第27卷　第1期湖　南　大　学　学　报　(自然科学版)V o1.27,N o.1　2000年2月Jou rnal of H unan U n iversity(N atu ral Sciences Editi on)Feb.2000文章编号:100022472(2000)0120035205低温可逆变色涂料的研究Ξ胡智荣1,陈声宗1,钟旭东2(1.湖南大学化学化工学院,湖南长沙　410082;2.佛山石湾园林陶瓷厂,广东佛山　528031) 摘　要:采用Co盐(CoC l2・2C6H12N4・10H2O)作为变色材料,无机非金属材料(Si O2,CaO,M gO,A l2O3粉)作为填料,制成低温可逆变色涂料Λ通过填料选择、变色温度、恢复原颜色时间的试验及涂料性能的检测,确定了最佳涂料配方Λ关键词:涂料;示温涂料;可逆变色中图分类号:TQ637.5 文献标识码:　AR esearch of R eversib le Changing2co lo r Coatingin the L ow er T em peratu reHU Zh i2rong1,CH EN Sheng2zong1,ZHON G Xu2dong2(1.Co llege of Chem istry and Chem ical Engineering,H unan U n iv,Changsha　410082,Ch ina;2.Sh i w an Yuan lin Ceram ic Facto ry,Fu shan　528031,Ch ina) Abstract:A low tem p eratu re reversib le changing2co lo r coating has been develop ed by u sing Co2salt(CoC l2・2C6H12N4・10H2O)as co lou r2changing sub stance,and ino rgan ic nonm etallic m aterials(Si O2,CaO,M gO,A l2O3)pow der as fillers.T he op ti m um coatings fo rm u lati on is determ ined by choo sing fillers,testing of co lou r2 changing tem p aratu re and co lou r2recovering ti m e as w ell as p ain t p rop erties.Key words:coating;therm oco lou r reversib le;co lou r2changing随着科学技术的迅速发展,工业上对温度的控制要求越来越高,特别是某些用一般测温仪器无法测量和高速转动难以测量的场合Λ例如,炼油装置的超温报警,通信电缆封接,非金属材料在尖端科学领域中如飞机的发动机涡轮叶片、火焰筒,返回式卫星与大气层摩擦产生的温度等等,迫切需要一种能自动显示温度的材料,以解决温度难以监测的问题Λ近几十年来,世界各国的科学界无不关注这一问题,因此,各种各样的致热变色(示温)涂料应运而生,广泛用于航空、电力、炼油、电子、机械、食品、卫生、医疗等各个领域Λ目前,德、英、美、日、俄等国家已经研制出一系列不同用途的变色涂料,在研究和应用方面处于领先地位,并正朝着低温(100℃左右)乃至零下低温方向发展,以满足工业和日Ξ收稿日期:1999207210作者简介:胡智荣(1943-),男,广东五华人,湖南大学副教授.常生活各个领域的需要[1]Λ我国对变色涂料的研究始于60年代,在研究和应用方面取得了可喜的进展,但是,其研究的产品大都属于高温不可逆变色涂料,至于低温可逆变色涂料研究还很少,几乎是空白[2]Λ基于上述情况,本研究的目的是拟用无机盐为颜料,以无机非金属材料为填料,制成一种低温可逆变色涂料Λ1　变色机理变色涂料是由变色物质加上其它辅助成分制成的特种功能材料Λ这种材料具有颜色随温度而变化的特性Λ可逆无机变色涂料,从它的组成和性质来看,属于无机材料类,这种材料的可逆变色机理是利用某些变色材料在一定温度作用下其晶格发生位移,即由一种晶型转变为另一种晶型从而导致颜色改变,而当冷却到室温后晶型复原,颜色也随之复原的原理[3]Λ由于变色材料晶格位移变化比温度变化慢,因而晶型改变所出现的颜色变化滞后于温度变化,而且晶型复原过程的颜色变化滞后现象更加明显Λ由于某些含结晶水的无机盐加热到一定温度后会失去结晶水而改变颜色,冷却后又能从空气中吸收水分形成结晶水,例如Co 盐,其化学反应方程式如下:CoC l 2・2C 6H 12N 4・10H 2O CoC l 2・2C 6H 12N 4+10H 2O 粉红色 天蓝色 因此这种物质的变色其实质是络合物的配位数发生变化Λ这种物质受热后变色快,但颜色复原需要较长的时间和较高的空气湿度,称为有记忆功能的材料[4]Λ2　实验所用主要原材料及辅助材料2.1　主要原材料漆基材料:醇酸清漆,工业级;变色材料:CoC l 2・2C 6H 12N 4・10H 2O ,化学纯;溶剂:二甲苯等,化学纯Λ2.2　辅助材料Si O 2,CaO ,M gO ,A l 2O 3等粉末,工业级;助剂:化学纯Λ3　工艺路线及填料选择3.1　工艺流程的确定实验采用工艺流程如图1Λ3.2　填料选择取漆基材料5g ,颜料2g ,溶剂适量,分别用Si O 2,CaO ,M gO ,A l 2O 3粉末作填料,按上述工艺路线制成涂料,并检测其性能,63 湖南大学学报(自然科学版) 2000年见表1Λ表1　填料选择试验试验号填　料pH 值耐水性干燥时间 h粘附性变色温度 ℃复色时间 hA Si O 27.048h 不起泡48好6512B CaO 8.024h 起泡60不好7012C M gO 8.024h 起泡60不好7012DA l 2O 37.024h 不起泡48好556从表1可见,B 和C 涂料性能差,变色温度高(70℃),复色时间长(12h ),这是因为它使用CaO 和M gO 作为填料,属碱性物质,影响醇酸清漆的性能,因而制成的涂料耐水性差,粘附性不好;A 和D 以Si O 2和A l 2O 3作填料,它与漆基配用较好,使结构更加均匀,有利于晶体位移[5],变色温度也较低,特别是A l 2O 3使涂料均匀性更好,因此,变色温度最低,而且恢复原色的时间最短Λ4　配方确定及实验结果分析4.1　配方确定在探索实验的基础上,实验采用优选法确定涂料的配方,见表2Λ 表2　涂料配方 g配方号颜　料漆　基填　料助　剂稀释剂1101010少　量适　量2102020少　量适　量3201020少　量适　量4202010少　量适　量4.2　涂料的制备及其性能测定称取一定量的颜料、漆基、填料分别放入混合器中,加入适量的稀释剂和助剂,并将混合器置于50℃的水浴槽中,搅拌均匀,使其充分混合,每次升温5℃,保温15m in ,观察其颜色变化情况,并将涂料颜色改变的温度作为变色温度Λ然后将上述实验结果按照建筑涂料性能的测试方法测试涂料的性能,结果见表3Λ表3　涂料性能比较配方号粘度(涂4杯) s悬浮性 %干擦性耐水性(48h )涂刷性能16280不掉粉不起泡良24260不掉粉不起泡差33860微掉粉不起泡差47180不掉粉不起泡好从表3可见,1号、4号涂料性能较好,说明涂料的性能与漆基材料及填料的配比有直接关系,当颜料与漆基质量之比为1,漆与填料质量之比大于1时,它的附着力和强度都较好Λ4.3　变色温度试验为了进一步观察涂料的变色情况,将上述4种配方制成的涂料置于干燥箱中,分别控73　第1期 胡智荣等:低温可逆变色涂料的研究 83 湖南大学学报(自然科学版) 2000年制干燥箱内的温度为40℃,45℃,50℃,55℃,每次保温15m in,其变色情况见表4Λ表4　变色温度比较配方号温度 ℃颜　色温度 ℃颜　色温度 ℃颜　色温度 ℃颜　色140粉　红45粉　红50粉　红55天　蓝240粉　红45粉　红50粉　红55天　蓝340粉　红45粉　红50粉　红55天　蓝440粉　红45粉　红50粉　红55天　蓝从表4可见,涂料的变色温度均在50～55℃之间Λ再对上述涂料每次升温1℃,保温15m in,测定其变色温度见表5Λ表5　涂料变色温度实验配方号温度 ℃颜　色温度 ℃颜　色温度 ℃颜　色温度 ℃颜　色151粉　红52浅　蓝53天　蓝54天　蓝251粉　红52浅　蓝53浅　蓝54天　蓝351粉　红52浅　蓝53浅　蓝54天　蓝451粉　红52浅　蓝53天　蓝54天　蓝从表5可知,1号、4号涂料变色温度为53℃,2号3号为54℃Λ说明涂料变色温度范围主要取决于颜色的变色温度和填料选择,而对配方中颜料和漆基用量多少关系不大Λ4.4　复色时间比较将变色后的涂料从干燥箱中取出,置于室温下(24℃,相对湿度70%)自然冷却,并测定其恢复原色所需的时间,见表6Λ表6　恢复原色的时间配方号1234恢复原色时间 h4.54.04.07表6可见,涂料复色时间4号最长,其原因是漆的用量较多,而填料相对较少,当漆基用量过多时,颜料被漆料密封后,使得晶体转移时间延长;2、3号填料相对较多,使颜料较好地均匀分布,从而不影响晶体转移,因此复色时间短,但填料多,涂料性能差Λ从上述实验可知,1号配方制成的涂料,其悬浮性能、涂刷性能都比较好(见表3),而且变色灵敏度高(见表5),但恢复原色的时间稍长(见表6)Λ因此,在1号配方基础上将填料调整为12g,即m颜料∶m漆基∶m填料=1∶1∶1.2,进行重复实验,测定其变色温度,结果见表7Λ表7　重复试验实验号温度 ℃颜　色温度 ℃颜　色温度 ℃颜　色温度 ℃颜　色551粉　红52浅　蓝53天　蓝60天　蓝651粉　红52浅　蓝53天　蓝60天　蓝751粉　红52浅　蓝53天　蓝60天　蓝将上述实验结果,参照建筑内墙涂料性能有关测试方法,拟定(表8)有关指标作为低温可逆变色涂料性能的评价标准,结果见表8Λ表8　涂料性能测试结果检测项目容器中状态遮盖力(g ・m -2)涂层外观干燥时间 h耐水性 h 耐碱性 h 复色时间 h标准技术无结块,悬浮性好≤250平整均匀≤48≥96≥4805无结块,悬浮性好220平整均匀36120484.06无结块,悬浮性好210平整均匀36125504.07无结块,悬浮性好215平整均匀36120504.0 注:技术标准为GB 9755288合成浮液涂料标准试验结果表明,所选配方重复性能好,且涂料性能均达到规定值Λ5　结　语低温可逆变色涂料是一种能记忆颜色变化的新型功能涂料,具有广阔的应用前景,并且具有深远的社会意义和经济效益[6]Λ由于这种涂料的研究报道很少,要研制出具有更低温度可逆变色的涂料,还有待于进一步研究Λ参考文献:[1]　郭家振.示温涂料的原理及应用[J ].化工时刊,1976,10(9):7～10.[2]　王疑然.示温涂料的现状与发展[J ].涂料工业,1991(6):35.[3]　李文戈,王文芬,吴锦屏.可逆热致变色材料[J ].功能材料,1997,28(4):337～338.[4]　宫永宽,陈拴虎.热致变色材料及其应用[J ].物理化学学报,1995,11(2):97～100.[5]　刘智荣,陈声宗,钟旭东.低温可逆示温涂料的研究[J ].涂料工业,1999(8):8～20.[6]　N akade 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