摘 要 本文采用水溶性醇酸树脂为基料，无机非金属材料（滑石粉）作为填料，钴铵盐作为变色物质，配制出在水中分散性较好的醇酸树脂，制备了一种粉色变蓝色的低温可逆示温涂料。针对所用的基料和清漆进行优化配制，配制出在水中分散性较好的醇酸树脂，可与颜料相溶。通过填料选择、变色温度及涂料性能的检测，确定了较佳涂料配方。研究表明：较优的物料质量比为漆基：变色颜料：填料=6：3：1。研制成的低温可逆示温涂料，变色明显，有实用价值，特别是在金属物体表面温度报警方面。
关键词 示温涂料；可逆；水性；变色涂料
中图分类号：TQ638 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）01-0017-02
当涂料被加热到一定温度会发生颜色变化，以此来指示物体的表面温度及温度分布情况的涂料称为示温涂料。可根据示温涂料变色后颜色是否可以恢复，分成可逆示温涂料和不可逆示温涂料[1-7]。可逆示温涂料的应用广泛，不仅在工业生产中起示温报警作用，在美化生活中也有作用，比如可以涂在纸张、塑料、木材、金属、玻璃、布等材料上起到美化的作用，可以制作变色衣料、变色茶杯、防伪标签[8-10]。
本研究主要是研制一种粉色变蓝色的低温可逆示温涂料。
该涂料主要用于储油罐温度的监测。
1 实验
1.1 实验仪器及药品
仪器：研钵、玻璃棒、烧杯、烘箱、刮板细度计、研磨机、玻璃珠。
主要原料：六水合氯化钴，六亚甲基四胺（化学纯）；尿素。
漆基材料：醇酸清漆，工业级。
辅助材料：滑石粉。
1.2 钴铵盐的制备
将六水合氯化钴，六亚甲基四胺，尿素按一定比例混合，然后进行研磨，干燥即得。
1.3 水溶性醇酸树脂基料的制备
漆基又称基料，是漆料中的不挥发部分。能形成涂膜，并能黏结颜料。基料对色漆和涂膜的性能起决定性作用。根据漆基中成膜材料成膜机理不同，可分转化型和非转化型两大类。非转化型漆基材料包括纤维素聚合物、氯化橡胶等。转化型漆基材料有醇酸树脂、氨基树脂等。通常选用附着力强、颜色浅并且不与颜料组分起化学反应的物质，如选用虫胶清漆、醇酸清漆作低温变色示温涂料的漆基；还可选用酚醛树脂、有机硅树脂作高温变色示温涂料的漆基[11]。
涂料成膜物通常都是油溶性的，如何将油溶性树脂转变为水溶性树脂，一般采用2种方法：成盐法通过酸碱反应将聚合物主链转变为可溶于水的阴离子或阳离子；在聚合物中引入非离子基团法和将聚合物转变成两性离子中间体法。
本实验制备方法：首先制备酸值较高的醇酸树脂，用弱碱中和成盐，然后融合在水中，成乳液状（淡黄色），得到在水中分散性较好的醇酸树脂，可使水性涂料与其有较好的相溶性。
1.4 工艺流程图
2 实验条件的确定
2.1 变色颜料的确定
变色颜料：六水合氯化钴，六亚甲基四胺。
目前，从现有热致变色涂料所用的热致变色颜料的化学成分和性质来看，可将其分为二大类：无机材料类、有机材料。
变色机理：有机化合物产生可逆热温变色可认为是由于随温度改变分子结构发生了如下变化：电子给予体与电子接受体如酸-碱、酮一醇、内酰亚胺-丙酰胺间发生了平衡移动；两种空间构型或两种晶体结构互变；分子受热开环或产生自由基等。而无机化合物的热温可逆变色是由于分子晶相变化，配位基几何构型或配位数发生变化。当达到某一温度时，颜料颜色发生改变，冷却时颜色又恢复到原色。热温可逆变色颜料主要选用Ag、Hg、Co的碘化物、络合物或复盐和钴盐、镍盐与亚甲基四胺所形成的化合物等。
本可逆热致变色材料变色机理：钴胺盐可逆热致变色材料加热到一定温度（30-80℃）后会失去结晶水，变成蓝色，一经冷却，由于吸收空气中的水汽，逐渐恢复原来的颜色（粉红色）。
按照1.3制备方法制备变色颜料，将制得的变色颜料以变色温度、复色时间和变色后的颜色质量等作为考核指标来确定最佳的变色颜料，结果见表1。
从表1可见：4号和5号试样变色温度低，其次为2号试样；4、5号试样复色时间最长；3号试样要比1、从颜色方面考虑，其次是2、3号试样；3号试样复色时间最短，试样3号较好，2、4、5号试样更理想。综合考虑变色温度、复色时间和变色后颜色质量，因此选择3号试样制备变色颜料。
2.2 漆料配方的确定
在经过多次探索性实验的基础上，利用涂料的基本性能如干擦性、粘附性，平滑性等，进行初步考察得涂料配方，结果表明，但当漆基在一定用量范围内时，它对变色温度的影响不大，不会对涂料的变色温度造成太大的影响，超出其用量范围，会对涂料的性能造成较大的影响。这是因为漆基用量增大， 颜料粒子在漆基中被相互隔离，降低了它们的变色程度，从而使变色温度提高。
2.3 填料的选择
填料的作用机理：填料作为添加剂，主要是通过它占据体积发挥作用，由于填料的存在，基体材料的分子链就不能再占据原来的全部空间，使得相连的链段在某种程度上被固定化，并可能引起基体聚合物的取向。由于填料的尺寸稳定性，使得相连的链段在某种程度上被固定化，聚合物界面区域内的分子链运动受到限制，在填充的聚合物中，热变形温度提高，而使金属化温度上升，收缩率降低，弹性模量、刚度、硬度、冲击强度提高。
填料的作用：①降低成型制件的收缩率，提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等；②树脂粘度有效的调节剂；③可满足不同性能要求，提高耐磨性、改善导电性及导热性等，大多数填料能提高材料冲击强度及压缩强度，但不能提高拉伸强度；④可提高颜料的着色效果；⑤某些填料具有极好的光稳定性和耐化学腐蚀性；⑥有增容
作用[12]。
本实验采用滑石粉。
2.4 重复试验
为进一步考察所选涂料配方的性能，按2.3中确定的涂料配方再进行3次重复试验，结果如表2。
从表2的结果可以看出，编号4、5的涂料有较好的漆膜光泽、涂层外观，干擦性和遮盖力也较好，遮盖力和外观都较差。另外，其变色温度与变色颜料的变色温度基本一致。而颜料分数低于0.25的配方，遮盖力和外观都较差。另外，漆基含量在0.35时虽然有较好的遮盖力，但是涂层干燥后容易掉粉，且变色温度也略微升高。因此根据以上结果，同时考虑成本等其它因素，本系列涂料的基本配方（质量分数表示）可选定如下：漆基0.40，变色颜料030，填料0.30，稀释剂适量。
2.5 影响变色温度的其他因素的探讨
影响示温涂料的因素有以下几点：温度、压力、恒温时间、湿度、光照以及周围的气体环境等都会在一定程度上影响示温涂料变色温度 [13]。
3 结论
通过实验确定了钴铵盐（COCl2·2C6H12N4·10H2O）为变色颜料，滑石粉为填料的低温可逆示温涂料配方，经试验检测，涂料能达到GB/T9755-2001合成树脂乳液涂料标准的性能。
低温可逆示温涂料是一种功能性涂料，具有广泛的应用前景。特别是物体表面温度报警、航空工业的应用非常广泛。低温可逆示温涂料应用于日常生活是今后研究示温涂料工作的一个趋势。
参考文献
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