bauteile eingespannt werden kann, um Bewegungen zwischen diesen Bauteilen zu detektieren. So kann der erfindungsgemäße Sensor beispielsweise vorteilhaft in tragenden Teilen von Brücken oder Bauwerken eingesetzt werden. Dabei sind die Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Sensoren nicht auf diese bevorzugten Ausführungsformen begrenzt.In another, likewise preferred embodiment of the present invention, the sensor is designed as a measuring strip which can be clamped between two components in order to detect movements between these components. For example, the sensor according to the invention can advantageously be used in load-bearing parts of bridges or structures. The possible applications of the sensors according to the invention are not limited to these preferred embodiments.

Grundsätzlich können die erfindungsgemäßen Sensoren zur qualitativen oder halb-quantitativen oder auch quantitativen Bestimmung von mechanischen Kräften bzw. der Dehnung oder Stauchung ohne weiteres Detektionssystem eingesetzt werden. Zur Detektion genügt hier das menschliche Auge. In besonderem Maße sind hier solche Sensoren geeignet, die, wie oben beschrieben, ein Kontrastmaterial enthalten.In principle, the sensors according to the invention can be used for the qualitative or semi-quantitative or even quantitative determination of mechanical forces or of elongation or compression without further detection system. For detection, the human eye is sufficient here. In particular, such sensors are suitable here, which, as described above, contain a contrast material.

In einer weiteren ebenfalls bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung dient der erfindungsgemäße Sensor dabei zur Detektion von Beschleunigung. In einem bevorzugten Aufbau wird der Sensor dazu mit einer trägen Masse verbunden, die bei Erschütterungen oder Geschwindigkeitsveränderungen den Sensor deformiert. Entsprechende Anordnungen sind beispielsweise in EP-A-1 329 758 offenbart, wobei die diesbezügliche Offenbarung ausdrücklich auch zum Gegenstand der vorlegenden Offenbarung gehört. Derartige Detektoren lassen sich beispielsweise bei geeigneter Anordnung beispielsweise auch zur Detektion von Erd- oder Seebeben, sowie sturmbedingten Schwankungen von Brücken oder Bauwerken, einsetzen. Andere Anwendungen sind Beschleunigungsensoren in Auslösevorrichtungen für Fahrzeug-Airbags oder automatischen Bremssystemen oder Stabilitätssystemen.In a further likewise preferred variant of the present invention, the sensor according to the invention serves to detect acceleration. In a preferred construction, the sensor is connected to an inert mass, the vibrations or Speed changes deform the sensor. Corresponding arrangements are disclosed, for example, in EP-A-1 329 758, the disclosure of which is expressly included in the subject matter of the present disclosure. Such detectors can be used, for example, with a suitable arrangement, for example, for the detection of earthquake or seaquake, as well as storm-induced fluctuations of bridges or structures. Other applications include acceleration sensors in vehicle airbag deployment systems or automatic braking systems or stability systems.

In einer anderen bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung werden Piezokristalle, wie beispielsweise Polyvinylidenchloride, Quarz, Turmalin, BaTiO3, U2SO4, KDaPO4, Kalium-Natriumtartrat, Ethylendiamintartrat, Ferroelektrika mit Perowskitstruktur, darunter insbesondere PZT (erhältlich durch kont. Austausch des Ti aus Bleititanat durch Zirkonium in einer kontinuierlichen Reihe bis hin zum Bleizirkonat) und PLZT (Lanthan haltige PZT) und Elektrete, auf den Sensoren aufgebracht oder in diesen integriert, wodurch bei Dehnung/Stauchung eine Spannung detektiert werden kann.In another preferred variant of the present invention, piezoelectric crystals, such as polyvinylidene chlorides, quartz, tourmaline, BaTiO 3 , U 2 SO 4 , KDaPO 4 , potassium sodium tartrate, ethylenediamine tartrate, perovskite-type ferroelectrics, in particular PZT (obtainable by continuous exchange of the Ti from lead titanate by zirconium in a continuous series up to the lead zirconate) and PLZT (lanthanum-containing PZT) and electrets, applied to the sensors or integrated into the sensors, whereby a strain can be detected by strain / compression.

Weiterhin kann die Sensor-Folie in anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung mit einem weiteren material verbunden, vorzugsweise auf ein dehnbares Material laminiert werden. Vorteilhaft ist dies beispielsweise wenn das Verbundmaterial in direktem Kontakt mit einem aggressivem Medium stabil bleibt, gegen das die Sensor-Folie nicht beständig wäre oder in dem diese quellen würde. Weiterhin kann ein solcher Verbund auch bezüglich Druckdichtigkeit von Vorteil sein und die mechanischen Kenngrößen, wie das E-Modul, des Sensorfilmes lassen sich durch die Auswahl des Verbundmaterials fein einstellen und damit die Sensorkennlinien beeinflussen. Vorzugsweise handelt es sich bei den verbundenen Material um Kautschuk-Polymere, so dass der Verbund die hohe Elastizität und Reißfestigkeit des Kautschuk in Verbindung mit dem vom Betrachtungswinkel abhängigen Farbeffekt des Formkörpers aufweist. Die Herstellung entsprechender Verbünde kann dabei nach den in der Internationalen Patentanmeldung WO 2003/106557 beschriebenen Methoden erfolgen. Die diesbezügliche Offenbarung gehört ausdrücklich auch zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung.Furthermore, in other preferred embodiments of the invention, the sensor film may be joined to another material, preferably laminated to a stretchable material. This is advantageous, for example, if the composite material remains stable in direct contact with an aggressive medium against which the sensor film would not be resistant or in which it would swell. Furthermore, such a composite can also be advantageous in terms of pressure-tightness, and the mechanical characteristics, such as the modulus of elasticity, of the sensor film can be finely adjusted by selecting the composite material and thus influence the sensor characteristics. Preferably, the bonded materials are rubbery polymers such that the composite exhibits the high resilience and tear strength of the rubber in conjunction with the rubber From the viewing angle dependent color effect of the molding. The production of corresponding composites can be carried out according to the methods described in International Patent Application WO 2003/106557. The relevant disclosure expressly also belongs to the content of the present application.

Zur quantitativen Bestimmung der mechanischen Kräfte bzw. der Dehnung oder Stauchung ist es vorteilhaft, wenn an Stelle des menschlichen Auges ein automatisiertes Detektionssytem eingesetzt wird, das beispielsweise ein handelsübliches UV-VIS Spektrometer sein kann, wobei die Detektion sowohl in Reflexion als auch in Transmission erfolgen kann.For the quantitative determination of the mechanical forces or the elongation or compression, it is advantageous if, instead of the human eye, an automated detection system is used, which may be, for example, a commercially available UV-VIS spectrometer, the detection taking place both in reflection and in transmission can.

Die Kern-Mantel-Partikel, welche erfindungsgemäß eingesetzt werden, sind an sich bekannt. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Mantel dieser Kern-Mantel-Partikel, vor der Verarbeitung aus im wesentlichen unvemetzten organischen Polymeren, die bevorzugt über eine zumindest teilweise vernetzte Zwischenschicht auf den Kern aufgepfropft sind.The core-shell particles which are used according to the invention are known per se. In a preferred embodiment, the shell of these core-shell particles, prior to processing, consists of essentially unvarnished organic polymers, which are preferably grafted onto the core via an at least partially crosslinked intermediate layer.

Dabei kann der Mantel entweder aus thermoplastischen oder aus elastomeren oder thermoelastischen Polymeren bestehen. Da der Mantel die Materialeigenschaften und Verarbeitungsbedingungen der Kern-Mantel- Partikel im wesentlichen bestimmt, wird der Fachmann das Mantelmaterial entsprechend üblicher Überlegungen in der Polymertechnologie auswählen. Insbesondere dann, wenn Bewegungen oder Spannungen in einem Material zu optischen Effekten führen sollen, ist der Einsatz von Elastomeren als Mantelmaterial bevorzugt. In erfindungsgemäßen Sensoren werden durch solche Bewegungen die Abstände zwischen den Kern-Mantel-Partikeln verändert. Dementsprechend verändern sich die Wellenlängen des wechselwirkenden Lichtes und die zu beobachtenden Effekte. Der Kern kann aus den verschiedensten Materialien bestehen. Wesentlich ist erfindungsgemäß, wie bereits ausgeführt, dass eine Brechungsindexdifferenz zum Mantel besteht und der Kern unter den Verarbeitungsbedingungen fest bleibt.In this case, the jacket can consist of either thermoplastic or elastomeric or thermoelastic polymers. Since the jacket substantially determines the material properties and processing conditions of the core-shell particles, those skilled in the art will select the jacket material according to common considerations in polymer technology. In particular, when movements or stresses in a material are to lead to optical effects, the use of elastomers as a shell material is preferred. In sensors according to the invention, the distances between the core-shell particles are changed by such movements. Accordingly, the wavelengths of the interacting light and the effects to be observed change. The core can be made of a variety of materials. It is essential according to the invention, as already stated, that there is a refractive index difference to the cladding and that the core remains firm under the processing conditions.

Weiter ist es in einer Erfindungsvariante insbesondere bevorzugt, wenn der Kern aus einem organischen Polymer, das vorzugsweise vernetzt ist, besteht.Furthermore, in a variant of the invention, it is particularly preferred if the core consists of an organic polymer, which is preferably crosslinked.

In einer anderen ebenfalls bevorzugten Erfindungsvariante besteht der Kern aus einem anorganischen Material, vorzugsweise einem Metall oder Halbmetall oder einem Metallchalcogenid oder Metallpnictid. Als Chalcogenide werden im Sinne der vorliegenden Erfindung solche Verbindungen bezeichnet, in denen ein Element der 16. Gruppe des Periodensystems der elektronegative Bindungspartner ist; als Pnictide solche, in denen ein Element der 15. Gruppe des Periodensystems der elektronegative Bindungspartner ist.In another likewise preferred variant of the invention, the core consists of an inorganic material, preferably a metal or semimetal or a metal chalcogenide or metal pnictide. For the purposes of the present invention, chalcogenides are compounds in which an element of the 16th group of the Periodic Table is the electronegative binding partner; pnictides are those in which an element of the 15th group of the periodic table is the electronegative binding partner.

Bevorzugte Kerne bestehen aus Metallchalcogeniden, vorzugsweise Metalloxiden, oder Metallpnictiden, vorzugsweise Nitriden oder Phosphiden. Metall im Sinne dieser Begriffe sind dabei alle Elemente, die im Vergleich zu den Gegenionen als elektropositiver Partner auftreten können, wie die klassischen Metalle der Nebengruppen beziehungsweise die Hauptgruppenmetalle der ersten und zweiten Hauptgruppe, genauso jedoch auch alle Elemente der dritten Hauptgruppe sowie Silicium, Germanium, Zinn, Blei, Phosphor, Arsen, Antimon und Bismuth. Zu den bevorzugten Metallchalcogeniden und Metallpnictiden gehören insbesondere Silciumdioxid, Aluminiumoxid, Galliumnitrid, Bor- und Aluminiumnitrid sowie Silicium- und Phosphornitrid.Preferred cores consist of metal chalcogenides, preferably metal oxides, or metal pnictides, preferably nitrides or phosphides. Metal in the sense of these terms are all elements that can occur as an electropositive partner in comparison to the counterions, such as the classical metals of the subgroups or the main group metals of the first and second main group, as well as all elements of the third main group and silicon, germanium, Tin, lead, phosphorus, arsenic, antimony and bismuth. The preferred metal chalcogenides and metal pnictides include, in particular, silicon dioxide, aluminum oxide, gallium nitride, boron and aluminum nitride, and silicon and phosphorus nitride.

Als Ausgangsmaterial für die Herstellung der erfindungsgemäßen Kern- Mantel-Partikel werden in einer Variante der vorliegenden Erfindung bevorzugt monodisperse Kerne aus Siliciumdioxid eingesetzt, die beispielsweise nach dem in US 4 911 903 beschriebenen Verfahren erhalten werden können. Die Kerne werden dabei durch hydrolytische Polykondensation von Tetraalkoxysilanen in einem wäßrig- ammoniakalischen Medium hergestellt, wobei man zunächst ein SoI von Primärteilchen erzeugt und anschließend durch ein kontinuierliches, kontrolliertes Zudosieren von Tetraalkoxysilan die erhaltenen Siθ2-Partikel auf die gewünschte Teilchengröße bringt. Mit diesem Verfahren sind monodisperse Siθ2-Kerne mit mittleren Teilchendurchmessern zwischen 0,05 und 10 μm bei einer Standardabweichung von 5 % herstellbar.As starting material for the preparation of the core-shell particles according to the invention are in a variant of the present invention Preference is given to using monodisperse silicon dioxide cores which can be obtained, for example, by the process described in US Pat. No. 4,911,903. The cores are produced by hydrolytic polycondensation of tetraalkoxysilanes in an aqueous ammoniacal medium, wherein first of all a sol of primary particles is produced, and then the resulting SiO 2 particles are brought to the desired particle size by a continuous, controlled metered addition of tetraalkoxysilane. With this method, monodisperse SiO 2 cores having mean particle diameters between 0.05 and 10 μm can be produced with a standard deviation of 5%.

Weiterhin sind als Ausgangsmaterial Siθ2-Keme bevorzugt, die mit (Halb)Metallen oder nichtabsorbierenden Metalloxiden, wie z.B. TiO2, ZrO2, ZnO2, SnO2 oder AI2O3, beschichtet sind. Die Herstellung von mit Metalloxiden beschichteter SiO2-KeHIe ist beispielsweise in US 5 846 310, DE 19842 134 und DE 199 29 109 näher beschrieben.Further preferred starting materials are SiO 2 nuclei coated with (semi) metals or nonabsorbing metal oxides such as TiO 2 , ZrO 2 , ZnO 2 , SnO 2 or Al 2 O 3 . The production of SiO 2 -KeHIe coated with metal oxides is described in more detail, for example, in US Pat. No. 5,846,310, DE 19842 134 and DE 199 29 109.

Als Ausgangsmaterial sind auch einsetzbar monodisperse Kerne aus nichtabsorbierenden Metalloxiden wie TiO2, ZrO2, ZnO2, SnO2 oder AI2O3 oder Metalloxidgemischen. Ihre Herstellung ist beispielsweise in EP 0 644 914 beschrieben. Weiterhin ist das Verfahren gemäß EP 0 216 278 zur Herstellung monodisperser SiO2-Kerne ohne weiteres und mit gleichem Ergebnis auf andere Oxide übertragbar. Zu einem Gemisch aus Alkohol, Wasser und Ammoniak, dessen Temperatur mit einem Thermostaten auf 30 bis 400C genau eingestellt wird, werden unter intensiver Durchmischung Tetraethoxysilan, Tetrabutoxytitan, Tetrapro- poxyzirkon oder deren Gemische in einem Guss zugegeben und die erhaltene Mischung für weitere 20 Sekunden intensiv gerührt, wobei sich eine Suspension von monodispersen Kerne im Nanometerbereich ausbildet. Nach einer Nachreaktionszeit von 1 bis 2 Stunden werden die Kerne auf die übliche Weise, z.B. durch Zentrifugieren, abgetrennt, gewaschen und getrocknet. Weiterhin sind als Ausgangsmaterial für die Herstellung der erfindungsgemäßen Kem-Mantel-Partikel auch monodisperse Kerne aus Polymeren geeignet, die Partikel, beispielsweise Metalloxide, eingeschlossen enthalten. Solche Materialien werden beispielsweise von der Firma micro caps Entwicklungs- und Vertriebs GmbH in Rostock angeboten. Nach kundenspezifischen Anforderungen werden Mikroverkapselungen auf der Basis von Polyestern, Polyamiden und natürlichen und modifizierten Kohlenhydraten gefertigt.Also suitable as starting material are monodisperse cores of non-absorbing metal oxides, such as TiO 2 , ZrO 2 , ZnO 2 , SnO 2 or Al 2 O 3 or metal oxide mixtures. Their preparation is described for example in EP 0 644 914. Furthermore, the process according to EP 0 216 278 for the production of monodisperse SiO 2 cores is readily transferable to other oxides with the same result. To a mixture of alcohol, water and ammonia, whose temperature is adjusted with a thermostat to 30 to 40 0 C, are added with intensive mixing tetraethoxysilane, tetrabutoxytitanium, tetrapro- poxyzircon or mixtures thereof in one pour and the mixture obtained for a further 20 Stirred vigorously for seconds, forming a suspension of monodisperse nuclei in the nanometer range. After a post-reaction time of 1 to 2 hours, the cores are separated in the usual manner, for example by centrifuging, washed and dried. Furthermore, suitable starting materials for the production of the core-shell particles according to the invention are also monodisperse cores of polymers which contain particles, for example metal oxides. Such materials are offered, for example, by the company micro caps Entwicklungs- und Vertriebs GmbH in Rostock. According to customer requirements, microencapsulations based on polyesters, polyamides and natural and modified carbohydrates are manufactured.

Einsetzbar sind weiterhin monodisperse Kerne aus Metalloxiden, die mit organischen Materialien, beispielsweise Silanen, beschichtet sind. Die monodispersen Kerne werden in Alkoholen dispergiert und mit gängigen Organoalkoxysilanen modifiziert. Die Silanisierung sphärischer Oxidpartikel ist auch in DE 43 16 814 beschrieben.It is also possible to use monodisperse cores of metal oxides which are coated with organic materials, for example silanes. The monodisperse cores are dispersed in alcohols and modified with common organoalkoxysilanes. The silanization of spherical oxide particles is also described in DE 43 16 814.

Die Kerne der erfindungsgemäßen Kern-Mantel-Partikel können darüber hinaus auch Farbstoffe oder Leuchtstoffe enthalten. Beispielsweise können sogenannte Nanocolorants, wie sie beispielsweise in WO 99/40123 beschrieben sind, eingesetzt werden. Die Offenbarung der WO 99/40123 wird hiermit ausdrücklich in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung eingeschlossen.In addition, the cores of the core-shell particles according to the invention may also contain dyes or phosphors. For example, so-called nanocolorants, as described, for example, in WO 99/40123, can be used. The disclosure of WO 99/40123 is hereby expressly incorporated in the disclosure of the present application.

Für die beabsichtigte Verwendung der erfindungsgemäßen Kern/Mantel- Partikel zur Herstellung von Sensoren ist es wichtig, dass das Mantelmaterial verfilmbar ist, d. h., dass es durch einfache Maßnahmen soweit erweicht, visco-elastisch plastifiziert oder verflüssigt werden kann, dass die Kerne der Kern/Mantel-Partikel zumindest Domänen regelmäßiger Anordnung ausbilden können. Die in der durch Verfilmung der Mantel der Kem/Mantel-Partikel gebildeten Matrix regelmäßig angeordneten Kerne bilden ein Beugungsgitter, das Interferenzerscheinungen hervorruft und dadurch zu sehr interessanten Farbeffekten führt. Die Materialien von Kern und Mantel können, sofern sie den oben angegebenen Bedingungen genügen, anorganischen, organischen oder auch metallischen Charakter haben oder es können Hybridmaterialien sein.For the intended use of the core / shell particles according to the invention for the production of sensors, it is important that the shell material is filmable, ie that it softens by simple measures, visco-elastic plasticized or liquefied, that the cores of the core / Sheath particles can form at least domains of regular arrangement. The cores regularly arranged in the matrix formed by filming the cladding of the core / shell particles form a diffraction grating which causes interference phenomena and thereby leads to very interesting color effects. The materials of the core and the cladding, provided that they satisfy the conditions given above, may have an inorganic, organic or even metallic character or may be hybrid materials.

Im Hinblick auf die Möglichkeit, die erfindungsrelevanten Eigenschaften der Kerne der erfindungsgemäßen Kern/Mantel-Partikel nach Bedarf zu variieren ist es jedoch zweckmäßig, daß die Kerne ein oder mehrere Polymere und/oder Copolymere (Kern-Polymere) enthalten oder daß sie aus solchen Polymeren bestehen.In view of the ability to vary the invention relevant properties of the cores of the core / shell particles according to the invention as needed, it is expedient, however, that the cores contain one or more polymers and / or copolymers (core polymers) or that they consist of such polymers consist.

Vorzugsweise enthalten die Kerne ein einziges Polymer oder Copolymer. Aus dem gleichen Grund ist es zweckmäßig, daß auch die Mantel der erfindungsgemäßen Kern/Mantel-Partikel ein oder mehrere Polymere und/oder Copolymere (Mantel-Polymere; Matrix-Polymere) oder Polymer- Vorprodukte und gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffe enthält, wobei die Zusammensetzung der Mantel so gewählt werden kann, daß sie in nichtquellender Umgebung bei Raumtemperatur im wesentlichen formbeständig und klebfrei ist.Preferably, the cores contain a single polymer or copolymer. For the same reason, it is expedient that the shell of the core / shell particles according to the invention also contains one or more polymers and / or copolymers (shell polymers, matrix polymers) or polymer precursors and, if appropriate, auxiliaries and additives Composition of the jacket can be chosen so that it is in non-swelling environment at room temperature substantially dimensionally stable and tack-free.

it der Verwendung von Polymersubstanzen als Mantelmaterial und ggf. Kemmaterial gewinnt der Fachmann die Freiheit, deren relevante Eigenschaften, wie z. B. ihre Zusammensetzung, die Teilchengröße, die mechanischen Daten, den Brechungsindex, die Glasübergangstemperatur, den Schmelzpunkt und das Gewichtsverhältnis von Kem:Mantel und damit auch die anwendungstechnischen Eigenschaften der Kern/Mantel-Partikel festzulegen, die sich letztlich auch auf die Eigenschaften der daraus hergestellten Sensoren auswirken.it the use of polymeric substances as sheath material and possibly Kemmaterial wins the skilled artisan freedom whose relevant properties, such. B. its composition, the particle size, the mechanical data, the refractive index, the glass transition temperature, the melting point and the weight ratio of Kem: coat and thus determine the performance characteristics of the core / shell particles, which ultimately also on the properties of it affected sensors.

Polymere und/oder Copolymere, die in dem Kernmaterial enthalten sein können oder aus denen es besteht, sich hochmolekulare Verbindungen, die der oben für das Kernmaterial gegebenen Spezifikation entsprechen. Geeignet sind sowohl Polymerisate und Copolymerisate polymerisierbarer ungesättigten Monomerer als auch Polykonensate und Copolykondensate von Monomeren mit mindestens zwei reaktiven Gruppen, wie z. B. hochmolekulare aliphatische, aliphatisch/aromatische oder vollaromatische Polyester, Polyamide, Polycarbonate, Polyharnstoffe und Polyurethane, aber auch Aminoplast- und Phenoplast-Harze, wie z. B. Melamin/Formaldehyd-, Harnstoff/Formaldehyd- und Phenol/Formaldehy- Kondensate.Polymers and / or copolymers which may or may not be included in the core material are high molecular compounds which conform to the specification given above for the core material. Both polymers and copolymers are suitable for polymerization unsaturated monomers as well as polycondensates and copolycondensates of monomers having at least two reactive groups, such as. As high molecular weight aliphatic, aliphatic / aromatic or wholly aromatic polyester, polyamides, polycarbonates, polyureas and polyurethanes, but also aminoplast and phenolic resins, such as. As melamine / formaldehyde, urea / formaldehyde and phenol / Formaldehy condensates.

Zur Herstellung von Epoxidharzen die ebenfalls als Kernmaterial geeignet sind, werden üblicherweise Epoxid-Präpolymerisate, die beispielsweise durch Reaktion von Bisphenol A oder anderen Bisphenolen, Resorein, Hydrochinon, Hexandiol oder anderen aromatischen oder aliphatischen Dioder Polyolen oder Phenol-Formaldehyd-Kondensaten oder deren Mischungen untereinander mit Epichlorhydrin oder anderen Di- oder Polyepoxiden erhalten werden, mit weiteren zur Kondensation befähigten Verbindungen direkt oder in Lösung vermischt und aushärten gelassen.For the preparation of epoxy resins which are also suitable as core material, usually epoxide prepolymers, for example by reaction of bisphenol A or other bisphenols, resorin, hydroquinone, hexanediol or other aromatic or aliphatic diol or polyols phenol-formaldehyde condensates or mixtures thereof with each other be obtained with epichlorohydrin or other di- or polyepoxides, mixed with other compounds capable of condensation directly or in solution and allowed to cure.

Zweckmäßigerweise sind die Polymeren des Kernmaterials in einer bevorzugten Erfindungsvariante vernetzte (Co-)Polymere, da diese üblicherweise erst bei hohen Temperaturen ihren Glasübergang zeigen. Diese vernetzten Polymeren können entweder bereits im Verlauf der Polymerisation bzw. Polykondensation oder Copolymerisation bzw. Copolykondensation vernetzt worden sein oder sie können nach Abschluß der eigentlichen (Co-)Polymerisation bzw. (Co-)Polykondensation in einem gesonderten Verfahrensschritt nachvernetzt worden sein.Advantageously, in a preferred variant of the invention, the polymers of the core material are crosslinked (co) polymers, since these usually show their glass transition only at high temperatures. These crosslinked polymers may have been crosslinked either already in the course of the polymerization or polycondensation or copolymerization or copolycondensation or they may be postcrosslinked in a separate process step after completion of the actual (co) polymerization or (co) polycondensation.

Eine detaillierte Beschreibung der chemischen Zusammensetzung geeigneter Polymere folgt weiter unten.A detailed description of the chemical composition of suitable polymers follows below.

Für das Mantelmaterial eignen sich, wie für das Kernmaterial, im Prinzip Polymere der oben bereits genannten Klassen, sofern sie so ausgewählt bzw. aufgebaut werden, daß sie der oben für die Mantelpolymeren gegebenen Spezifikation entsprechen.For the shell material, as for the core material, in principle polymers of the classes already mentioned above are suitable, provided that they are selected or constructed to correspond to the specification given above for the sheath polymers.

Polymere, die den Spezifikationen für ein Mantelmaterial genügen, finden sich ebenfalls in den Gruppen der Polymerisate und Copolymerisate polymerisierbarer ungesättigter Monomerer als auch der Polykondensate und Copolykondensate von Monomeren mit mindestens zwei reaktiven Gruppen, wie z. B. der hochmolekularen aliphatischen, aliphatisch/aromatischen oder vollaromatischen Polyester und Polyamide.Polymers which meet the specifications for a jacket material can also be found in the groups of polymers and copolymers of polymerizable unsaturated monomers and the polycondensates and copolycondensates of monomers having at least two reactive groups, such as. As the high molecular weight aliphatic, aliphatic / aromatic or wholly aromatic polyester and polyamides.

Unter Berücksichtigung der obigen Bedingungen für die Eigenschaften der Mantelpolymeren (= Matrixpolymeren) sind für ihre Herstellung im Prinzip ausgewählte Bausteine aus allen Gruppen organischer Filmbildner geeignet.Taking into account the above conditions for the properties of the sheath polymers (= matrix polymers), in principle selected components from all groups of organic film formers are suitable for their preparation.

Einige weitere Beispiele mögen die breite Palette der für die Herstellung der Mantel geeigneten Polymeren veranschaulichen.Some other examples may illustrate the wide range of polymers suitable for the manufacture of the sheath.

Soll der Mantel vergleichsweise niedrig brechend sein, so eignen sich beispielsweise Polymerisate wie Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenoxid, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polybutadien, Polymethylmethacrylat, Polytetrafluorethylen, Polyoxymethylen, Polyester, Polyamide, Polyepoxide, Polyurethan, Kautschuk, Polyacrylnitril und Polyisopren.If the sheath is to be comparatively low-breaking, polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene oxide, polyacrylates, polymethacrylates, polybutadiene, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene, polyoxymethylene, polyesters, polyamides, polyepoxides, polyurethane, rubber, polyacrylonitrile and polyisoprene are suitable.

Soll der Mantel vergleichsweise hochbrechend sein, so eignen sich für den Mantel beispielsweise Polymerisate mit vorzugsweise aromatischer Grundstruktur wie Polystyrol, Polystyrol-Copolymerisate wie z. B. SAN, aromatisch-aliphatische Polyester und Polyamide, aromatische Polysulfone und Polyketone, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid sowie bei geeigneter Auswahl eines hochbrechenden Kernmaterials auch Polyacrylnitril oder Polyurethan. In einer erfindungsgemäß besonders bevorzugten Ausführungsform von Kern-Mantel-Partikeln besteht der Kern aus vernetztem Polystyrol und der Mantel aus einem Polyacrylat, vorzugsweise Polyethylacrylat und/oder Polymethylmethacrylat.If the jacket is to be comparatively high-refractive, for example, polymers with preferably aromatic basic structure such as polystyrene, polystyrene copolymers such as, for example, are suitable for the jacket. As SAN, aromatic-aliphatic polyesters and polyamides, aromatic polysulfones and polyketones, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride and, with a suitable choice of a high-refractive core material and polyacrylonitrile or polyurethane. In a particularly preferred embodiment according to the invention of core-shell particles, the core consists of crosslinked polystyrene and the shell consists of a polyacrylate, preferably polyethyl acrylate and / or polymethyl methacrylate.

Hinsichtlich Teilchengröße, Teilchengrößenverteilung und Brechungsindexdifferenzen gilt für die erfindungsgemäßen Kern-Mantel-Partikel analog das bereits oben zu den Sensoren gesagte.As regards particle size, particle size distribution and refractive index differences, the same applies to the core-shell particles according to the invention as those already mentioned above for the sensors.

Im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit der Kern-Mantel-Partikel zu Sensoren ist es von Vorteil, wenn das Gewichtsverhältnis von Kern zu Mantel im Bereich von 2:1 bis 1 :5, vorzugsweise im Bereich von 3:2 bis 1 :3 und insbesondere bevorzugt im Bereich von 1 :1 bis 2:3 liegt. Generell gilt hier, dass es von Vorteil ist den Mantelanteil zu erhöhen, wenn der Teilchendurchmesser der Kerne ansteigt.In view of the processability of the core-shell particles to sensors, it is advantageous if the weight ratio of core to shell in the range of 2: 1 to 1: 5, preferably in the range of 3: 2 to 1: 3, and particularly preferred in the range of 1: 1 to 2: 3. Generally, it applies here that it is advantageous to increase the proportion of sheath as the particle diameter of the cores increases.

Die erfindungsgemäß einzusetzenden Kern-Mantel-Partikel lassen sich nach verschiedenen Verfahren herstellen. Eine bevorzugte Möglichkeit die Partikel zu erhalten ist ein Verfahren zur Herstellung von Kern-Mantel- Partikeln, durch a) Oberflächenbehandlung monodisperser Kerne, und b) Aufbringen des Mantels aus organischen Polymeren auf die behandelten Kerne.The core-shell particles to be used according to the invention can be prepared by various processes. A preferred way to obtain the particles is a process for producing core-shell particles, by a) surface treatment of monodisperse cores, and b) applying the shell of organic polymers to the treated cores.

In einer Verfahrensvariante werden die monodispersen Kerne in einem Schritt a1 ) durch Emulsionspolymerisation erhalten.In a variant of the process, the monodisperse cores are obtained in a step a1) by emulsion polymerization.

In einer bevorzugten Erfindungsvariante wird auf die Kerne in Schritt a) eine vernetzte polymere Zwischenschicht, vorzugsweise durch Emulsionsolymerisation oder durch ATR-Polymerisation, aufgebracht, die vorzugsweise reaktive Zentren aufweist, an die der Mantel kovalent angebunden werden kann. ATR-Polymerisation steht hier für Atomic Transfer Radicalic Polymerisation, wie sie beispielsweise in K. Matyjaszewski, Practical Atom Transfer Radical Polymerization, Polym. Mater. Sei. Eng. 2001 , 84 beschrieben wird. Die Einkapselung anorganischer Materialien mittels ATRP wird beispielsweise in T. Werne, T. E. Patten, Atom Transfer Radical Polymerization from Nanoparticles: A Tool for the Preparation of Well-Defined Hybrid Nanostructures and for Understanding the Chemistry of ControlledfLiving" Radical Polymerization from Surfaces, J. Am. Chem. Soc. 2001 , 123, 7497-7505 und WO 00/11043 beschrieben. Die Durchführung sowohl dieser Methode als auch die Durchführung von Emulsionspolymerisationen sind dem Fachmann für Polymerherstellung geläufig und beispielsweise in den o.g. Literaturstellen beschrieben.In a preferred variant of the invention, a crosslinked polymeric intermediate layer is applied to the cores in step a), preferably by emulsion polymerization or by ATR polymerization, which preferably has reactive centers to which the shell can be covalently bonded. ATR polymerization here stands for Atomic Transfer Radicalic polymerization, as described, for example, in K. Matyjaszewski, Practical Atom Transfer Radical Polymerization, Polym. Mater. Be. Closely. 2001, 84 is described. The encapsulation of inorganic materials by ATRP is described, for example, in T. Werne, TE Patten, Atomic Transfer Radical Polymerization from Nanoparticles: A Tool for the Preparation of Well-Defined Hybrid Nanostructures and for Understanding the Chemistry of Controlled Living "Radical Polymerization from Surfaces, J. Am Chem. Soc., 2001, 123, 7497-7505 and WO 00/11043 The carrying out of both this method and the performance of emulsion polymerizations are familiar to the person skilled in the art of polymer preparation and are described, for example, in the abovementioned references.

Das flüssige Reaktionsmedium, in dem die Polymerisationen oder Copolymerisationen ausgeführt werden können, besteht aus den bei Polymerisationen, insbesondere bei Verfahren der Emulsionspolymerisation, üblicherweise eingesetzten Lösungs-, Dispergier- oder Verdünnungsmitteln. Hierbei wird die Auswahl so getroffen, daß die zur Homogenisierung der Kernpartikel und Mantel-Vorprodukte eingesetzten Emulgatoren eine ausreichende Wirksamkeit entfalten können. Günstig als flüssiges Reaktionsmedium zur Duchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind wäßrige Medien, insbesondere Wasser.The liquid reaction medium in which the polymerizations or copolymerizations can be carried out consists of the solvents, dispersants or diluents customarily employed in polymerizations, in particular in emulsion polymerization processes. In this case, the selection is made so that the emulsifiers used for homogenization of the core particles and shell precursors can develop sufficient activity. A favorable liquid reaction medium for carrying out the process according to the invention are aqueous media, in particular water.

Zur Auslösung der Polymerisation eignen sich beispielsweise Polymerisationsinitiatoren, die entweder thermisch oder photochemisch zerfallen, Radikale bilden, und so die Polymerisation auslösen. Dabei sind unter den thermisch aktivierbaren Polymerisationsinitiatoren solche bevorzugt, die zwischen 20 und 180 0C, insbesondere zwischen 20 und 80 0C zerfallen. Besonders bevorzugte Polymerisationsinitiatoren sind Peroxide wie Dibenzoylperoxid Di-tert.-Butylperoxid, Perester, Percarbonate, Perketale, Hydroperoxide, aber auch anorganische Peroxide wie H2O2, Salze der Peroxoschwefelsäure und Peroxo-dischwefelsäure Azovθrbindungen, Boralkylverbindungen sowie homolytisch zerfallende Kohlenwasserstoffe. Die Initiatoren und/oder Photoinitiatoren, die je nach den Anforderungen an das polymerisierte Material in Mengen zwischen 0,01 und 15 Gew.-%, bezogen auf die polymerisierbaren Komponenten eingesetzt werden, können einzeln oder, zur Ausnutzung vorteilhafter synergistischer Effekte, in Kombination miteinander angewendet werden. Daneben kommen Redoxsysteme zur Anwendung, wie z.B. Salze der Peroxodischwefelsäure und Peroxoschwefelsäure in Kombination mit niedervalenten Schwefelverbindungen, im speziellen Ammonium- peroxodisulfat in Kombination mit Natriumdithionit.Polymerization initiators, for example, which decompose either thermally or photochemically, form free radicals and thus initiate the polymerization, are suitable for initiating the polymerization. Among the thermally activatable polymerization initiators, preference is given to those which decompose between 20 and 180 ° C., in particular between 20 and 80 ° C. Particularly preferred polymerization initiators are peroxides such as dibenzoyl peroxide di-tert-butyl peroxide, peresters, percarbonates, perketals, hydroperoxides, but also inorganic peroxides such as H 2 O 2 , salts of peroxosulfuric acid and peroxodisulfuric acid Azovθrbindungen, boroalkyl and homolytically decomposing hydrocarbons. The initiators and / or photoinitiators, which are used depending on the requirements of the polymerized material in amounts between 0.01 and 15 wt .-%, based on the polymerizable components, can individually or, to exploit advantageous synergistic effects, in combination with each other be applied. In addition, redox systems are used, for example salts of peroxodisulfuric acid and peroxodisulfuric acid in combination with low-valency sulfur compounds, in particular ammonium peroxodisulfate in combination with sodium dithionite.

Auch für die Herstellung von Polykondensationsprodukten sind entsprechende Verfahren beschrieben worden. So ist es möglich, die Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Polykondensationsprodukten in inerten Flüssigkeiten zu dispergieren und, vorzugsweise unter Auskreisen niedermolekularer Reaktionsprodukte wie Wasser oder - z. B. bei Einsatz von Dicarbonsäure-di-niederalkylestern zur Herstellung von Polyestern oder Polyamiden - niederen Alkanolen, zu kondensieren.Corresponding processes have also been described for the preparation of polycondensation products. Thus, it is possible to disperse the starting materials for the production of polycondensation in inert liquids and, preferably with the elimination of low molecular weight reaction products such as water or -. B. when using dicarboxylic di-lower alkyl for the production of polyesters or polyamides - lower alkanols to condense.

Polyadditionsprodukte werden analog durch Umsetzung durch Verbindungen erhalten, die mindestens zwei, vorzugsweise drei reaktive Gruppen wie z. B. Epoxid-, Cyanat-, Isocyanat-, oder Isothiocyanatgruppen aufweisen, mit Verbindungen, die komplementäre reaktive Gruppen tragen. So reagieren Isocyanate beispielsweise mit Alkoholen zu Urethanen, mit Aminen zu Harnstoffderivaten, während Epoxide mit diesen Komplementären zu Hydroxyethern bzw. Hydroxyaminen reagieren. Wie die Polykondensationen können auch Polyadditionsreaktionen vorteilhaft in einem inerten Lösungs- oder Dispergiermittel ausgeführt werden.Polyaddition products are obtained analogously by reaction by compounds containing at least two, preferably three reactive groups such. Example, epoxy, cyanate, isocyanate, or isothiocyanate groups, with compounds that carry complementary reactive groups. For example, isocyanates react with alcohols to give urethanes, with amines to urea derivatives, while epoxides react with these complements to form hydroxy ethers or hydroxyamines. Like the polycondensations, polyaddition reactions can advantageously be carried out in an inert solvent or dispersant.

Es ist auch möglich, aromatische, aliphatische oder gemischte aromatischaliphatische Polymere, z. B. Polyester, Polyurethane, Polyamide, Polyharnstoffe, Polyepoxide oder auch Lösungspolymerisate, in einem Dispergiermittel wie z. B. in Wasser, Alkoholen, Tetrahydrofuran, Kohlenwasserstoffen zu dispergieren oder zu emulgieren (Sekundärdispersion) und in dieser feinen Verteilung nachzukondensieren, zu vernetzen und auszuhärten.It is also possible to use aromatic, aliphatic or mixed aromatic-aliphatic polymers, e.g. As polyesters, polyurethanes, polyamides, polyureas, polyepoxides or solution polymers, in a dispersant such as. B. in water, alcohols, tetrahydrofuran, hydrocarbons to disperse or emulsify (secondary dispersion) and nachkondensieren in this fine distribution, crosslinking and curing.

Zur Herstellung der für diese Polymerisations-Polykondensations- oder Polyadditionsverfahren benötigten stabilen Dispersionen werden in der Regel Dispergierhilfsmittel eingesetzt.To prepare the stable dispersions required for these polymerization-polycondensation or polyaddition processes, dispersants are generally used.

Als Dispergierhilfsmittel werden vorzugsweise wasserlösliche hochmolekulare organische Verbindungen mit polaren Gruppen, wie Polyvinylpyrrolidon, Copolymerisate aus Vinylpropionat oder -acetat und Vinypyrrolidon, teilverseifte Copolymeriste aus einem Acrylester und Acrylnitril, Polyvinylalkohole mit unterschiedlichem Restacetat-Gehalt, Zelluloseether, Gelatine, Blockcopolymere, modifizierte Stärke, niedermolekulare, carbon- und/oder sulfonsäuregruppenhaltigen Polymerisate oder Mischungen dieser Stoffe verwendet.As dispersing agents are preferably water-soluble high molecular weight organic compounds having polar groups, such as polyvinylpyrrolidone, copolymers of vinyl propionate or acetate and vinylpyrrolidone, partially saponified Copolymeriste of an acrylic ester and acrylonitrile, polyvinyl alcohols with different residual acetate content, cellulose ethers, gelatin, block copolymers, modified starch, low molecular weight, carbon-containing and / or sulfonic acid-containing polymers or mixtures of these substances used.

Besonders bevorzugte Schutzkolloide sind Polyvinylalkohole mit einem Restacetat-Gehalt von unter 35, insbesondere 5 bis 39 Mol.-% und/oder Vinylpyrrolidon-Λ/inylpropionat-Copolymere mit einem Vinylestergehalt von unter 35, insbesondere 5 bis 30 Gew.-%.Particularly preferred protective colloids are polyvinyl alcohols having a residual acetate content of less than 35, in particular 5 to 39, mol% and / or vinylpyrrolidone / inylpropionate copolymers having a vinyl ester content of less than 35, in particular 5 to 30,% by weight.

Es können nichtionische oder auch ionische Emulgatoren, gegebenenfalls auch als Mischung, verwendet werden. Bevorzugte Emulgatoren sind gegebenenfalls ethoxyliierte oder propoxylierte längerkettige Alkanole oder Alkylphenole mit unterschiedlichen Ethoxyiierungs- bzw. Propoxylierungsgraden (z. B. Addukte mit 0 bis 50 mol Alkylenoxid) bzw. deren neutralisierte, sulfatierte, sulfonierte oder phosphatierte Derivate. Auch neutralisierte Dialkylsulfobemsteinsäureester oder Alkyldiphenyloxid- disulfonate sind besonders gut geeignet. Besonders vorteilhaft sind Kombinationen dieser Emulgatoren mit den oben genannten Schutzkolloiden, da mit ihnen besonders feinteilige Dispersionen erhalten werden.It is possible to use nonionic or else ionic emulsifiers, if appropriate also as a mixture. Preferred emulsifiers are optionally ethoxylated or propoxylated, long-chain alkanols or alkylphenols having different degrees of ethoxylation or propoxylation (for example adducts with 0 to 50 mol of alkylene oxide) or their neutralized, sulfated, sulfonated or phosphated derivatives. Also neutralized Dialkylsulfobemsteinsäureester or Alkyldiphenyloxid disulfonates are particularly well suited. Combinations of these emulsifiers with the abovementioned protective colloids are particularly advantageous because they give particularly finely divided dispersions.

Auch spezielle Verfahren zur Herstellung monodisperser Polymerteilchen sind in der Literatur (z. B. R.C. Backus, R.C. Williams, J. Appl. Phys. 19, S. 1186, (1948) bereits beschrieben worden und können mit Vorteil insbesondere zur Herstellung der Kerne eingesetzt werden. Hierbei ist lediglich darauf zu achten, daß die oben angegebenen Teilchengrößen eingehalten werden. Anzustreben ist weiter eine möglichst hohe Einheitlichkeit der Polymerisate. Insbesondere die Teilchengröße kann dabei über die Auswahl geeigneter Emulgatoren und/oder Schutzkolloide bzw. entsprechender Mengen dieser Verbindungen eingestellt werden.Special processes for the preparation of monodisperse polymer particles have also been described in the literature (for example BRC Backus, RC Williams, J. Appl. Phys. 19, p. 1186, (1948) and can be used with advantage in particular for the production of the cores. It is only necessary to ensure that the above-mentioned particle sizes are kept in. The greatest possible uniformity of the polymers is to be achieved, in particular the particle size can be adjusted by selecting suitable emulsifiers and / or protective colloids or corresponding amounts of these compounds.

Durch die Einstellung der Reaktionsbedingungen wie Temperatur, Druck, Reaktionsdauer, Einsatz geeigneter Katalysatorsysteme, die in bekannter Weise den Polymerisationsgrad beeinflussen und die Auswahl der zu ihrer Herstellung eingesetzten Monomeren nach Art und Mengenanteil lassen sich gezielt die gewünschten Eigenschaftskombinationen der benötigten Polymeren einstellen.By adjusting the reaction conditions such as temperature, pressure, reaction time, use of suitable catalyst systems which influence the degree of polymerization in a known manner and the choice of the monomers used for their preparation by type and amount can be set specifically the desired property combinations of the required polymers.

Monomere, die zu Polymeren mit hohem Brechungsindex führen, sind in der Regel solche, die entweder aromatische Teilstrukturen aufweisen, oder solche, die über Heteroatome mit hoher Ordnungszahl, wie z. B. Halogenatome, insbesondere Brom- oder Jodatome, Schwefel oder Metallionen, verfügen, d. h. über Atome oder Atomgruppierungen, welche die Polarisierbarkeit der Polymeren erhöhen.Monomers which lead to polymers of high refractive index are usually those which have either aromatic substructures, or those which have heteroatoms with a high atomic number, such as. As halogen atoms, in particular bromine or iodine atoms, sulfur or metal ions, have, d. H. via atoms or atomic groups, which increase the polarizability of the polymers.

Polymere mit niedrigem Brechungsindex werden demgemäss aus Monomeren oder Monomerengemischen erhalten, die die genannten Teilstrukturen und/oder Atome hoher Ordnungszahl nicht oder nur in geringem Anteil enthalten. Eine Übersicht über die Brechungsindices verschiedener gängiger Homopolymerisate findet sich z. B. in Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 5. Auflange, Band A21 , Seite 169. Beispiele für radikalisch polymerisierbare Monomere, die zu Polymeren mit hohem Brechungsindex führen, sind:Accordingly, polymers with a low refractive index are obtained from monomers or monomer mixtures which do not or only to a small extent contain the abovementioned substructures and / or atoms of high atomic number. An overview of the refractive indices of various common homopolymers can be found for. In Ullmanns Encyklopadie der technischen Chemie, 5th ed., Volume A21, page 169. Examples of radically polymerizable monomers which lead to polymers with a high refractive index are:

Gruppe a): Styrol, im Phenylkern alkylsubstituierte Styrole, α-Methylstyrol, Mono- und Dichlorstyrol, Vinylnaphthalin, Isopropenylnaphthalin, Isopropenylbiphenyl, Vinylpyridin, Isopropenylpyridin, Vinylcarbazol, Vinylanthracen, N-Benzyl-methacrylamid, p-Hydroxymethacrylsäureanilid.Group a): styrene, phenyl nucleus alkyl-substituted styrenes, α-methylstyrene, mono- and dichlorostyrene, vinylnaphthalene, isopropenylnaphthalene, isopropenylbiphenyl, vinylpyridine, isopropenylpyridine, vinylcarbazole, vinylanthracene, N-benzyl-methacrylamide, p-hydroxymethacrylic acid anilide.

Gruppe b): Acrylate, die aromatische Seitenketten aufweisen, wie z. B. Phenyl-(meth)acrylat (= abgekürzte Schreibweise für die beiden Verbindungen Phenylacrylat und Phenylmethacrylat), Phenylvinylether, Benzyl-(meth)acrylat, Benzylvinylether, sowie Verbindungen der FormelnGroup b): acrylates having aromatic side chains, such as. As phenyl (meth) acrylate (= abbreviated notation for the two compounds phenyl acrylate and phenyl methacrylate), phenyl vinyl ether, benzyl (meth) acrylate, benzyl vinyl ethers, and compounds of the formulas

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In der obigen und in weiter unten folgenden Formeln sind zur Verbesserung der Übersichtlichkeit und Vereinfachung der Schreibung Kohlenstoffketten nur durch die zwischen den Kohlenstoffatomen bestehenden Bindungen dargestellt. Diese Schreibweise entspricht der Darstellung aromatischer cylischer Verbindungen, wobei z. B. das Benzol durch ein Sechseck mit alternierend einfach und Doppelbindungen dargestellt wird. Ferner sind solche Verbindungen geeignet, die anstelle von Sauerstoffbrücken Schwefelbrücken enthalten wie z. B.In the above and below formulas, for the sake of clarity and simplicity of writing, carbon chains are represented only by the bonds between the carbon atoms. This notation corresponds to the representation of aromatic Cylischer compounds, wherein z. B. the benzene is represented by a hexagon with alternating simple and double bonds. Furthermore, those compounds are suitable which contain sulfur bridges instead of oxygen bridges such. B.

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In den obigen Formeis steht R für Wasserstoff oder Methyl. Die Phenylringe dieser Monomeren können weitere Substituenten tragen. Solche Substituenten sind geeignet, die Eigenschaften der aus diesen Monomeren erzeugten Polymerisate innerhalb gewisser Grenzen zu modifizieren. Sie können daher gezielt benutzt werden, um insbesondere die anwendungstechnisch relevanten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Sensoren zu optimieren.In the above formula, R is hydrogen or methyl. The phenyl rings of these monomers can carry further substituents. Such substituents are suitable for modifying the properties of the polymers produced from these monomers within certain limits. They can therefore be used specifically to optimize in particular the application-relevant properties of the sensors according to the invention.

Geeignete Substituenten sind insbesondere Halogen, NO2, Alkyl mit einem bis zwanzig C-Atomen, vorzugsweise Methyl, Alkoxy mit einem bis zwanzig C-Atomen, Carboxyalkyl mit einem bis zwanzig C-Atomen, Carbonyalkyl mit einem bis zwanzig C-Atomen, oder -OCOO-Alkyl mit einem bis zwanzig C-Atomen. Die Alkylketten dieser Reste können ihrerseits gegebenenfalls substituiert sein oder durch zweibindige Heteroatome oder Baugruppen wie z. B. -O-, -S-, -NH-, -COO-, -OCO- oder -OCOO- in nicht benachbarten Stellungen unterbrochen sein.Suitable substituents are, in particular, halogen, NO 2 , alkyl having one to twenty C atoms, preferably methyl, alkoxy having one to twenty C atoms, carboxyalkyl having one to twenty C atoms, carbonylalkyl having one to twenty C atoms, or OCOO-alkyl having one to twenty carbon atoms. The alkyl chains of these radicals may in turn be optionally substituted or by divalent hetero atoms or groups such as. B. -O-, -S-, -NH-, -COO-, -OCO- or -OCOO- be interrupted in non-adjacent positions.

Gruppe c): Monomere, die über Heteroatome verfügen, wie z. B. Vinylchlorid, Acyrlnitril, Methacrylnitril, Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylamid und Methacrylamid oder metallorganische Verbindung wie z. B.

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Group c): monomers which have heteroatoms, such as. For example, vinyl chloride, acyl nitrile, methacrylonitrile, acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide and methacrylamide or organometallic compound such. B.
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Gruppe d): Eine Erhöhung des Brechungsindex von Polymeren gelingt auch durch Einpolymerisieren Carbonsäuregruppen enthaltender Monomerer und Überführung der so erhaltenen "sauren" Polymeren in die entsprechenden Salze mit Metallen höheren Atomgewichts, wie z. B. vorzugsweise mit K, Ca, Sr, Ba, Zn, Pb, Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Mn, Sn oder Cd.Group d): An increase in the refractive index of polymers can also be achieved by copolymerizing monomers containing carboxylic acid groups and conversion of the thus obtained "acidic" polymers into the corresponding salts with metals of higher atomic weight, such. B. preferably with K, Ca, Sr, Ba, Zn, Pb, Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Mn, Sn or Cd.

Die oben genannten Monomeren, die einen hohen Beitrag zum Brechungsindex der daraus hergestellten Polymeren leisten, können homopolymerisiert oder untereinander copolymerisiert werden. Sie können auch mit einem gewissen Anteil von Monomeren, die einen geringeren Beitrag zum Brechungsindex leisten, copolymerisiert werden. Solche copolymerisierbaren Monomere mit niedrigerem Brechungsindex-Beitrag sind beispielsweise Acrylate, Methacrylate oder Vinylether oder Vinylester mit rein aliphatischen Resten.The abovementioned monomers, which make a high contribution to the refractive index of the polymers produced therefrom, can be homopolymerized or copolymerized with one another. They can also be copolymerized with a certain proportion of monomers which make a smaller contribution to the refractive index. Such copolymerizable monomers with a lower refractive index contribution are, for example, acrylates, methacrylates or vinyl ethers or vinyl esters with purely aliphatic radicals.

Als vernetzende Mittel zur Herstellung vemetzter Polymerkerne aus radikalisch erzeugten Polymerisaten können darüber hinaus auch alle bi- oder polyfunktionellen Verbindungen eingesetzt werden, die mit den oben genannten Monomeren copolymerisierbar sind oder die nachträglich mit den Polymeren unter Vernetzung reagieren können.In addition, any bi- or polyfunctional compounds which are copolymerizable with the abovementioned monomers or which can subsequently react with the polymers with crosslinking can also be used as crosslinking agents for producing crosslinked polymer cores from radically produced polymers.

Im Folgenden sollen Beispiele geeigneter Vernetzer vorgestellt werden, die zur Systematisierung in Gruppen eingeteilt werden:The following are examples of suitable crosslinkers are presented, which are divided into groups for systematization:

Gruppe 1 : Bisacrylate, Bismethacrylate und Bisvinylether von aromatischen oder aliphatischen di- oder Polydydroxyverbindungen insbesondere von Butandiol (Butandiol-di(meth)acrylat, Butandiol-bis- vinylether), Hexandiol (Hexandiol-di(meth)acrylat, Hexandioi-bis-vinylether), Pentaerythrit, Hydrochinon, Bis-hydroxyphenylmethan, Bis- hydroxyphenylether, Bis-hydroxymethyl-benzol, Bisphenol A oder mti Ethylenoxidspacern, Propylenoxidspacern oder gemischten Ethlenoxid- Propylenoxidspacern.Group 1: bisacrylates, bismethacrylates and bisvinyl ethers of aromatic or aliphatic di- or polydydroxy compounds in particular butanediol (butanediol di (meth) acrylate, butanediol bis-vinyl ether), hexanediol (hexanediol di (meth) acrylate, hexanediol bis-vinyl ether), pentaerythritol, hydroquinone, bis-hydroxyphenylmethane, bis-hydroxyphenyl ether, bis- hydroxymethylbenzene, bisphenol A or mti ethylene oxide spacers, Propylenoxidspacern or mixed Ethlenoxid- Propylenoxidspacern.

Weitere Vernetzer dieser Gruppe sind z. B. Di- oder Polyvinylverbindungen wie Divinybenzol oder auch Methylen-bisacrylamid, Triallylcyanurat, Divinylethylenharnstoff, Trimethylolpropan-tri-(meth)acrylat, Trimethylol- propantricinylether, Pentaerythrit-tetra-(meth)acrylat, Pentaerythrit-tetra- vinylether, sowie Vernetzer mit zwei oder mehreren verschiedenen reaktiven Enden wie z. B. (Meth)allyl-(meth)acrylate der FormelnFurther crosslinkers of this group are z. B. di- or polyvinyl compounds such as divinylbenzene or methylene-bisacrylamide, triallyl cyanurate, divinylethyleneurea, trimethylolpropane tri- (meth) acrylate, trimethylol propane tricinyl ether, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, pentaerythritol tetra- vinyl ether, and crosslinkers with two or several different reactive ends such. B. (meth) allyl (meth) acrylates of the formulas

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, worin R Wasserstoff oder Methyl bedeutet.where R is hydrogen or methyl.

Gruppe 2: Reaktive Vernetzer, die vernetzend, großenteils aber nachvernetzend wirken, z. B. bei Erwärmung oder Trocknung, und die in die Kern- bzw. Mantelpolymere als Copolymere einpolymerisiert werden.Group 2: Reactive crosslinkers which are crosslinking, but largely postcrosslinking, z. As in heating or drying, and which are copolymerized in the core or shell polymers as copolymers.

Beispiele hierfür sind: N-Methylol-(meth)acrylamid, Acrylamidoglycolsäure sowie deren Ether und/oder Ester mit Ci bis C6-Alkoholen, Diacetonacrylamid (DAAM), Glycidylmethacrylat (GMA),Examples include: N-methylol (meth) acrylamide, acrylamidoglycolic acid and their ethers and / or esters with C 1 to C 6 alcohols, diacetone acrylamide (DAAM), glycidyl methacrylate (GMA),

Methacryioyloxypropyl-trimethoxysilan (MEMO), Vinyl-trimethoxysilan, m- Isopropenyl-benzylisocyanat (TMI). Gruppe 3: Carbonsäuregruppen, die durch Copolymerisation ungesättigter Carbonsäuren in das Polymer eingebaut worden sind, werden über mehrwertige Metallionen brückenartig vernetzt. Als ungesättigte Carbonsäuren werden hierzu vorzugsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäureandhydrid, Itaconsäure und Furnarsäure eingesetzt. Als Metallionen eignen sich Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Pb, Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Mn, Sn, Cd. Besonders bevorzugt sind Ca, Mg und Zn, Ti und Zr.Methacryloxypropyltrimethoxysilane (MEMO), vinyltrimethoxysilane, m-isopropenylbenzyl isocyanate (TMI). Group 3: Carboxylic acid groups which have been incorporated into the polymer by copolymerization of unsaturated carboxylic acids are cross-linked via polyvalent metal ions. Acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride, itaconic acid and fumaric acid are preferably used as the unsaturated carboxylic acids. Suitable metal ions are Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Pb, Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Mn, Sn, Cd. Particularly preferred are Ca, Mg and Zn, Ti and Zr.

Gruppe 4: Nachvernetzte Additive. Hierunter versteht man bis- oder höherfunktionalisierte Additive, die mit dem Polymer (durch Additions- oder vorzugsweise Kondensationsreaktionen) irreversibel unter Ausbildung eines Netzwerks reagieren. Beispiele hierfür sind Verbindungen, die pro Molekül mindestens zwei der folgenden reaktiven Gruppen aufweisen: Epoxid-, Aziridin-, Isocyanat-Säurechlorid-, Carbodiimid- oder Carbonylgruppen, ferner z. B. 3,4-Dihydroxy-imidazolinon und dessen Derivate (®Fixapret@-Marken der BASF).Group 4: post-crosslinked additives. This is understood to mean bis- or higher-functionalized additives which react irreversibly with the polymer (by addition or, preferably, condensation reactions) to form a network. Examples of these are compounds which have at least two of the following reactive groups per molecule: epoxide, aziridine, isocyanate-acid chloride, carbodiimide or carbonyl groups, furthermore z. B. 3,4-dihydroxy-imidazolinone and its derivatives (®Fixapret @ brands of BASF).

Wie bereits oben dargelegt, benötigen Nachvemetzer mit reaktiven Gruppen wie z. B. Epoxid- und Isocyanatgruppen komplementäre reaktive Gruppen im zu vernetzenden Polymer. So reagieren Isocyanate beispielsweise mit Alkoholen zu Urethanen, mit Aminen zu Harnstoffderivaten, während Epoxide mit diesen komplementären Gruppen zu Hydroxyethem bzw. Hydroxyaminen reagieren.As already stated above, post crosslinkers with reactive groups such. B. epoxy and isocyanate groups complementary reactive groups in the polymer to be crosslinked. For example, isocyanates react with alcohols to give urethanes, with amines to form urea derivatives, while epoxides react with these complementary groups to form hydroxyethem or hydroxyamines.

Unter Nachvernetzung wird auch die photochemische Aushärtung, eine oxydative oder eine luft- oder feuchtigkeitsinduzierte Aushärtung der Systeme verstanden.Postcrosslinking is also understood to mean photochemical curing, oxidative or air or moisture induced curing of the systems.

Die oben angegebenen Monomeren und Vernetzer können beliebig und zielgerichtet in der Weise miteinander kombiniert und (co-)polymerisiert werden, daß ein gegebenenfalls vernetztes (Co-)polymerisat mit dem gewünschten Brechungsindex und den erforderlichen Stabilitätskriterien und mechanischen Eigenschaften erhalten wird.The abovementioned monomers and crosslinkers can be combined with one another in any desired manner and (co) polymerized in such a way that an optionally crosslinked (co) polymerisate can be polymerized with the desired refractive index and the required stability criteria and mechanical properties is obtained.

Es ist auch möglich, weitere gängige Monomere, z. B. Acrylate, Methacrylate, Vinylester, Butadien, Ethylen oder Styrol, zusätzlich zu copolymerisieren, um beispielsweise die Glastemperatur oder die mechanischen Eigenschaften der Kern- und/oder Mantelpolymeren nach Bedarf einzustellen.It is also possible to use other common monomers, eg. As acrylates, methacrylates, vinyl esters, butadiene, ethylene or styrene, in addition to copolymerize, for example, to adjust the glass transition temperature or the mechanical properties of the core and / or sheath polymers as needed.

Erfindungsgemäß ebenfalls bevorzugt ist es, wenn das Aufbringen des Mantels aus organischen Polymeren durch Aufpfropfung, vorzugsweise durch Emulsionspolymerisation oder ATR-Polymerisation erfolgt. Dabei lassen sich die oben beschriebenen Methoden und Monomere entsprechend einsetzen.It is likewise preferred according to the invention for the coat to be applied from organic polymers by grafting, preferably by emulsion polymerization or ATR polymerization. In this case, the methods and monomers described above can be used accordingly.

Insbesondere beim Einsatz anorganischer Kerne kann es auch bevorzugt sein, dass der Kern vor der Aufpolymerisation des Mantels einer Vorbehandlung unterzogen wird, die ein Anbinden des Mantels ermöglicht. Dies kann üblicherweise in einer chemischen Funktionalisierung der Partikeloberfläche bestehen, wie sie für die verschiedensten anorganischen Materialen aus der Literatur bekannt ist. Insbesondere bevorzugt kann es dabei sein, auf der Oberfläche solche chemischen Funktionen zu anzubringen, die als aktives Kettenende eine Aufpfropfung der Mantelpolymere ermöglichen. Hier sind als Beispiele insbesondere endständige Doppelbindungen, Epoxy-Funktionen sowieIn particular, when using inorganic cores, it may also be preferred that the core is subjected to a pre-treatment prior to the polymerization of the shell, which allows a tethering of the shell. This can usually consist in a chemical functionalization of the particle surface, as is known for a wide variety of inorganic materials from the literature. In particular, it may be preferable to provide such chemical functions on the surface, which enable grafting of the shell polymers as an active chain end. Here are as examples in particular terminal double bonds, epoxy functions as well

Polykondensierbare Gruppen zu nennen. Die Funktionalisierung von Hydroxygruppen-tragenden Oberflächen mit Polymeren ist Beispielsweise aus EP-A-337 144 bekannt. Weitere Methoden zur Modifizierung von Partikeloberflächen sind dem Fachmann wohl bekannt und beispielsweise in verschiedenen Lehrbüchern, wie Unger, K.K., Porous Silica, Elsevier Scientific Publishing Company (1979) beschrieben. Die erfindungsgemäßen Sensoren können selbst Kunststoffsensoren darstellen, die als Endprodukte in den Handel gelangen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den Sensoren um Filme, die sich zur Beschichtung von Oberflächen eignen. Ein Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Sensormaterialen sind auch dekorative Anwendungen. So können die Sensormaterialien in Textilien, wie Kleidung, insbesondere Sportbekleidung integriert werden. Beispielsweise können Teile von Sportschuhen aus diesen Materialen gefertigt werden. Werden die Materialien in Bereichen angebracht, die sich beim Bewegen verformen, so wird neben dem winkelabhängigen Farbeffekt ein weitere Farbeffekt beobachtet, der mit der Dehnung- und Stauchung des Materials korreliert ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung werden die Sensoren zu Pigmenten verarbeitet. Dabei eignen sich die so erhältlichen Pigmente insbesondere zum Einsatz in Farben, Lacken, Druckfarben, Kunststoffen, keramischen Materialien, Gläsern und kosmetischen Formulierungen. Diese Pigmente zeigen den oben diskutierten Farbeffekt bei mechanischer Belastung und können so zusätzliche dekorative Wirkung entfalten. Hierfür können sie auch mit handelsüblichen Pigmenten, beispielsweise anorganischen und organischen Absorptionspigmenten, Metalleffektpigmenten und LCP- Pigmenten, gemischt eingesetzt werden. Weiterhin sind die erfindungsgemäßen Partikel auch zur Herstellung von Pigmentpräparationen sowie zur Herstellung von Trockenpräparaten, wie z.B. Granulaten geeignet. Derartige Pigmentpartikel besitzen vorzugsweise eine plättchenförmige Struktur mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5 μm - 5 mm.To name polycondensable groups. The functionalization of hydroxyl-bearing surfaces with polymers is known, for example, from EP-A-337 144. Other methods of modifying particle surfaces are well known to those skilled in the art and described, for example, in various textbooks, such as Unger, KK, Porous Silica, Elsevier Scientific Publishing Company (1979). The sensors according to the invention can themselves be plastic sensors which are commercially available as end products. In another preferred embodiment of the present invention, the sensors are films suitable for coating surfaces. A field of application of the sensor materials according to the invention are also decorative applications. Thus, the sensor materials in textiles, such as clothing, in particular sports clothing can be integrated. For example, parts of sports shoes can be made from these materials. If the materials are applied in areas that deform during movement, then in addition to the angle-dependent color effect, a further color effect is observed, which is correlated with the elongation and compression of the material. In a further preferred embodiment of this invention, the sensors are processed into pigments. The pigments thus obtainable are particularly suitable for use in paints, lacquers, printing inks, plastics, ceramic materials, glasses and cosmetic formulations. These pigments show the above-discussed color effect under mechanical stress and can thus develop additional decorative effect. For this purpose, they can also be used mixed with commercially available pigments, for example inorganic and organic absorption pigments, metallic effect pigments and LCP pigments. Furthermore, the particles of the invention are also suitable for the preparation of pigment preparations and for the production of dry preparations, such as granules. Such pigment particles preferably have a platelet-shaped structure with an average particle size of 5 μm-5 mm.

Dabei kann die Herstellung der Pigmente beispielsweise erfolgen indem aus den Kem-Mantel-Partikeln zuerst ein Film hergestellt wird, der ggf. gehärtet werden kann. Anschließend kann der Film in geeigneter Weise durch Schneiden oder Brechen und evtl. anschließendes Mahlen zu Pigmenten geeigneter Größe zerkleinert werden. Dieser Vorgang kann beispielsweise in einem kontinuierlichen Bandverfahren erfolgen.In this case, the preparation of the pigments can be carried out, for example, by first producing a film from the core-shell particles which can optionally be cured. Subsequently, the film can be suitably cut or broken and possibly followed by grinding Be crushed pigments of suitable size. This process can be done for example in a continuous belt process.

Das erfindungsgemäße Pigment kann dann zur Pigmentierung von Lacken, Pulverlacken, Farben, Druckfarben, Kunststoffen und kosmetischen Formulierungen, wie z.B. von Lippenstiften, Nagellacken, kosmetischen Stiften, Preßpuder, Make-ups, Shampoos sowie losen Pudern und Gelen verwendet werden.The pigment according to the invention can then be used for pigmenting paints, powder coatings, paints, printing inks, plastics and cosmetic formulations, such as e.g. of lipsticks, nail polishes, cosmetic sticks, molding powders, make-ups, shampoos and loose powders and gels.

Die Konzentration des Pigmentes im zu pigmentierenden Anwendungssystem liegt in der Rege! zwischen 0,1 und 70 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,1 und 50 Gew.-% und insbesondere zwischen 1 ,0 und 20 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfestkörpergehalt des Systems. Sie ist in der Regel abhängig vom konkreten Anwendungsfall. Kunststoffe enthalten das erfindungsgemäße Pigment üblicherweise in Mengen von 0,01 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise von 0,01 bis 25 Gew.-%, insbesondere von 0,1 bis 7 Gew.-%, bezogen auf die Kunststoffmasse. Im Lackbereich wird das Pigmentgemisch, in Mengen von 0,1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Lackdispersion, eingesetzt. Bei der Pigmentierung von Bindemittelsystemen z.B. für Farben und Druckfarben für den Tiefdruck, Offsetdruck oder Siebdruck, oder als Vorprodukt für Druckfarben, z.B. in Form von hochpigmentierten Pasten, Granulaten, Pellets, etc., haben sich insbesondere Pigmentgemische mit sphärischen Farbmitteln, wie z.B. T1O2, Ruß, Chromoxid, Eisenoxid sowie organische „Farbpigmente", als besonders geeignet erwiesen. Das Pigment wird in der Regel in die Druckfarbe in Mengen von 2-35 Gew.-%, vorzugsweise 5-25 Gew.-%, und insbesondere 8-20 Gew.-% eingearbeitet. Offsetdruckfarben können das Pigment bis zu 40 Gew.-% und mehr enthalten. Die Vorprodukte für die Druckfarben, z.B. in Granulatform, als Pellets, Briketts, etc., enthalten neben dem Bindemittel und Additiven bis zu 95 Gew.-% des erfindungsgemäßen Pigmentes. Gegenstand der Erfindung sind somit auch Formulierungen, die das erfindungsgemäße Pigment enthalten.The concentration of the pigment in the application system to be pigmented is currently in progress! between 0.1 and 70 wt .-%, preferably between 0.1 and 50 wt .-% and in particular between 1, 0 and 20 wt .-%, based on the total solids content of the system. It is usually dependent on the specific application. Plastics usually contain the pigment of the invention in amounts of 0.01 to 50 wt .-%, preferably from 0.01 to 25 wt .-%, in particular from 0.1 to 7 wt .-%, based on the plastic composition. In the paint sector, the pigment mixture is used in amounts of from 0.1 to 30% by weight, preferably from 1 to 10% by weight, based on the paint dispersion. In the pigmentation of binder systems, for example, for inks and printing inks for gravure printing, offset printing or screen printing, or as a precursor for printing inks, for example in the form of highly pigmented pastes, granules, pellets, etc., pigment mixtures with spherical colorants, such as T1O 2 Carbon black, chromium oxide, iron oxide and organic "color pigments." The pigment is generally incorporated into the printing ink in amounts of from 2 to 35% by weight, preferably from 5 to 25% by weight, and in particular from 8 to 20% by weight. Offset printing inks may contain up to 40% by weight or more of the pigment The precursors for the printing inks, for example in granular form, as pellets, briquettes, etc., contain, in addition to the binder and additives, up to 95% by weight % of the pigment according to the invention Invention are therefore also formulations containing the pigment according to the invention.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie zu begrenzen. The following examples are intended to illustrate the invention without limiting it.

BeispieleExamples

Verwendete Abkürzungen:Used abbreviations:

BDDA Butani ,4,-dιoldιacrylatBDDA butane, 4, -dιoldιacrylat

SBS NatriumbisulfitSBS sodium bisulfite

SDS Dodecylsulfat NatriumsalzSDS dodecyl sulfate sodium salt

SDTH NatriumdithionitSDTH sodium dithionite

SPS NatriumperoxodisulfatSPS sodium peroxodisulfate

APS AmmoniumperoxodisulfatAPS ammonium peroxodisulfate

KOH KaliumhydroxidKOH potassium hydroxide

ALMA AllylmethacrylatALMA allyl methacrylate

MMA MethylmetacrylatMMA methyl methacrylate

EA EthylacrylatEA ethyl acrylate

HEMA HydroxyethylmethacrylatHEMA hydroxyethyl methacrylate

Beispiel 1 : Herstellung von thermisch vernetzten Sensor-FilmenExample 1: Production of thermally crosslinked sensor films

Eine auf 30 0C temperierte Emulsion, bestehend aus 217 g Wasser, 3,6 g Styrol, 0,4 g BDDA (Butan-1 ,4-dioldiacrylat), 0,05g SBS (Natriumbisulfit) und 200 mg SDS (Natriumdodecylsulfat), wird in den vorgewärmten Reaktor überführt. Direkt im Anschluss wird die Reaktion durch Zugabe von 375 mg SPS (Natriumperoxodisulfat) und 50 mg SBS, jeweils in 10 g Wasser gelöst, gestartet. Nach 10 min. wird eine Monomeremulsion aus 72,9 g Styrol, 8,1 g BDDA, 0,375 g SDS, 0,1 g KOH und 110 g Wasser über einen Zeitraum von 130 min. kontinuierlich zudosiert. Nach beendeter Zudosierung wird 10 min. gewartet und weitere 0,1 g SPS, gelöst in 10 g Wasser, zugegeben. Nach weiteren 10 min. wird mit der Zudosierung einer Emulsion aus 13,5 g MMA, 1 ,5 g ALMA (Allylmethacrylat), 0,075 g SDS und 20 g Wasser über einen Zeitraum von 25 min. begonnen. Nach beendeter Zudosierung wird 10 min. gewartet und mit der Zudosierung einer Emulsion aus 136 g EA (Ethylacrylat), 2,7 g HEMA (Hydroxyethylmethacrylat)-Lösung, 0,375 g SDS und 136 g Wasser über einen Zeitraum von 180 min. begonnen. Nach beendeter Zugabe wird 60 min. lang nachgerührt. 250 ml Emulsion werden zügig in 1 L Methanol unter ständigem Rühren geschüttet. Das Ausflocken wird nach Bedarf mit bis zu 400 ml gesättigter Natriumchloridlösung beschleunigt. Nach einer Stunde Rühren wird das gefällte Polymer abfiltriert und bei 40 0C im Vakuum einer Membranpumpe etwa 2-3 Tage vorgetrocknet und anschließend bei 40 0C im Ölpumpenvakuum nochmals 1-2 Tage entgültig getrocknet.A temperature-controlled at 30 0 C emulsion consisting of 217 g water, 3.6 g of styrene, 0.4 g BDDA (butane-1, 4-diol diacrylate), 0.05 g of SBS (sodium bisulfite) and 200 mg SDS (sodium dodecyl sulfate), is transferred to the preheated reactor. Immediately afterwards, the reaction is started by adding 375 mg of SPS (sodium peroxodisulfate) and 50 mg of SBS, each dissolved in 10 g of water. After 10 min. is a monomer emulsion of 72.9 g of styrene, 8.1 g of BDDA, 0.375 g of SDS, 0.1 g of KOH and 110 g of water over a period of 130 min. continuously added. After completion of dosing is 10 min. maintained and added another 0.1 g of SPS dissolved in 10 g of water. After another 10 min. with the addition of an emulsion of 13.5 g MMA, 1, 5 g ALMA (allyl methacrylate), 0.075 g SDS and 20 g of water over a period of 25 min. began. After completion of dosing is 10 min. with the addition of an emulsion of 136 g EA (ethyl acrylate), 2.7 g HEMA (hydroxyethyl methacrylate) solution, 0.375 g SDS and 136 g of water over a period of 180 min. began. After the addition is 60 min. stirred for a long time. 250 ml of emulsion are quickly poured into 1 l of methanol with constant stirring. The flocculation is accelerated as needed with up to 400 ml of saturated sodium chloride solution. After stirring for one hour, the precipitated polymer is filtered off and pre-dried at 40 0 C in a vacuum of a diaphragm pump for about 2-3 days and then finally dried at 40 0 C in an oil pump vacuum again 1-2 days.

Die Polymere (Einwaage 9,703 g) werden mit 0,297 g Crelan™ Ul (Fa. Bayer AG), 0,3 Gew.-% (30 mg) Licolub FA1 (Entformungskrafterniedriger, Fa. Clariant GmbH) und 0,1 % (10 mg) Ruß N990 (Fa. Freudenberg) bei 120 0C und 80 U/min, extrudiert.The polymers (weight 9,703 g) are mixed with 0.297 g of Crelan ™ Ul (Bayer AG), 0.3% by weight (30 mg) of Licolub FA1 (demolding force reducer, Clariant GmbH) and 0.1% (10 mg ) carbon black N990 (Fa. Freudenberg) at 120 0 C and 80 rev / min, is extruded.

Die extrudierten Polymere werden in Portionen zu ca. 4 g zwischen mitThe extruded polymers are added in portions of about 4 g between

PET-Trennfolie geschützten polierten Platten verbracht. Die poliertenPET release film protected polished panels spent. The polished

Platten werden dann in eine Collin-Laborpresse gelegt und das entsprechende Temperatur-Druck-Programm eingestellt.Plates are then placed in a Collin laboratory press and the appropriate temperature-pressure program is set.

Mit auf 130 0C vorgewärmten Platten werden folgende Schritte durchgeführt:With plates preheated to 130 ° C., the following steps are carried out:

1.) 130 0C, 1 bar hydraulischer Druck, 1 min.1.) 130 0 C, 1 bar hydraulic pressure, 1 min.

2.) 130 0C, 50 bar hydraulischer Druck, 1 min.2.) 130 0 C, 50 bar hydraulic pressure, 1 min.

3.) Presse ohne Kühlvorgang öffnen3.) Open the press without cooling

4.) polierte Platten aus der Presse herausnehmen4.) remove polished plates from the press

5.) PET/Film/PET-Pressling auf Raumtemperatur abkühlen lassen5.) Allow the PET / film / PET pellets to cool to room temperature

6) eine von beiden PET-Trennfolie vom Film abziehen.6) Peel one of both PET release film from the film.

So hergestellte und noch unvernetzte Filme werden dann drucklos mit der PET-Folie nach unten auf die auf 190 0C vorgewärmte Platte der Collin- Laborpresse gelegt und für 5 bzw. 10 min. dort belassen. Die so vernetzten Filme werden nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur von der Trennfolie abgezogen. Analog kann die Herstellung entsprechender Filme beispielsweise auch unter Verwendung von Crelan™ VP LS 2007 bzw. Crelan™ VP LS 2147 (Fa. Bayer AG) erfolgen.Films prepared in this way and yet uncrosslinked are then depressurized down to the PET film down on the pre-heated to 190 0 C plate of the Collin- laboratory press and for 5 or 10 min. leave there. The thus crosslinked films are removed from the release film after cooling to room temperature. Analogously, the production of corresponding films, for example, using Crelan ™ VP LS 2007 and Crelan ™ VP LS 2147 (Bayer AG) done.

Es sind nachfolgend Zugspannungs-Dehnungsdiagramme aufgeführt (Figur 1), um den Vergleich zwischen einem unvernetzten Film und Filmen der gleichen Zusammensetzung, aber mit verschiedenen Crelan-Typen und Vernetzungszeiten von 5 min bzw. 10 min bei einer Vernetzungstemperatur von 1900C vernetzt, anzustellen.Tensile stress-strain diagrams are shown below (Figure 1) to contrast the comparison between an uncrosslinked film and films of the same composition but with different Crelan types and cure times of 5 minutes and 10 minutes, respectively, at a crosslinking temperature of 190 ° C ,

In Figur 1a ist zu erkennen, dass die Nachvemetzung von Filmen diesen elastische Eigenschaften verleiht bis zu einer Dehnung von über 300%. Im Vergleich dazu ist der elastische Bereich von unvernetzten Filmen lediglich bis zu Dehnungen unter 20% ausgeprägt (Figur 1 b). Bei Dehnungen über 20% gelangt der unvernetzte Film in den sog. plastischen Bereich und kehrt bei Entfernung der dehnenden Kraft nicht mehr in die Ausgangssituation zurück. Des weiteren fließt der vernetzte Film im Gegensatz zum unvernetzten Film nicht, wenn die dehnende Kraft länger einwirkt.In FIG. 1 a, it can be seen that the post-crosslinking of films gives them elastic properties up to an elongation of more than 300%. In comparison, the elastic range of uncrosslinked films is only pronounced to strains below 20% (Figure 1 b). At expansions above 20%, the uncrosslinked film reaches the so-called plastic area and does not return to its original position when the stretching force is removed. Furthermore, in contrast to the uncrosslinked film, the crosslinked film does not flow when the stretching force is applied for a longer time.

Beispiel 2: Herstellung von UV-vernetzten Sensor-FilmenExample 2: Production of UV-crosslinked sensor films

Ein Rohpolymer (Kern-Mantel-Partikel aus Polystyrolkern, auf den über eine Zwischenschicht aus p(MMA-co-ALMA) ein statistischer Copolymermantel aus Ethylacrylat mit 10 wt-% Methylmethacrylat aufgepfropft wird) ist, wird mit 2 Gew.-% Benzophenon und 0,2 Gew.-% Licolub FA-1 (Entformungskrafterniedriger, Fa. Clariant GmbH) im Extruder bei 12O0C compoundiert. Das Compound wird in einer Collin-Laborpresse bei einem hydraulischen Druck von 50 bar zwischen zwei auf 13O0C vorgewärmten Pressplatten über 4 Minuten zu einem Film gepresst. Die Pressplatten werden drucklos auf Raumtemperatur abgekühlt, bevor der Film entnommen wird. Anschließend wird der Film in 10 cm Entfernung über einen Zeitraum von 20 min mit einer Glühlampe Osram Ultra Vitalux 300 Watt bestrahlt.A crude polymer (core-shell particles of polystyrene core, on which an intermediate layer of p (MMA-co-ALMA) is grafted a random copolymer coat of ethyl acrylate with 10 wt% methyl methacrylate), with 2 wt .-% benzophenone and 0.2 wt .-% Licolub FA-1 (Entformungskrafterniedriger, Fa. Clariant GmbH) in the extruder at 12O 0 C compounded. The compound is in a Collin laboratory press at a hydraulic pressure of 50 bar between two to 13O 0 C. preheated press plates pressed into a film over 4 minutes. The press plates are depressurized to room temperature before the film is removed. Subsequently, the film is irradiated at a distance of 10 cm over a period of 20 minutes with an incandescent lamp Osram Ultra Vitalux 300 Watt.

Von dem vernetzten Film wurden im ungedehnten Zustand und bei 10%, 20% und 30% Dehnung Transmissionsspektren aufgenommen (Figur 2).Transmission spectra were recorded from the crosslinked film in the unstretched state and at 10%, 20% and 30% elongation (FIG. 2).

In den Figuren 3 bis 5 sind Diagramme von Zug-Dehnungs Messungen von verschiedenen analog Beispiel 2 hergestellten Filmen dargestellt. Vor der Messung wurden aus den Filmen Prüfkörper ausgestanzt und anschließend mit einer Zugprüfungsanlage Zwick Z020 mit konstanter Zuggeschwindigkeit von 20 mm/min in longitudinaler Richtung uniaxial vermessen.FIGS. 3 to 5 show diagrams of tensile-strain measurements of various films produced analogously to Example 2. Before the measurement, specimens were punched out of the films and then uniaxially measured in the longitudinal direction using a tensile tester Zwick Z020 at a constant tensile speed of 20 mm / min.

Die Steigung der Kurven nimmt mit zunehmender Belichtungszeit und damit Zunahme der Vernetzung zu. Folglich haben die Benzophenonkonzentration und die Belichtungszeit einen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der vernetzten Filme. Weitere Möglichkeiten der Anpassung der mechanischen Eigenschaften liegen in der Auswahl der Mantelpolymere und Zwischenschichtpolymere: je höher deren Glasübergangstemperatur, desto „härter" ist der resultierende Film. Damit kann eine Anpassung der mechanischen Eigenschaften von Filmen für Sensoranwendungen auf den zu detektierenden Bereich der angreifenden Dehnungskräfte über die Herstellbedingungen der Filme erfolgen. FigurenThe slope of the curves increases with increasing exposure time and thus increase in cross-linking. Consequently, the benzophenone concentration and the exposure time have an influence on the mechanical properties of the crosslinked films. Further possibilities for the adaptation of the mechanical properties lie in the selection of the shell polymers and interlayer polymers: the higher their glass transition temperature, the "harder" the resulting film is, thus adapting the mechanical properties of films for sensor applications to the area of the applied tensile forces to be detected the manufacturing conditions of the films take place. characters

Figur 1 : Zugspannungs-Dehnungsdiagramme von Filmen nach Beispiel 1. Der vernetzte Film (Figur 1a) weist einen viel größeren elastischen Bereich auf (bis ca. 300% Dehnung). Der elastische Bereich des unvemetzten Filmes (Figur 1 b) ist sehr eng; ab ca. 20% Dehnung findet hier ein nichtlineares Verhalten, das in ein Fliesen übergeht statt. In Fig 1A steht Ul dabei für eine Probe, die unter Verwendung von Crelan™ Ul, VP LS 2007 für eine Probe, die unter Verwendung von Crelan™ VP LS 2007 und VP LS 2147 für eine Probe, die unter Verwendung von Crelan™ VP LS 2147 (alle Fa. Bayer AG) hergestellt wurde. 5 min bzw. 10 min bezieht sich auf die Zeit während der Vernetzung erfolgte.Figure 1: Tensile stress-strain diagrams of films according to Example 1. The crosslinked film (Figure 1a) has a much larger elastic range (up to about 300% elongation). The elastic region of the unvarnished film (Figure 1 b) is very narrow; from about 20% elongation, there is a non-linear behavior here, which turns into a tile instead. In Fig. 1A, Ul stands for a sample prepared using Crelan ™ Ul, VP LS 2007 for a sample prepared using Crelan ™ VP LS 2007 and VP LS 2147 for a sample made using Crelan ™ VP LS 2147 (all Fa. Bayer AG) was produced. 5 min or 10 min refers to the time during the crosslinking took place.

Figur 2: Transmissionsspektrum eines mit 2 Gew. -% Benzophenon versetzten, photochemisch vernetzten Films (gemäß Beispiel 2) bei unterschiedlichen Dehnungszuständen (ε gibt die prozentuale Dehnung im Verhältnis zur ursprünglichen Filmlänge an.). Das Spektrum wurde aufgenommen mit einem UV/VIS-Spektrometer Perkin Eimer Lambda 900.FIG. 2: Transmission spectrum of a photochemically crosslinked film mixed with 2% by weight of benzophenone (according to Example 2) at different elongation states (ε indicates the percentage elongation in relation to the original film length). The spectrum was recorded with a UV / VIS spectrometer Perkin Elmer Lambda 900.

Figur 3: Diagramm von Zug-Dehnungs-Messungen von verschiedenen analog Beispiel 2 hergestellten Filmen (1 Gew.-% Benzophenon; Betrahlungsdauer: 5, 10, 15 bzw. 20 min). Gemessen wurden aus den Filmen ausgestanzte Prüfkörper auf einer Zugprüfungsanlage Zwick Z020 mit konstanter Zuggeschwindigkeit von 20 mm/min in longitudinaler Richtung uniaxial.3 shows a diagram of tensile-strain measurements of various films produced analogously to Example 2 (1% by weight of benzophenone, irradiation duration: 5, 10, 15 or 20 minutes). Measured from the films test specimens were uniaxial on a Zwick Z020 tensile tester with a constant tensile speed of 20 mm / min in the longitudinal direction.

Figur 4: Diagramm von Zug-Dehnungs-Messungen von verschiedenen analog Beispiel 2 hergestellten Filmen (2 Gew.-% Benzophenon; Betrahlungsdauer: 5, 10, 15 bzw. 20 min). Gemessen wurden aus den Filmen ausgestanzte Prüfkörper auf einer Zugprüfungsanlage Zwick Z020 mit konstanter Zuggeschwindigkeit von 20 mm/min in longitudinaler Richtung uniaxial.4: Diagram of tensile-strain measurements of various films produced analogously to Example 2 (2% by weight of benzophenone, irradiation duration: 5, 10, 15 or 20 minutes). Measured were The test pieces punched out on the films were uniaxially stretched on a tensile tester Zwick Z020 at a constant tensile speed of 20 mm / min in the longitudinal direction.

Figur 5: Diagramm von Zug-Dehnungs-Messungen von verschiedenen analog Beispiel 2 hergestellten Filmen (5 Gew.-% Benzophenon; Betrahlungsdauer: 5, 10, 15 bzw. 20 min). Gemessen wurden aus den Filmen ausgestanzte Prüfkörper auf einer Zugprüfungsanlage Zwick Z020 mit konstanter Zuggeschwindigkeit von 20 mm/min in longitudinaler Richtung uniaxial. 5 shows a diagram of tensile-strain measurements of various films prepared analogously to Example 2 (5% by weight of benzophenone, irradiation duration: 5, 10, 15 or 20 minutes). Measured from the films test specimens were uniaxial on a Zwick Z020 tensile tester with a constant tensile speed of 20 mm / min in the longitudinal direction.

Claims

Patentansprüche claims 1. Verwendung von Formkörpern im wesentlichen bestehend aus Kern- Mantel-Partikeln, deren Mantel eine Matrix bildet und deren Mantel mit dem Kern über eine Zwischenschicht verbunden ist und deren Kern im wesentlichen fest ist und eine im wesentlichen monodisperse Größenverteilung aufweist und ein Unterschied zwischen den Brechungsindices des Kernmaterials und des Mantelmaterials besteht, wobei die Mantelmatrix ein Elastomer ist, zur Detektion von mechanischer Krafteinwirkung.1. Use of moldings consisting essentially of core-shell particles whose shell forms a matrix and whose jacket is connected to the core via an intermediate layer and the core is substantially solid and has a substantially monodisperse size distribution and a difference between the Refractive indices of the core material and the cladding material, wherein the cladding matrix is an elastomer, for the detection of mechanical force. 2. Verwendung von Formkörpern nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelmatrix chemisch vernetzt ist.2. Use of moldings according to claim 1, characterized in that the jacket matrix is chemically crosslinked. 3. Verwendung von Formkörpern nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Formkörpern um Folien handelt.3. Use of moldings according to at least one of claims 1 or 2, characterized in that it is the moldings are films. 4. Sensoren zur Detektion von mechanischer Krafteinwirkung im wesentlichen bestehend aus Kern-Mantel-Partikeln, deren Mantel eine Matrix bildet und deren Mantel mit dem Kern über eine Zwischenschicht verbunden ist und deren Kern im wesentlichen fest ist und eine im wesentlichen monodisperse Größenverteilung aufweist, wobei ein Unterschied zwischen den Brechungsindices des Kernmaterials und des Mantelmaterials besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelmatrix ein Elastomer ist.4. Sensors for detecting mechanical force consisting essentially of core-shell particles whose shell forms a matrix and whose jacket is connected to the core via an intermediate layer and the core is substantially fixed and has a substantially monodisperse size distribution, wherein There is a difference between the refractive indices of the core material and the cladding material, characterized in that the cladding matrix is an elastomer. 5. Sensoren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelmatrix chemisch vernetzt ist. 5. Sensors according to claim 4, characterized in that the jacket matrix is chemically crosslinked. 6. Sensoren nach mindestens einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kern-Mantel-Partikel einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von etwa 5 nm bis etwa 2000 nm, vorzugsweise im Bereich von etwa 5 bis 20 nm oder im Bereich von 40 - 500 nm aufweisen.6. Sensors according to at least one of claims 4 or 5, characterized in that the core-shell particles have an average particle diameter in the range of about 5 nm to about 2000 nm, preferably in the range of about 5 to 20 nm or in the range of 40 - 500 nm. 7. Sensoren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen den Brechungsindices des Kernmaterials und des Mantelmaterials mindestens 0,001 , vorzugsweise mindestens 0,01 und insbesondere bevorzugt mindestens 0,1 beträgt.7. Sensors according to at least one of the preceding claims, characterized in that the difference between the refractive indices of the core material and the cladding material is at least 0.001, preferably at least 0.01 and more preferably at least 0.1. 8. Sensoren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Sensor um einen Drucksensor handelt, der vorzugsweise gleichzeitig ein Überdruckventil ist.8. Sensors according to at least one of the preceding claims, characterized in that it is the sensor is a pressure sensor, which is preferably at the same time a pressure relief valve. 9. Sensoren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor in Form eines Filmes geeignet zur Beschichtung von Oberflächen gestaltet ist.9. Sensors according to at least one of the preceding claims, characterized in that the sensor is designed in the form of a film suitable for coating surfaces. 10. Sensoren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als Messtreifen ausgebildet ist.10. Sensors according to at least one of the preceding claims, characterized in that the sensor is designed as a measuring strip. 11. Formkörper im wesentlichen bestehend aus Kern-Mantel-Partikeln, deren Mantel eine Matrix bildet und deren Mantel mit dem Kern über eine Zwischenschicht verbunden ist und deren Kern im wesentlichen fest ist und eine im wesentlichen monodisperse Größenverteilung aufweist, wobei ein Unterschied zwischen den Brechungsindices des Kernmaterials und des Mantelmaterials besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelmatrix ein Elastomer ist. 11. A molded body consisting essentially of core-shell particles whose shell forms a matrix and whose jacket is connected to the core via an intermediate layer and whose core is substantially solid and has a substantially monodisperse size distribution, wherein a difference between the refractive indices the core material and the cladding material, characterized in that the cladding matrix is an elastomer. 12. Formkörper nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelmatrix chemisch vernetzt ist.12. Shaped body according to claim 11, characterized in that the sheath matrix is chemically crosslinked. 13. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Formkörpern um Folien handelt.13. Shaped body according to at least one of claims 11 or 12, characterized in that it is in the moldings are films. 14. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern im wesentlichen bestehend aus Kern-Mantel-Partikeln mit elastomerem Mantel bzw. zur Herstellung von Sensoren zur Detektion von mechanischer Krafteinwirkung, dadurch gekennzeichnet, dass o in einem Schritt a) Kem-Mantel-Partikel, deren Mantel eine Matrix bildet und deren Kern im wesentlichen fest ist und eine im wesentlichen monodisperse Größenverteilung aufweist, wobei ein Unterschied zwischen den Brechungsindices des Kernmaterials und des Mantelmaterials besteht, mit einem Vernetzungshilfsmittel vermischt werden, o das Gemisch in einem Schritt b) bei einer Temperatur bei welcher der Mantel fließfähig ist einer mechanischen Kraft ausgesetzt wird, o in einem Schritt c) eine chemische Vernetzung des Mantels erfolgt.14. A process for the production of moldings consisting essentially of core-shell particles with elastomeric shell or for the production of sensors for the detection of mechanical force, characterized in that o in a step a) Kem-shell particles whose shell a Matrix and whose core is substantially solid and has a substantially monodisperse size distribution, with a difference between the refractive indices of the core material and the cladding material, mixed with a crosslinking aid, or the mixture in a step b) at a temperature at which Sheath flowable is subjected to a mechanical force, o in a step c) chemical cross-linking of the sheath takes place. 15. Verfahren zur Herstellung von Sensoren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernetzung thermisch induziert wird und der Mantel der Kem-Mantel-Partikel freie Cyanat-, Isothiocyanat-, Amino-, Epoxid-, Isocyanat- oder Hydroxy-Gruppen aufweist und als Vernetzungshilfsmittel ein (Poly)lsocyanat, (Poly)Amin oder (Poly)Epoxid eingesetzt wird.15. A method for the production of sensors according to claim 14, characterized in that the crosslinking is thermally induced and the jacket of the core-shell particles free cyanate, isothiocyanate, amino, epoxy, isocyanate or hydroxy groups, and as a crosslinking aid, a (poly) isocyanate, (poly) amine or (poly) epoxide is used. 16. Verfahren zur Herstellung von Sensoren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel freie Hydroxy-Gruppen aufweist, wobei der Mantel vorzugsweise von einem Copolymeren gebildet wird, das Hydroxyalkyl(meth)acrylat-Eiriheiten enthält, und es sich bei dem Vernetzungshilfmittel vorzugsweise um ein Isocyanat, inbesondere bevorzugt ein geschütztes Isocyanat handelt.16. A method for producing sensors according to claim 15, characterized in that the jacket has free hydroxyl groups, wherein the sheath is preferably formed from a copolymer containing hydroxyalkyl (meth) acrylate units, and the cross-linking aid is preferably an isocyanate, more preferably a protected isocyanate. 17. Verfahren zur Herstellung von Sensoren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernetzung mittels Lichtquanten, vorzugsweise mit Energien im Bereich der UV- und/oder VIS- Strahlung, induziert wird und es sich bei dem Vernetzungshilfmittel vorzugsweise um mindestens einen Photoinitiator des Typs Il und dabei insbesondere bevorzugt um mindestens ein Benzophenon- Derivat bzw. Benzophenon handelt. 17. A method for producing sensors according to claim 14, characterized in that the crosslinking is induced by means of light quanta, preferably with energies in the range of UV and / or VIS radiation, and it is in the crosslinking aid is preferably at least one photoinitiator of the type Il and thereby particularly preferably is at least one benzophenone derivative or benzophenone.
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