工藝技術│可逆光致變色粉末涂料
表面處理網訊1前言
光致變色的研究起源于上世紀初,1904年發現琥珀酸酯與芳香醛或酮縮合得到稱之為俘精酸酐的產物,具有光致變色現象,當時作為染料合成的一個環節進行了廣泛的研究1987年Heller指出光致變色反應可用于信息存儲和光記錄材料,從此光致變色化合物在高技術領域中的研究倍受青睞光致變色材料具有分辨率高直接成像和反復使用等優點,它在近代科學技術和日常生活中具有極大的潛在用途,如防偽材料自顯影照相各種輻射劑量計和防護材料分析試劑偽裝及裝飾材料但目前對于光致變色材料引入到粉末涂料領域的研究還是較少
本文中我們將有機光致變色化合物引入粉末涂料領域企望能增加粉末涂料家族的新品種和多樣性尤其是在防日曬的體育器材或者建筑上面使用光致變色粉末涂料可以根據粉末涂料顏色的變化判斷太陽光紫外線的強弱有一定的開發性和使用性這種粉末涂料所形成的涂層具有在太陽光線照射下顏色轉變迅速色澤艷麗裝飾性強的特點無論是室內還是室外環境中存在紫外線或其他高能射線涂層就會迅速變色提醒人們防止灼曬傷害或高頻電磁傷害當環境中紫外線消失后顏色又能迅速變回原色顏色變化具有重復可逆性實驗部分
2實驗部分
2.1實驗原料
本文中所使用的主體成膜物質采用環氧丙烯酸酯體系因為考慮長期在戶外高紫外線環境使用采用耐侯性較好的ESTRON公司EP-455丙烯酸樹脂體系固化劑采用十二碳二羧酸DDDA加少量的十八羧酸固化劑光致變色材料采用螺吡喃衍生物等顏料鈦白粉及其他顏料若干填料超細硫酸鋇等流平劑均聚丙烯酸正丁酯抗干擾劑采用甲基丙烯酸甲酯（MMA）與苯乙烯（ST）甲基丙烯酸丁酯（MBA）丙烯酸丁酯（BA）的共聚合物（俗稱潤濕光亮劑701B）日本DIC公司的A-241也有類似功能消泡劑安息香（又名二苯乙醇酮）或乙撐雙硬酯酸酰胺適量
2.2實驗方法
可逆光致變色粉末涂料配方如表1所示
將上述的丙烯酸酯長鏈二羧酸固化劑光致變色材料顏料填料和助劑等按以上比例準確稱量倒入攪拌器中混合6~15分鐘再通雙螺桿擠出機擠出下料口溫度設定在≤50℃一段溫度設定在90℃~110℃度二段溫度100℃~120℃擠出押片ACM超微粉碎旋風分級過篩性能檢測合格后包裝入庫即成具有可逆光致變色粉末涂料｜
光致變色顏料的變色機理
上述的光致變色顏料主要為雙苯并噻唑螺吡喃衍生物螺噁嗪俘精酸酐螺噻喃其中一種或幾種混合物在紫外光作用下螺吡喃類螺環中螺CO鍵或CN鍵斷裂開環吸收波長紅移而開環后的螺環結構在可見光照射下能重新合環回復原來的吸收光譜螺吡喃衍生物光致變色反應的原理圖如下
合成含螺吡喃類光致變色高分子有下述幾種方法
合成含螺吡喃的甲基丙烯酸酯或甲基丙烯酰胺類單體,然后與普通的烯烴類單體共聚,可制得光致變色高分子
通過大分子的化學反應,即含羥基或胺基的聚合物與鹵代烷基或帶酰氯基團的螺吡喃化合物反應制得光致變色高分子
通過帶兩個羥甲基的螺吡喃衍生物和過量的苯二甲酰氯反應,然后再與雙酚A反應,最終可制得主鏈中含螺吡喃的縮聚高分子
螺嗪是一類重要的光致變色化合物,與螺吡喃化合物相比,其主要優點是熱穩定性高,抗疲勞性強其結構與螺吡喃相似,光致變色機理是
激發態的螺嗪分子的吸收波長在600nm左右這類分子的缺點是熱消色速率太快,只有幾秒至幾分鐘就會變為無色｜
苯氧基萘并萘醌類光致變色材料與俘精酸酐類相似,具有可逆循環次數較高耐疲勞性好和室溫下幾乎無熱消色反應等特點,典型的光致變色反應機理
即源于光誘導黃色的5,12-醌式trans-quinone至橙色ana醌式ana-quinone的異構化反應從黃色到橙色的呈色反應可用λ≤405nm的紫外光誘導,而反向消色反應可在可見光照射下發生
光致變色材料對強光特別敏感因此可以用來制作強光輻劑量劑它能測量電離輻射探測紫外線X射線γ射線等的劑量如將其涂在飛船的外部能快速精確地計量出高輻射的劑量光致變色材料還可以制成多層濾光器控制輻射光的強度防止紫外線對人眼及身體的傷害如果把高靈敏度的光致變色體系指示屏用于武器上可記錄飛機軍艦的行蹤形成可褪色的暫時痕跡光致變色玻璃可以自動控制建筑物及汽車內的光線做成防護眼鏡可以防止原子彈爆炸產生的射線和強激光對人眼的損害還可以做成照像機自動曝光的濾光片軍用機械的偽裝等
2.3光致變色性能
將可逆光致變色粉末涂料噴涂在鋼片上放在陽光底下照射后顏色很快變深（3-5秒）而在無照射時又能很快恢復原來的顏色（3~10秒）如下圖所示
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進一步通過可見-紫外吸收光譜儀對比分析光照前后粉末涂料的吸收峰也可以得到同樣的結論見圖3光照后的粉末涂料在500~570nm附近出現很強的吸收峰說明涂料吸收了黃光從而表現出藍色這與實際觀測到的現象一致
3結論
將光致變色材料引入粉末涂料領域后可以獲得相應的可逆光致變色粉末涂料涂覆使用后所形成的涂層具有在太陽光線照射下顏色轉變迅速色澤艷麗裝飾性強的特點無論是室內還是室外環境中存在紫外線或其他高能射線涂層就會迅速變色提醒人們防止灼曬傷害或高頻電磁傷害當環境中紫外線消失后顏色又能迅速變回原色同時具有熱穩定性和抗疲勞性可多次重復變色成本低廉使用方便
本文中的顏色可以從無色變為深藍色或鮮艷紫色顏色變化較為單一可以通過引入更多的光致變色有機物進行顏色上的調節使得該種粉末涂料的應用范圍更為廣泛
