低温可逆示温涂料的研究

刘星生, 张鸿雁, 黄国林, 张  燮  (东华理工学院应用化学系, 江西抚州344000)

0  引  言
示温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。示温涂料的主要用途是测量物体表面温度分布情况, 其所以发展迅速、应用广泛, 是由于与普通测温工具(如温度计、热电偶)相比具有不可比拟的优点[ 1] 。我国对示温涂料的研究始于1960年, 随着研究工作的进展, 已形成50~ 900度 的单变色示温涂料和400~ 960 度 的多变色示温涂料系列[ 2 ] 。

1  实验部分
1. 1  主要原料
COC l2• 6H2 O: 分析纯; C6H12 N4 (含量不少于99.0%, pH 在8.5~ 9.5) ; A l2 O3: 分析纯; S iO2: 化学纯; CaO: 分析纯; Na2 SiO3: 分析纯; HCHO: 二甲苯(含量不少于80.0% ); 河沙粉(取抚州河沙于研钵中研磨, 过100目筛)。
1. 2 涂料制备工艺流程
1. 3 钴铵盐的制备
将钴盐( COC l2•6H2O)和六亚甲基四胺混合, 加入适量的水( 10 g 混合物大约需10 mL 水)使之溶解、抽滤、干燥即得。

2  结果与讨论
2. 1  变色颜料的确定
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佳的变色颜料, 结果见表1。

从表1可见: 7号试样不变色, 不能做变色颜料;1号和2号试样变色温度低, 其次是3、4号试样; 1号和6号试样复色时间短, 其次为5号和3 号试样,2、4号试样复色时间长; 从颜色方面考虑, 1、2、3号试样要比4、5、6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, 试样1号和3 号较好,但在实验中发现1号试样极易潮解, 不适宜作变色颜料, 因此选择3号试样制备变色颜料。
2. 2 填料的选择
实验采用醇酸清漆(为漆基) , 以2. 1中确定的颜料为变色材料。取漆基40% , 颜料25% , 填料35%, 稀释剂适量(以涂料稀释成黏稠状为准), 分别用SiO2、CaO、A l2O3和河沙粉作填料将其混合, 制备
出高温涂料。以粘附性、耐水性、变色温度等指标作为初步评价指标, 实验结果如表2。

从表2可见: A、B、C、D 4种涂料的干燥时间和耐水性一样, 但其中C 号涂料的粘附性、耐酸性差, 原因是CaO为碱性物质, 影响了涂料的性能; A 号和B 号涂料粘附性好, 变色温度低, 其原因是SiO2、A l2O3作填料与醇酸清漆配用使涂料结构均匀; D 号涂料以河沙粉作填料, 性能随略逊于A 号和B 号涂料, 但它的成本大大低于A 号和B 号涂料, 具有更强的市场竞争力, 因此本研究选择了河沙粉作为填料。
2. 3  涂料配方的确定
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、粘附性等进行初步考察得涂料配方见表3。

对以上涂料配方进行实验, 对其性能、变色温度和复色时间等的实验结果进行比较, 结果分别见表4和表5。

表4结果表明, 当漆基不足(如2号涂料)时, 涂料的粘附性和干擦性差; 当涂料中填料较少, 而基料与变色颜料配比为1:1, 涂料的干擦性和粘附性好,如1号和4号涂料。由表5可见2号涂料的变色点低, 其次是1号涂料, 后为3号和4号涂料。这说明该涂料的变色点主要取决于漆基, 当漆基较少时, 变色点低; 当漆基用量增多, 变色点也随之升高。这是因为随着漆基用量的增加, 涂料粘性增强, 使涂料结构更加紧密, 变色颜料粒子的结晶水不易失去, 变色点就升高。表5还表明, 4号涂料复色时间长, 其原因是颜料和漆基用量过多, 而填料用量相对较少, 过多的漆基将变色颜料粒子封住, 延长了空气中的水蒸气到颜料粒子的转移时间; 而2号涂料的填料相对较多, 没有过多的漆基, 不会影响空气中水蒸气的转移, 因此复色时间短, 但2号涂料性能差。
综合比较, 选择1号涂料配方适宜, 即漆基:变色颜料:填料为1:1:1。

2. 4  重复试验及性能检测
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, 试验以GB /T9755- 2001合成乳液涂料标准, 采用建筑内墙涂料性能测试方法[ 3] 进行性能测试, 结果如表6。

表6表明, 所选示温涂料配方重复性好, 涂料性能达到GB /T 9755- 2001合成乳液涂料标准, 在低温下( 58~ 60 度 )可逆变色。

3  结  论
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。本文通过实验确定了钴铵盐( COC l2•2 C6H12N4• 10H2O )为变色颜料, 河沙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 /T 9755- 2001合成乳液涂料标准的性能。示温涂料在工业方面, 特别是物体表面温度报警、航空工业的应用非常广泛。如何把示温涂料(特别是低温可逆示温涂料)应用于日常生活, 丰富和方便人们生活也是今后研究示温涂料工作的一个趋势。