一、 可逆感温变色颜料的变色原理和结构
感温变色颜料是一种随温度上升或下降而反复改变颜色的微胶囊。
可逆感温变色颜料是由电子转移型有机化合物体系制备的。 电子转移型有机化合物是一类具有特殊化学结构的有机发色体系。在特定温度下因电子转移使该有机物的分子结构发生变化,从而实现颜色转变。这种变色物质不仅颜色鲜艳,而且可以实现从“有色===无色”和“无色===有色”状态的颜色变化,这是重金属复盐络合物型和液晶型可逆感温变色物质所不具备的。
微胶囊化的可逆感温变色物质称为可逆感温变色颜料(俗称:温变颜料,感温粉或温变粉)。这种颜料的颗粒呈圆球状,平均直径为2~7微米(一微米等于千分之一毫米)。其内部是变色物质,外部是一层厚约0.2~0.5微米既不能溶解也不会融化的透明外壳,正是它保护了变色物质免受其他化学物质的侵蚀。因此,在使用中避免破坏这层外壳是十分重要的。
二、 热敏变色颜料的类型
1、 热消色型(R系列):
在低温时为有色状态,当温度升至设定值时颜料从有色变为无色。它的变色温度可根据用户需要在-20~80℃ 范围内设定。 R系列变色颜料的品种最多,色谱齐全,是最常用的变色颜料系列。其色~温关系曲线如图1所示 :
图 1. R系列 色~温关系曲线
图 2. F系列 色~温关系曲线
2、 热发色型(F系列):
其色~温特性与R系列正相反。在低温时为无色状态,当温度升至设定值时颜料从无色变为有色。它的发色温度区间为:60~65℃。其色~温关系曲线如图2所示。
三、 感温变色颜料的变色温度
1、感温变色温度
实际上,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(T0~T1)。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 T1定义为该感温变色颜料的变色温度。
2 、感温变色循环次数
取少许被测变色颜料,用504环氧胶调匀,在白纸上刮样(厚度0.05-0.08毫米)室温20℃以上静置一天。剪取10×30 mm纸样。取600 mL烧杯二只,注入水。其水温分别为被测样品变色温度区间上限(T1)以上5~20℃和下限(T0)以下不小于5℃(对于RF-65系列油墨,水温分别定为T0=35℃,T1=70℃),并保持水温。将试样轮流浸入二个烧杯中,完成每次循环的时间为3~4秒钟。观察颜色变化并记录可逆变色循环次数(通常,热消色系列的变色循环次数大于4000—8000次)
四、 感温变色颜料的使用条件
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,在强烈阳光下暴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,这样有利于延长变色颜料的使用寿命。
2、 耐热性
感温变色颜料在短时间内可耐230℃高温(10分钟左右),可应用于注塑和高温固化。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。因此变色颜料应避免长期在高于75℃温度下工作。