涂料文獻(xiàn)：可逆光致變色粉末涂料實(shí)驗(yàn)

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    1、前言

    光致變色的研究起源于上世紀(jì)初,1904年發(fā)現(xiàn)琥珀酸酯與芳香醛或酮縮合得到稱之為俘精酸酐的產(chǎn)物,具有光致變色現(xiàn)象,當(dāng)時(shí)作為染料合成的一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了廣泛的研究。1987年Heller指出光致變色反應(yīng)可用于信息存儲(chǔ)和光記錄材料,從此光致變色化合物在高技術(shù)領(lǐng)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(fù)使用等優(yōu)點(diǎn),它在近代科學(xué)技術(shù)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(jì)和防護(hù)材料、分析試劑、偽裝及裝飾材料。但目前對(duì)于光致變色材料引入到粉末涂料領(lǐng)域的研究還是較少。

    本文中，我們將有機(jī)光致變色化合物引入粉末涂料領(lǐng)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(jù)粉末涂料顏色的變化判斷太陽(yáng)光紫外線的強(qiáng)弱，有一定的開(kāi)發(fā)性和使用性。這種粉末涂料所形成的涂層具有在太陽(yáng)光線照射下顏色轉(zhuǎn)變迅速，色澤艷麗、裝飾性強(qiáng)的特點(diǎn)，無(wú)論是室內(nèi)還是室外環(huán)境中存在紫外線或其他高能射線，涂層就會(huì)迅速變色，提醒人們防止灼曬傷害或高頻電磁傷害。當(dāng)環(huán)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(fù)可逆性。

    2、實(shí)驗(yàn)部分

    2.1實(shí)驗(yàn)原料

    本文中所使用的主體成膜物質(zhì)采用環(huán)氧丙烯酸酯體系，因?yàn)榭紤]長(zhǎng)期在戶外高紫外線環(huán)境使用，采用耐侯性較好的ESTRON公司EP-455丙烯酸樹(shù)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(xì)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(rùn)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(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(zhǔn)確稱量，倒入攪拌器中，混合6~15分鐘；再通雙螺桿擠出機(jī)擠出，下料口溫度設(shè)定在≤50℃；一段溫度設(shè)定在90℃~110℃度，二段溫度100℃~120℃；擠出、押片、ACM超微粉碎、旋風(fēng)分級(jí)、過(guò)篩，性能檢測(cè)；合格后包裝入庫(kù)，即成具有可逆光致變色粉末涂料。

    光致變色顏料的變色機(jī)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(huán)中螺C—O鍵或C—N鍵斷裂開(kāi)環(huán)，吸收波長(zhǎng)紅移，而開(kāi)環(huán)后的螺環(huán)結(jié)構(gòu)在可見(jiàn)光照射下，能重新合環(huán)，回復(fù)原來(lái)的吸收光譜。螺吡喃衍生物光致變色反應(yīng)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(guò)大分子的化學(xué)反應(yīng),即含羥基或胺基的聚合物與鹵代烷基或帶酰氯基團(tuán)的螺吡喃化合物反應(yīng)制得光致變色高分子；

    通過(guò)帶兩個(gè)羥甲基的螺吡喃衍生物和過(guò)量的苯二甲酰氯反應(yīng),然后再與雙酚A反應(yīng),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(yōu)點(diǎn)是熱穩(wěn)定性高,抗疲勞性強(qiáng)。其結(jié)構(gòu)與螺吡喃相似,光致變色機(jī)理是：

    激發(fā)態(tài)的螺嗪分子的吸收波長(zhǎng)在600nm左右。這類分子的缺點(diǎn)是熱消色速率太快,只有幾秒至幾分鐘就會(huì)變?yōu)闊o(wú)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(huán)次數(shù)較高(耐疲勞性好)和室溫下幾乎無(wú)熱消色反應(yīng)等特點(diǎn),典型的光致變色反應(yīng)機(jī)理：

    即源于光誘導(dǎo)黃色的5,12-醌式(trans-quinone)至橙色“ana”醌式(ana-quinone)的異構(gòu)化反應(yīng)。從黃色到橙色的呈色反應(yīng)可用λ≤405nm的紫外光誘導(dǎo),而反向消色反應(yīng)可在可見(jiàn)光照射下發(fā)生。

    光致變色材料對(duì)強(qiáng)光特別敏感，因此可以用來(lái)制作強(qiáng)光輻劑量劑。它能測(cè)量電離輻射，探測(cè)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(jì)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(qiáng)度，防止紫外線對(duì)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(jī)、軍艦的行蹤，形成可褪色的暫時(shí)痕跡。光致變色玻璃可以自動(dòng)控制建筑物及汽車內(nèi)的光線，做成防護(hù)眼鏡可以防止原子彈爆炸產(chǎn)生的射線和強(qiáng)激光對(duì)人眼的損害，還可以做成照像機(jī)自動(dòng)曝光的濾光片，軍用機(jī)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(yáng)光底下照射后，顏色很快變深（3-5秒），而在無(wú)照射時(shí)又能很快恢復(fù)原來(lái)的顏色（3~10秒），如下圖所示。

    進(jìn)一步通過(guò)可見(jiàn)-紫外吸收光譜儀對(duì)比分析光照前后粉末涂料的吸收峰也可以得到同樣的結(jié)論，見(jiàn)圖3。光照后的粉末涂料在500~570nm附近出現(xiàn)很強(qiáng)的吸收峰，說(shuō)明涂料吸收了黃光，從而表現(xiàn)出藍(lán)色，這與實(shí)際觀測(cè)到的現(xiàn)象一致。

    3、結(jié)論

    將光致變色材料引入粉末涂料領(lǐng)域后，可以獲得相應(yīng)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(yáng)光線照射下顏色轉(zhuǎn)變迅速，色澤艷麗、裝飾性強(qiáng)的特點(diǎn)，無(wú)論是室內(nèi)還是室外環(huán)境中存在紫外線或其他高能射線，涂層就會(huì)迅速變色，提醒人們防止灼曬傷害或高頻電磁傷害；當(dāng)環(huán)境中紫外線消失后，顏色又能迅速變回原色，同時(shí)具有熱穩(wěn)定性和抗疲勞性，可多次重復(fù)變色，成本低廉，使用方便。

    本文中的顏色可以從無(wú)色變?yōu)樯钏{(lán)色或鮮艷紫色，顏色變化較為單一，可以通過(guò)引入更多的光致變色有機(jī)物進(jìn)行顏色上的調(diào)節(jié)，使得該種粉末涂料的應(yīng)用范圍更為廣泛。（來(lái)源：全球涂料網(wǎng)）（更多資訊請(qǐng)登錄：全球涂料網(wǎng) http://m.srglobaltrade.com/）