0 引言
可逆感温变色涂料是一种利用颜色变化测量物体表面温度及其分布的特种涂料。它在一定条件下，当达到某一温度时，会出现某一颜色变化，由此可确定该涂料的指示温度。它广泛应用于饮用水杯、温变手机壳、新奇玩具、温变吹风筒、工艺品等各类塑料制品的表面涂覆。本文采用羟基丙烯酸树脂作为成膜物质，制得性能良好、施工方便的双组分可逆感温变色涂料，适用于ABS 塑料底材的涂装。对影响涂料性能的几个主要因素，如羟基丙烯酸树脂、感温粉、流平剂、分散剂和有机溶剂等的选择及外界条件对感温变色涂料变色温度的影响进行了讨论。
1 实验部分
1.1 感温原理
双组分可逆感温变色涂料中添加的感温粉是一种结晶物质，当涂膜加热到一定温度后，感温粉失去结晶水，导致其晶型发生转变，从而引起涂膜的颜色变化；当冷却至室温时，感温粉又能吸收空气中的水汽，晶型复原，涂膜也逐渐恢复到原来的颜色。因此，可以利用感温粉结晶水的得失变化而引起颜色变化的特性来指示温度的变化。
1.2 原材料及仪器设备
树脂：AB1550 羟基丙烯酸树脂，国产；20%CAB551-0.2 醋酸丁酸纤维素，进口；固化剂，国产。
助剂：BYK-354 流平剂、T963 分散剂、CYC104S分散剂、CYC202P 防沉剂、T-12 催干剂，进口。
颜料：钛白粉、GB-B 永固黄、感温粉，国产；自制普通调色色浆1#、自制普通调色色浆2#。
溶剂：醋酸丁酯、醋酸乙酯、100# 重芳烃、乙二醇丁醚、甲苯、二甲苯、混合丙醇、高沸点溶剂、异丙醇，国产。
仪器设备：VFS-230 高速分散机、303A-2 电热鼓风干燥箱、涂-4 杯、SK-2 立式砂磨机、刮板细度计，国产。
1.3 黄色双组分感温变色底漆的配制
黄色双组分感温变色底漆配方见表1。
工艺：T963 分散剂和BYK-354 流平剂先用二甲苯分散均匀，然后投入相应的羟基丙烯酸树脂、钛白粉、永固黄及剩余溶剂，低速搅拌30 min 后，加盖静置12 h 以上，砂磨机研磨至细度≤ 15 μm，过滤。
1.4 感温粉浆的制备
1.4 感温粉浆的制备
感温粉浆的配方见表2。
工艺：CYC104S 分散剂、BYK306流平剂和CYC202P防沉剂先用二甲苯分散均匀，然后投入相应的AB1550羟基丙烯酸树脂、感温粉及剩余溶剂，低速搅拌30 min后，砂磨机研磨约1.5 h，至细度≤ 25 μm，过滤。
1.5 感温变色面漆的制备
1.5 感温变色面漆的制备
感温变色面漆的配方见表3。
1.6 固化剂的配制
工艺：先将AB1550羟基丙烯酸树脂、20% CAB551-0.2 醋酸丁酸纤维素与感温粉浆混合均匀，再加入普通色浆调至客户要求的颜色，后加入催干剂、醋酸乙酯、二甲苯和混合丙醇溶剂，调整涂料黏度至≥95 s，过滤，包装。
感温变色底面漆都是由含羟基树脂与异氰酸酯固化剂进行交联反应，固化成膜。为了添加方便，固化剂需用溶剂配制成一定比例的溶液，固化剂∶醋酸丁酯= 4 ∶ 1。
1.7 稀释剂配方
稀释剂配方见表4。
1.8 感温变色底面漆的施工
施工前将底漆或面漆与固化剂按6 : 1混合，常温下用稀释剂调整黏度至12~16 s（涂-4杯）。喷涂时喷枪距离工件30~50 cm，空气压力好控制在0.3~0.4 MPa。压力过小，漆液雾化不良，表面会形成麻点；压力过大，易流挂。喷涂完漆膜可在24 h 内自干，也可将喷涂后的工件放入烘箱中低温（70~85℃）烘烤30 min。需要注意的是：涂料加固化剂后必须在4 h 内用完，否则易结胶、失效。
1.9 感温变色涂料性能测试结果
感温变色涂料性能测试结果见表5。
2 结果与讨论
2.1 树脂的选择
丙烯酸树脂具有耐紫外光、耐碱、不氧化和不脆化等优点。用于双组分感温变色底面漆的丙烯酸树脂一般为室温固化型（AC），即在聚合物中引入与热固性树脂类似的官能团（如羟基）与异氰酸酯树脂混合，制得双组分室温固化型聚氨酯体系，通常可以表示为多元醇/ 异氰酸酯涂料。AB1550 羟基丙烯酸树脂具有优良的常规性能、耐化学品性、耐水性和耐划痕性，可以较好满足塑料底材上的应用，同时添加少量20% CAB551-0.2 醋酸丁酸纤维素，有助于提高层间附着力和改善感温粉的排列。
2.2 感温粉的选择
2.2 感温粉的选择
感温变色颜料的激发温度可以设定在5~70℃之间。根据温度不同，大体分为低温变色（10℃左右）、手感变色（30℃左右）、高温变色（40℃、50℃、60℃、70℃）等。
低温系列：8~25℃，用于制冷温度范围应用，如冷饮餐具、食品标签及冰淇淋包装，又称冷变系列。
体温系列：30~40℃，在室内环境温度下显示正常颜色，当和人体接触或与呼吸接触时颜色改变。常用于包装和互动产品，又称手感系列。
体温系列：30~40℃，在室内环境温度下显示正常颜色，当和人体接触或与呼吸接触时颜色改变。常用于包装和互动产品，又称手感系列。
高温系列：40~70℃，当达到使人体皮肤疼痛的过高温度时颜色改变，主要用于安全标签、微波产品、热饮食品标签、餐具，又称热变系列。
感温变色颜料在显色状态下有15 个基本颜色：大红、桃红、金红、玫瑰红、橙红、金黄、亮黄、黑、棕黑、海蓝、宝蓝、墨绿、中绿、草绿、孔雀绿等。将基本色之间按一定比例互配，可以获得更加丰富多彩的变色效果。
例如：二段变色，以22℃感温土耳其蓝和底色黄色为例，当温度低于22℃时，颜色为感温土耳其蓝+ 底色黄色所形成的混合色（翠绿色）；当温度高于22℃时，感温土耳其蓝变为无色，仅显出黄色底色。三段变色，以31℃感温红色、22℃感温土耳其蓝和底色黄色为例，当温度低于22℃时，颜色为感温红色+ 感温土耳其蓝+ 底色黄色所形成的混合色（深咖啡色）；当温度介于22~31℃时，感温土耳其蓝变为无色，此时显示颜色为感温红色+ 底色黄色所形成的混合色（桔红）；当温度高于31℃时，感温红色褪去，仅显出黄色底色。
2.3 外界条件对感温变色涂料变色温度的影响
2.3.1 加热时间、加热速度与变色温度的关系
每一种感温变色颜料一般都有使用条件（升温速度、加热时间等）说明及标准变色色板，使用时受到外界条件（如加热时间、加热速度、周围介质、湿度、压力等）的影响，只有按规定条件进行才能得到准确的结果。一般来说，加热时间长，即升温速度慢，变色温度降低；加热速度快，变色温度高。这是由于加热速度快时，变色颜料本身的温度上升速度跟不上底材温度的变化，即滞后于底材温度。它所积蓄的能量不足以使其引起化学或物理变化。而当其达到一定能量发生反应出现变色时，所指示的温度总是偏高。标准升温速度为2~3℃ /min。
2.3.2 恒温时间对变色温度的影响
在低于规定的变色温度，长时间加热也可以达到同样的变色结果，即恒温时间延长，变色温度降低。
2.3.3 外界环境的影响
感温变色涂料除受加热时间、升温速度等影响外，与周围气氛关系也很大，如外界环境中含有较高浓度的H2S、SO2、NH3、Cl2、CO2、NO2 和H2O 等介质时，极易妨碍原变色反应，改变变色色调或变色温度。
2.4 助剂的选择
CYC104S 分散剂是带亲颜料基团的化合物与有机硅混合物，具有较高的吸附基，吸附牢固性强，吸附层厚，在感温变色涂料中添加少量的CYC104S 分散剂，可以提高涂料的贮存稳定性，提高颜料的着色力和遮盖力，提高涂膜的光泽和平滑性，防止浮色发花，缩短研磨分散时间。流平剂一般是通过与涂料体系的一种可控制不相容来降低涂料体系的表面张力。添加少量的流平剂可以促使涂膜流平，消除涂膜的表面缺陷。选择BYK 公司生产的BYK306 流平剂，当其添加量为0.5%~2% 时，涂膜可以达到较好的表面流平效果。感温变色涂料在贮存过程中感温粉或多或少地会发生沉降而形成积块，造成使用时不易分散。防沉剂的触变效果可以在一定程度上减轻上述情况。防沉剂的主要成分是聚酰胺蜡浆，选择CYC 公司生产的CYC202P 防沉剂有助于感温粉的定位排列，具有极佳的增稠触变性和优良的防沉效果。
2.5 施工膜厚的影响
一般来讲，涂膜越厚，变色温度越高，这是因为成膜后，其中感温粉的含量相对要高，发生反应时所吸收的能量也越大。因此必须提高反应温度才能出现同样的变色。试验表明：涂膜厚度一般以20~35 μm 为宜。
2.6 溶剂的选择
选择溶剂时需要考虑溶剂对树脂的溶解性、安全性、挥发速率及价格等因素。选用适宜的溶剂可以调节感温变色涂料达到理想黏度，以便于施工，使被涂物表面形成均匀的涂层。另外，还要考虑溶剂对感温粉的影响，应避免选用酮类溶剂，因为酮类溶剂会破坏感温粉的晶体结构。一般选用醇类、酯类和苯类等溶剂。
2.6 溶剂的选择
选择溶剂时需要考虑溶剂对树脂的溶解性、安全性、挥发速率及价格等因素。选用适宜的溶剂可以调节感温变色涂料达到理想黏度，以便于施工，使被涂物表面形成均匀的涂层。另外，还要考虑溶剂对感温粉的影响，应避免选用酮类溶剂，因为酮类溶剂会破坏感温粉的晶体结构。一般选用醇类、酯类和苯类等溶剂。
3 结语
双组分可逆感温变色涂料是一种功能性涂料，具有广阔的应用前景。本文研发的双组分感温变色涂料具有优良的常规性能，附着力佳，耐化学性好，耐水性优，耐划痕性佳，随温度的改变而呈现不同的颜色，广泛适用于各类需要示温的ABS 塑料制品表面的涂覆。
