CN115895418A - 一种三重可逆热致变色示温涂层材料、涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三重可逆热致变色示温涂层材料，由1～4质量份的变色基料和10质量份的固化基料组成，所述变色基料为三重可逆热致变色温敏油墨，所述固化基料为无溶剂聚氨酯。本发明还公开了一种三重可逆热致变色示温涂层材料的制备方法、一种三重可逆热致变色示温涂层及其制备方法。本发明制备的三重可逆热致变色示温涂层同时具备变色可逆性和循环性。
Description
技术领域
本发明属于涂层技术领域，具体涉及一种三重可逆热致变色示温涂层材料、涂层及其制备方法。
背景技术
变色涂层材料作为一种特种材料，因其特殊的变色功能，一直备受人们的关注。变色涂层材料能够受到外部刺激而发生颜色变化，不仅能对基底进行保护，还能产生传感、示警作用，从而被广泛应用在建筑、交通、医学和军事等领域中。有关材料变色的环境作用已有较多报道，包括光、热、电等，其中热致变色和光致变色因其简单普遍的变色因素，备受研究者关注。
热致变色材料是指化合物在受到热的作用时，自身结构会发生特定的物理或者化学变化从而导致可见吸收光谱发生转变，在宏观上的表现就是自身颜色出现了变化，通常我们将颜色发生变化的临界温度称为变色温度。同时根据热致变色材料的变色效果是否能复色，将其分为可逆和不可逆两类热致变色材料。一般而言可逆热致变色材料的变色温度比较低，基本都在200℃以内；而不可逆热致变色材料的变色温度范围很广，有些材料的变色温度甚至达到了1000℃。
目前热致变色示温涂层材料仍存在一些缺陷，往往只具备可逆单一变色示温或者不可逆多重变色示温效果，无法满足多重可逆循环示温的应用场合。有些示温涂层材料的示温效果不够明显，只表现在颜色的深浅变化；有些涂层材料的基本性能较差，影响其使用寿命；有些涂层材料含有毒原料、溶剂，威胁到环境卫生和人体健康；还有些涂层材料的价格十分昂贵，并不适合大众化的需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明旨在制备一种三重可逆热致变色示温涂层材料，同时具备可逆性和循环性变色示温效果。
为实现上述目的，按照本发明一个方面，提供一种三重可逆热致变色示温涂层材料，由1～4质量份的变色基料和10质量份的固化基料组成，所述变色基料为三重可逆热致变色温敏油墨，所述固化基料为无溶剂聚氨酯。
进一步的，所述无溶剂聚氨酯由聚碳酸酯二元醇、甲苯二异氰酸酯、季戊四醇在催化剂作用下合成。
进一步的，所述聚碳酸酯二元醇、甲苯二异氰酸酯、季戊四醇的质量比为10：6：1。
进一步的，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
按照本发明另一个方面，提供一种三重可逆热致变色示温涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
S100：将除水后的聚碳酸酯二元醇与甲苯二异氰酸酯在催化剂作用下进行反应，再加入季戊四醇，反应制得无溶剂聚氨酯；
S200：在无溶剂聚氨酯中加入质量分数为10～40％的三重可逆热致变色温敏油墨，充分搅拌分散混合均匀，得到三重可逆热致变色示温涂层材料。
进一步的，所述聚碳酸酯二元醇与甲苯二异氰酸酯的反应温度为80℃，加入季戊四醇的反应温度为70℃。
按照本发明另一个方面，提供一种三重可逆热致变色示温涂层的制备方法，包括以下步骤：将如上所述三重可逆热致变色示温涂层材料喷涂或刷涂到载玻片上，在室温下固化成膜，得到三重可逆热致变色示温涂层。
按照本发明另一个方面，提供一种根据上述三重可逆热致变色示温涂层的制备方法制备而成的三重可逆热致变色示温涂层。
与现有技术相比，本发明能够取得下列有益效果：
1、本发明制备的三重可逆热致变色示温涂层同时具备变色可逆性和循环性。
2、本发明使用无溶剂聚氨酯，环保无害。
3、本发明的三重可逆热致变色示温涂层材料制备过程操作简单，成本低廉；
4、本发明制备的三重可逆热致变色示温涂层在热稳定性、硬度、附着力等方面性能优异。
附图说明
图1为本发明实施例FHPU的红外光谱图；
图2为本发明实施例不同Ink C含量的CHPU在25-70℃的变色示温图；
图3为本发明实施例30CHPU涂层在25-70℃温度区间里升温变色和降温复色的变色可逆性效果图；
图4为本发明实施例30CHPU涂层表面的铅笔硬度测试图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种三重可逆热致变色示温涂层材料，由1～4质量份自制调配的变色基料三重可逆热致变色温敏油墨和10质量份的固化基料无溶剂聚氨酯组成，其中，无溶剂聚氨酯由聚碳酸酯二元醇、甲苯二异氰酸酯、季戊四醇在催化剂二月桂酸二丁基锡的作用下合成，聚碳酸酯二元醇、甲苯二异氰酸酯、季戊四醇的质量比为10：6：1。
本发明还提供一种如上所述三重可逆热致变色示温涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
S100：在除水后的聚碳酸酯二元醇中加入甲苯二异氰酸酯，并加入催化剂二月桂酸二丁基锡，在80℃下进行反应，再加入季戊四醇，在70℃下反应制得无溶剂聚氨酯；
S200：在无溶剂聚氨酯中加入质量分数为10～40％的三重可逆热致变色温敏油墨，充分搅拌分散混合均匀，得到三重可逆热致变色示温涂层材料。
本发明还提供一种三重可逆热致变色示温涂层的制备方法，包括以下步骤：将如上所述三重可逆热致变色示温涂层材料喷涂或刷涂到载玻片上，在室温下固化成膜，得到三重可逆热致变色示温涂层。
本发明还提供一种根据上述三重可逆热致变色示温涂层的制备方法制备而成的三重可逆热致变色示温涂层。
实施例1
第一步：合成无溶剂聚氨酯(FHPU)
在一个配有机械搅拌器、温度计、冷凝器、干燥管和氮气入口的四口烧瓶中，加入5.0g除水后的聚碳酸酯二元醇(PCDL)并搅拌，再加入3.0g甲苯二异氰酸酯(TDI)，滴加10滴二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，在80℃下反应；然后加入0.5g季戊四醇，在70℃下反应，得到FHPU。
第二步：制备可逆热致变色示温涂层材料
以FHPU为固化基料调配可逆热致变色示温涂层材料，将质量分数分别为10％、20％、30％和40％的三重可逆热致变色温敏油墨Ink C加到FHPU中，充分搅拌分散混合均匀，得到不同的三重可逆热致变色示温涂层材料，分别记作10CHPU、20CHPU、30CHPU和40CHPU。
第三步：制备可逆热致变色示温涂层
将三重可逆热致变色示温涂层材料喷涂或刷涂到载玻片上，然后室温固化成膜，得到可逆热致变色示温涂层。
图1为FHPU的红外光谱图，如图1所示，3446cm-1是—NHCO—中的NH伸缩振动峰；2932cm-1是—CH2—的伸缩振动峰；1741cm-1是PCDL里的C＝O的伸缩振动峰；1670cm-1是—NHCO—的C＝O的伸缩振动峰；此外，在2200cm-1附近的峰消失，说明—NCO—基团已经反应完全，进而说明了FHPU的成功合成。
图2为不同Ink C含量的CHPU在25-70℃的变色示温图，展示了当温度从25℃升温至70℃时40CHPU、30CHPU、20CHPU、10CHPU和FHPU五组涂层样品的颜色变化现象。从图2中可以看到，在室温25℃时，CHPU的颜色均为砖红色；在30℃时，CHPU的颜色第一次转变，此时显示为茶色；在35℃和40℃，CHPU的颜色为绿色；在45℃时，CHPU的颜色第二次转变，此时显示为酸橙色；在50℃和55℃，CHPU的颜色为黄色；在60℃时，CHPU的颜色第三次转变，此时显示为鹅黄色；在65℃时，CHPU的颜色未完全褪去；直到70℃，CHPU的颜色完全转变为白色。综上所述，随着温度的上升，CHPU实现了从砖红色到绿色再到黄色最后到白色的四色变化，对应其特定的指示温度能起到三重示温的效果。
同时可以看到，CHPU涂层的颜色随着InkC含量的增加，颜色逐渐加深，示温现象更明显。所以可以通过调节Ink C的含量制备不同颜色深浅的三重变色示温涂层材料。
图3为30CHPU涂层在25-70℃温度区间里升温变色和降温复色的变色可逆性效果图，从图3中可以看到升温时，涂层的颜色从砖红色转变为绿色，再到黄色最后到白色；而降温恰好相反，涂层的颜色从白色转变为黄色，再到绿色最后到砖红色，说明30CHPU涂层材料的三重变色示温具有可逆性，该功能可以重复循环生效。
图4为30CHPU涂层表面的铅笔硬度测试图，如图4所示，分别采用硬度为4H，5H，6H，7H，8H和9H的铅笔对30CHPU涂层表面进行3次划痕测试。可以看到当铅笔硬度低于8H时，涂层表面没有留下划痕；当铅笔硬度为8H时，涂层表面留下了轻微的划痕；当铅笔硬度为9H时，涂层表面的划痕相较于8H明显加深，因此可以说明30CHPU涂层表面的铅笔硬度为7H。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种三重可逆热致变色示温涂层材料，其特征在于：所述涂层材料由1～4质量份的变色基料和10质量份的固化基料组成，所述变色基料为三重可逆热致变色温敏油墨，所述固化基料为无溶剂聚氨酯。
2.根据权利要求1所述的三重可逆热致变色示温涂层材料，其特征在于：所述无溶剂聚氨酯由聚碳酸酯二元醇、甲苯二异氰酸酯、季戊四醇在催化剂作用下合成。
3.根据权利要求2所述的三重可逆热致变色示温涂层材料，其特征在于：所述聚碳酸酯二元醇、甲苯二异氰酸酯、季戊四醇的质量比为10：6：1。
4.根据权利要求2所述的三重可逆热致变色示温涂层材料，其特征在于：所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述三重可逆热致变色示温涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
S100：将除水后的聚碳酸酯二元醇与甲苯二异氰酸酯在催化剂作用下进行反应，再加入季戊四醇，反应制得无溶剂聚氨酯；
S200：在无溶剂聚氨酯中加入质量分数为10～40％的三重可逆热致变色温敏油墨，充分搅拌分散混合均匀，得到三重可逆热致变色示温涂层材料。
6.根据权利要求5所述的三重可逆热致变色示温涂层材料的制备方法，其特征在于：所述聚碳酸酯二元醇与甲苯二异氰酸酯的反应温度为80℃，加入季戊四醇的反应温度为70℃。
7.一种三重可逆热致变色示温涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1-4任一项所述三重可逆热致变色示温涂层材料喷涂或刷涂到载玻片上，在室温下固化成膜，得到三重可逆热致变色示温涂层。
8.一种根据权利要求7所述三重可逆热致变色示温涂层的制备方法制备而成的三重可逆热致变色示温涂层。
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