一、 可逆感溫變色顏料的變色原理和結構
感溫變色顏料是一種隨溫度上升或下降而反復改變顏色的微膠囊。
可逆感溫變色顏料是由電子轉移型有機化合物體系制備的。 電子轉移型有機化合物是一類具有特殊化學結構的有機發色體系。在特定溫度下因電子轉移使該有機物的分子結構發生變化,從而實現顏色轉變。這種變色物質不僅顏色鮮艷,而且可以實現從“有色===無色”和“無色===有色”狀態的顏色變化,這是重金屬復鹽絡合物型和液晶型可逆感溫變色物質所不具備的。
微膠囊化的可逆感溫變色物質稱為可逆感溫變色顏料(俗稱:溫變顏料,感溫粉或溫變粉)。這種顏料的顆粒呈圓球狀,平均直徑為2~7微米(一微米等于千分之一毫米)。其內部是變色物質,外部是一層厚約0.2~0.5微米既不能溶解也不會融化的透明外殼,正是它保護了變色物質免受其他化學物質的侵蝕。因此,在使用中避免破壞這層外殼是十分重要的。
二、 熱敏變色顏料的類型
1、 熱消色型(R系列):
在低溫時為有色狀態,當溫度升至設定值時顏料從有色變為無色。它的變色溫度可根據用戶需要在-20~80℃ 范圍內設定。 R系列變色顏料的品種最多,色譜齊全,是最常用的變色顏料系列。其色~溫關系曲線如圖1所示 :
圖 1. R系列 色~溫關系曲線
圖 2. F系列 色~溫關系曲線
2、 熱發色型(F系列):
其色~溫特性與R系列正相反。在低溫時為無色狀態,當溫度升至設定值時顏料從無色變為有色。它的發色溫度區間為:60~65℃。其色~溫關系曲線如圖2所示。
三、 感溫變色顏料的變色溫度
1、感溫變色溫度
實際上,感溫變色顏料的變色溫度不是一個溫度點,而是一個溫度區間,也就是從變色開始至變色結束所包含的溫度范圍(T0~T1)。這個溫度區間的寬度一般為4~6℃,有些變色精度較高的品種(窄區間品種,以“N”表示)其變色溫度區間較窄,只有2~3℃。 通常,我們將等速升溫過程中,變色基本完成時所對應的溫度 T1定義為該感溫變色顏料的變色溫度。
2 、感溫變色循環次數
取少許被測變色顏料,用504環氧膠調勻,在白紙上刮樣(厚度0.05-0.08毫米)室溫20℃以上靜置一天。剪取10×30 mm紙樣。取600 mL燒杯二只,注入水。其水溫分別為被測樣品變色溫度區間上限(T1)以上5~20℃和下限(T0)以下不小于5℃(對于RF-65系列油墨,水溫分別定為T0=35℃,T1=70℃),并保持水溫。將試樣輪流浸入二個燒杯中,完成每次循環的時間為3~4秒鐘。觀察顏色變化并記錄可逆變色循環次數(通常,熱消色系列的變色循環次數大于4000—8000次)
四、 感溫變色顏料的使用條件
可逆感溫變色顏料本身是一個不穩定體系(穩定就難于變化),所以其耐光,耐熱,耐老化等性能遠不及普通顏料,在使用中應加以注意。
1、 耐光性
感溫變色顏料的耐光性較差,在強烈陽光下暴曬下會很快褪色失效,因此其只適合在室內使用。應避免強烈陽光和紫外燈光的照射,這樣有利于延長變色顏料的使用壽命。
2、 耐熱性
感溫變色顏料在短時間內可耐230℃高溫(10分鐘左右),可應用于注塑和高溫固化。但變色顏料在發色狀態和消色狀態時的熱穩定性不同,前者的穩定性高于后者。另外當溫度高于80℃時,構成變色體系的有機物也會開始降解。因此變色顏料應避免長期在高于75℃溫度下工作。