单组分热温可逆感温变色涂料的制备 □ 周荣华，黄欢红，沈球旺，刘 忠 （深圳市天健涂料科技开发有限公司，广东深圳 518122）

0 前 言 单组分热温可逆感温变色涂料是一种利用颜色变化测量物体表面温度及温度分布的特种涂料。它在一定条件下，当加热到某一温度时，会出现某一颜色变化，由此可确定该涂料的指示温度。其广泛应用于感温变色杯（见图1）、温变手机壳、温变玩具、温变吹风筒等各类塑胶制品的表面涂覆。本试验采用热塑性丙烯酸树脂为基料制备可用于A B S塑胶底材的感温变色涂料，并对影响涂料性能的几个主要因素，如热塑性丙烯酸树脂、醋酸纤维树脂、感温粉、流平剂、分散剂、防沉剂和有机溶剂等的选择及外界条件对感温变色涂料的变色温度的影响进行了讨论，结果制得性能良好、施工方便的单组分热温可逆感温变色涂料。 1 试验部分 1.1 感温原理 单组分热温可逆感温变色涂料配方中添加的感温粉是一种结晶物质，当涂膜被加热到一定温度后，感温粉会失去结晶水，导致其晶型发生转变，从而引起涂膜的颜色变化，当冷却至室温，感温粉又能吸收空气中的水汽，晶型复原，涂膜也逐渐恢复到原来的颜色。因此可以利用感温粉结晶水的得失变化而引起颜色变化的特性来指示温度的变化。 1.2 原材料及仪器设备 树脂:热塑性丙烯酸树脂Z J -451，国产;热塑性丙烯酸树脂L R -7652、20％C A B381-0.5醋酸纤维，进口。 助剂: B Y K3 0 6 流平剂、C Y C1 0 4 S 分散剂、CYC202P防沉剂，进口。 颜料:钛白粉、感温粉、自制普通调色色浆1#、色浆2#，国产。 溶剂:醋酸乙酯、乙二醇丁醚、二甲苯、混丙醇、120#白电油、碳酸二甲酯、异丙醇，国产。 仪器设备: V F S -230高速分散机、303A -2电热鼓风干燥箱、涂-4＃杯、S K -2立式砂磨机、刮板细度计，国产。 1.3 感温变色涂料底漆的配制（见表1） 工艺: C Y C104S分散剂和B Y K306流平剂先用二甲苯分散均匀，然后投入相应的热塑性丙烯酸树脂、钛白粉及剩余溶剂，低速搅拌30 m i n后，加盖静置12 h以上，上机砂磨机研磨，细度要求≤15 μm，下机过滤。 1.4 感温粉浆的制备（见表2） 工艺: C Y C104S分散剂、B Y K306流平剂和C Y C202P防沉剂先用二甲苯分散均匀，然后投入相应的热塑性丙烯酸树脂、20％C A B381-0.5醋酸纤维、感温粉及剩余溶剂，低速搅拌30 m i n后，上机砂磨机研磨约1.5 h，细度要求≤25 μm，下机过滤。 1.5 感温变色涂料参考配方（见表3） 工艺:先将热塑性丙烯酸树脂与感温粉浆混合均匀，再加入普通色浆进行调色，最后加入醋酸乙酯、二甲苯、混丙醇溶剂调整涂料的黏度至120 s，过滤、包装。 1.6 稀释剂参考配方（见表4） 1.7 感温变色涂料的施工 用配套的稀释剂将涂料调至合适喷涂的黏度9～10 s。空气压力控制在0.3～0.4 M P a。压力过小，涂料雾化不良，表面会形成麻点;压力过大易流挂。将已喷好涂料的工件放入65 ℃烘箱中烘烤20～30 m i n即可。 1.8 性能测试结果（见表5） 2 结果与讨论 2.1 树脂的选择 树脂基料对涂膜的大部分物理性能（例如附着力、耐化学性、耐磨性和抗刮性等）起主要作用。热塑性丙烯酸树脂基本上可以满足上述涂膜性能的要求，并且提供了优良的回收性和较宽的施工条件。以热塑性丙烯酸树脂为主体树脂的涂料不像2K涂料那样受到施工环境温度和烘烤温度的影响，更重要的是没有使用的活化期限，结合夹具的设计和涂装工艺的调整可回收部分涂料再使用。 市场上热塑性丙烯酸树脂种类很多，不同的品种和型号对施工条件要求大致相同，而形成涂膜后却具有不同的物理性能。要尽量选择低固含量、高黏度的树脂品种，也应尽可能地选择能在大部分溶剂（特别是后期挥发的慢溶剂）中有良好溶解性的树脂品种。感温变色涂料中选择三菱丽阳公司生产的L R -7652热塑性丙烯酸树脂，具有优良的常规性能、耐化学性、耐磨性和耐划痕性，可以较好地满足应用于A B S、P E、P S、P U、E V A等塑胶底材上，同时添加少量的20％C A B381-0.5醋酸纤维，可有助于提高层间附着力及感温粉的排列。 2.2 感温粉的选择 感温变色颜料的激发温度可以设定在5～70 ℃，有低温到高温多种温度区间，根据温度不同大体分为低温变色（10 ℃）、手感变色（30 ℃）、高温变色（40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃）等。 低温系列: 8～25 ℃，用作制冷温度范围应用，如冷饮餐具、食品标签及冰淇淋包装，又称冷变系列。体温系列:30～40 ℃，在室内环境温度下显示正常颜色，当和人体接触或与呼吸接触时颜色改变，常用于包装和互动产品，又称手感系列。高温系列:40～70 ℃，当达到使人体皮肤疼痛的过高温度时颜色改变，主要用于安全标签、微波产品、热饮食品标签、餐具，又称热变系列。 感温变色颜料在显色状态下有以下15个基本色:大红、桃红、金红、玫瑰红、橙红、金黄、亮黄、黑、棕黑、海蓝、宝蓝、墨绿、中绿、草绿、孔雀绿。将基本色按一定比例互配，可以获得更加丰富多彩的变色效果。 2.3 外界条件对涂料变色温度的影响 2.3.1 感温变色温度 感温变色颜料的变色温度不是一个温度点，而是一个温度区间，也就是从变色开始至变色结束所包含的温度范围（T 0～T 1）。这个温度区间的宽度一般为4～6 ℃，有些变色精度较高的品种(窄区间品种，以“N”表示)其变色温度区间较窄，只有2～3 ℃。通常，我们将等速升温过程中，变色基本完成时所对应的温度T 1定义为该感温变色颜料的变色温度。 2.3.2 加热时间、加热速度与变色温度的关系 每一种热温变色颜料一般都有使用条件（升温速度、加热时间等）说明及标准变色色板，使用时遇到外界条件（如加热时间、加热速度、周围介质、湿度、压力等）的影响，只有按规定条件进行才能得到准确的结果。变色与选用的热温变色颜料感温灵敏度、颜色变化色差大小关系很大，也与实际应用条件（加热时间、加热速度等）有关。 可逆变色T =A +B logV 式中:T ——为变色温度，℃/min; A 、B ——对某一颜料言为常数（实测）。 一般来说，加热时间长，即升温速度慢，变色温度降低;加热速度快，变色温度高。这是由于加热速度快时，变色颜料本身的温度上升速度跟不上底材温度的变化，即滞后于底材温度。它所积蓄的能量不足以使其引起化学或物理变化。而当其达到一定能量发生反应出现变色时，所指示的温度总是偏高的。标准升温速度为2～3 ℃/min。 2.3.3 恒温时间对变色温度的影响 在低于规定的变色温度，长时间加热也可以达到同样的变色结果，即恒温时间延长，变色温度降低。 2.3.4 外界周围环境的影响 感温变色涂料除受加热时间、速度等影响外，与周围环境关系也很大，如外界环境中含有较高浓度的H2S、S O2、N H2、C l2、C O2、N O2和H2O等介质存在，极易防碍原变色反应，改变了变色色调或变色温度。 2.4 助剂的选择 CYC104S分散剂是带亲颜料基团的化合物与有机硅混合物，具有较高的吸附基，吸附牢固性强，吸附层厚，因此，在感温变色涂料中添加少量的C Y C104S分散剂可以提高涂料的贮存稳定性，提高颜料的着色力和遮盖力，提高涂膜的光泽和平滑性，防止浮色发花现象，缩短研磨分散时间。流平剂一般是通过与涂料体系的一种可控制的不相容来降低涂料体系的表面张力，添加少量的流平剂可以促使涂膜流平，消除涂膜的表面缺陷。选择BYK公司生产的BYK306流平剂，当添加量为0.5％～2％时，涂膜可以达到较好的表面流平效果。感温变色涂料在贮存过程中感温粉会或多或少地发生沉降而形成积块，这种情况会在使用时造成不易分散，防沉剂的触变效果可以在一定程度上减轻上述情况。防沉剂的主要成分是聚酰胺蜡浆，选择C Y C公司生产的C Y C202P可以有助于感温粉的定位排列，具有极佳的增稠触变性，优良的防沉效果，较好地满足这方面的要求。感温变色涂料中要避免添加U V吸收剂，因为UV吸收剂和感温粉都能吸收U V光，会造成感温变色效果降低。 2.5 施工膜厚的影响 一般来讲，涂膜越厚，变色温度越高，这是因为涂膜厚，其中感温粉的含量相对要多，发生反应时所吸收的能量也越大。因此必须提高反应温度才能出现同样的变色。试验表明，涂膜厚度一般以20～35 μm为宜。 2.6 溶剂的选择 选择溶剂时需要考虑溶剂对树脂的溶解性、安全性、挥发速率及价格等。选用适当的溶剂可以调节感温变色涂料的理想黏度，以便于施工，使被涂物表面得到均匀的涂层。感温变色涂料溶剂的选择还要考虑溶剂对感温粉的影响，要避免选用酮类溶剂，因为酮类溶剂会破坏感温粉的晶体结构，一般选用的溶剂有醇类、酯类和苯类溶剂等。 2.7 感温变色涂料施工主要事项 可逆感温变色颜料本身是一个不稳定体系（稳定就难于变化），所以其耐光、耐热、耐老化等性能远不及普通颜料,在使用中应加以注意。 （1） 耐光性 感温变色颜料的耐光性较差，在强烈阳光下曝晒下会很快褪色失效，因此其只适合在室内使用。应避免强烈阳光和紫外灯光的照射，这样有利于延长感温变色涂料的使用寿命。 （2） 耐热性 感温变色颜料在短时间内可耐230 ℃高温（10 m i n）。但变色颜料在发色状态和消色状态时的热稳定性不同，前者的稳定性高于后者。另外当温度高于80 ℃时，构成变色体系的有机物也会开始降解。因此感温变色涂料应避免长期处于高于75 ℃环境。

3 结 语 单组分热温可逆感温变色涂料是一种功能性涂料，具有广泛的应用前景。本文通过试验研发的感温变色涂料具有极好的涂膜外观，随温度的改变而呈现不同的颜色。涂膜附着力佳、耐水性好、耐溶剂性佳。广泛适用于饮用水杯、电热水壶、餐筷、碗具、婴儿浴缸等需要感温变色或示温的用品表面涂装。