Gegen Produktpiraterie: Hightech-Etiketten mit eingebautem Farbschalter

Gängige Sicherheitsmerkmale sind entweder sehr teuer oder reichen oft nicht mehr aus, um sich gegen Plagiate schützen zu können und diese auch zu erkennen. Eine Lösung könnten neue, multifunktionale Etiketten aus Kunststoff sein, die mit einem farbigen Barcode gekennzeichnet sind.

Die Etiketten können zum Beispiel so aufgebaut werden, dass die Erhöhung ihrer Umgebungstemperatur den Code infolge einer Farbänderung sichtbar und damit auslesbar macht. Entwickelt haben diese maschinenlesbaren Etiketten Forscher an der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin.

Die BAM setzt dabei auf thermoplastisches Polyurethan (TPU), welches zusammen mit der Bayer MaterialScience AG entwickelt worden ist. Die Kunststoffe haben eine interessante Eigenschaft: sie besitzen ein Formgedächtnis. Die Fachleute nennen diese Kunststoffe deshalb auch Formgedächtnispolymere (FGP).

Die Formgedächtnispolymere werden so bezeichnet, weil sie sich nach einer thermo-mechanischen Programmierung an ihre frühere Form „scheinbar“ erinnern können. Diese Programmierung ist kompliziert und besteht im Wesentlichen aus fünf Einzelschritten: Das FGP wird erwärmt, verformt, in der aufgezwungenen Form abgekühlt, entlastet und abschließend wieder auf Raumtemperatur gebracht. Kombiniert man ein Kennzeichnungsverfahren, über das ein grafisches und maschinenlesbares Element in die Polymeroberfläche eingebracht wird, mit der Programmierung, so kann zum Beispiel ein Barcode zunächst unlesbar und später wieder lesbar gemacht werden, eben dann, wenn das Polymer – ausgelöst durch einen Wärmeschub – wieder in die ursprüngliche Form zurückspringt.

Die von der BAM eingesetzten Kunststoffplättchen aus TPU bieten unzählige Gestaltungsmöglichkeiten in Bezug auf ihre Größe, Form und Farbgebung. Es sind auch miniaturisierte Code-Formen mit Kantenlängen von wenigen Millimetern möglich, allerdings setzt die Auslesbarkeit des Codes Grenzen. Die Anhängeetiketten, im Englischen nennt man sie „tags“, sind auch aufrollbar. Auch können sie nur in Teilen verformt werden.

In diesem Kunststoff, die Erfindung nennen die BAM-Wissenschaftler „SMP Tagnologies“, befindet sich eine farbtragende Schicht, in die ein QR Code eingraviert werden kann. Dieser Quick Response Code macht ein schnelles Auslesen möglich; er besteht aus einem meist schwarz-weißen Muster, das an einen Irrgarten erinnert. Immer öfter findet man die Codes auf Eintrittskarten, in Anzeigen oder am Ende von Presseartikeln. Sie können beispielsweise von Smartphones ausgelesen werden und Verlinkungen im Internet oder Detailinformationen in sich tragen.

Der Code mit dem thermisch induzierbaren Farbwechsel ist in einem programmierten Etikett der BAM beispielsweise auslesbar, wenn es der Händler oder der Kunde mit einem Fön oder in einem Wasserbad auf eine bestimmte Temperatur erwärmt. „Möglich wird dies durch den Einsatz von Permanentfarbstoffen in Kombination mit thermochromen Pigmenten und die exzellenten Formgedächtniseigenschaften des Polymers“, sagt Thorsten Pretsch, der an der BAM über Formgedächtnispolymere forscht. Unter Thermochromie versteht man die Eigenschaft bestimmter Substanzen, bei Erwärmung die Farbe zu ändern.

Die Technik erlaubt ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten. Drei der möglichen Szenarien sind zum Beispiel:

Der QR Code ist in der temporären Form des Polymers bei Raumtemperatur nicht sichtbar und erscheint erst, wenn man das Etikett erwärmt. Dabei kommt es zu einem Farbumschlag und anschließend zur Rückverformung in die Permanentform, woraufhin der Code lesbar wird. Kühlt das Polymer ab, verschwindet der Code wieder.

Der QR Code ist bei Raumtemperatur zwar sichtbar, aber wegen einer starken Verzerrung nicht auslesbar. Bei einer höheren Temperatur schaltet zum Beispiel die Farbe der farbtragenden Schicht von Schwarz auf Blau. Durch die Rückverformung wird der Code dann maschinell lesbar. Kühlt man das Etikett wieder herunter, so verbleibt das Polymer in der Permanentform und nimmt wieder die schwarze Farbe an.

Der QR Code ist als blau/weißes Farbmuster in der temporären Form des Polymers bei Raumtemperatur verzerrt sichtbar. Das Erwärmen des Etiketts führt zur Rückverformung und dem Entfärben der blauen Bereiche, ein anschließendes Abkühlen stellt den Kontrast und die Auslesbarkeit des Codes her, da die blaue Farbe zurückkehrt.

Die Etiketten mit den versteckten oder verzerrt sichtbaren QR Codes zu fälschen, sei sehr aufwendig, sagt Pretsch: „Eine Fälschung unserer Echtheitszertifikate erfordert viel Knowhow und technische Raffinesse; allein die Nachprogrammierung eines verzerrten Musters ist eine Herausforderung.“

Neben der neuen Färbetechnik ist es auch möglich, ein Logo oder ein Symbol einzugravieren, und dieses durch das Programmieren vorübergehend entweder unsichtbar zu machen oder es durch eine temporär sichtbare Information zu verschlüsseln, so dass ein Produktfälscher dieses Sicherheitsmerkmal übersieht oder fehlinterpretiert.

Gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF Förderkennzeichen 03V0043). Zu sehen sind die neuen Etiketten und das Verfahren auf der Hannover Messe vom 8. bis 12.4. 2013 am Stand der BAM (Halle 2, A18).

Kontakt:
Dr. rer. nat. Thorsten Pretsch
Abteilung 6 Materialschutz und Oberflächentechnik
E-Mail: thorsten.pretsch@bam.de