說說示溫涂料(轉(zhuǎn))
示溫涂料也叫熱敏余料或者叫變色涂料,它是以顏色或外觀變化來指示物體表面溫度及溫度分布,具有測溫功能的一種功能性涂料。其原理就是涂層被加熱到一定的溫度時,涂料中的對熱敏感的顏料發(fā)生某些物理或者化學(xué)變化,導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)、分子形態(tài)的變化,外在的表現(xiàn)就是顏色變化,因此可以根據(jù)顏色隨著溫度變化而發(fā)生改變的特性來測量一定范圍內(nèi)的溫度數(shù)值。
熱變色的現(xiàn)象被人們注意并且加以研究始于100多年前;而示溫涂料真正發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用是和航空航天工業(yè)的發(fā)展分不開的,特別是第二次世界大戰(zhàn)期間,示溫涂料的發(fā)展達到鼎盛時期。目前,示溫涂料主要研究和應(yīng)用的國家有德國、英國、美國、日本、俄羅斯及中國。我們國家示溫涂料研究從60年代由原化工部涂料工業(yè)研究所開始研發(fā),取得了相當?shù)某晒?,測溫范圍37℃-1150℃,而且種類很多,應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。早期,隨著我國煉油工業(yè)的興起,煉油裝置需要超溫報警涂料,示溫涂料應(yīng)運而生,70年代,我國航空工業(yè)突飛猛進,設(shè)計、選材都要依據(jù)表面溫度分布而定,從而更加促使示溫涂料向不可逆多變色方向發(fā)展,系列化的不可逆、多變色示溫涂料研制成功,為我國航空工業(yè)發(fā)展作出了重要貢獻,80年代又成功研制了熔融示溫片。
示溫涂料通常分為兩大類型:可逆型和不可逆型??赡嫘褪緶赝苛暇褪羌訜岬侥骋粶囟燃窗l(fā)生色變,冷卻時顏色又恢復(fù)到原狀,可以反復(fù)使用測溫;不可逆示溫涂料就是加熱到某一溫度顏色發(fā)生變化,冷卻時顏色不能恢復(fù)到原來顏色,可以記錄表面經(jīng)受過的溫度。國內(nèi)對可逆示溫涂料研究很少,幾乎是空白。國外示溫涂料已經(jīng)趨向低溫(100℃左右),甚至零下的低溫方向發(fā)展,特別是向可逆示溫涂料出現(xiàn)了一系列產(chǎn)品;但是其鼎盛時期已經(jīng)不再,近幾年關(guān)于示溫涂料的報道也是很少見了。
根據(jù)變色次數(shù),示溫涂料分為單變色、雙變色、多變色三類,從測溫范圍可分為低溫型(<100℃)、中溫型(100℃-500℃)、高溫型(>500℃)。其組成包括變色顏料、漆基、填料及溶劑,可逆型變色顏料主要選用的無機變色顏料是Ag、Hg、Cu的碘化物、金屬配位化合物或者復(fù)鹽;不可逆型變色主要選用鉛、鉻、鎳、鈷、鐵、鎘、鍶、鋅等的硫酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、鉻酸鹽、硫化物等。漆基選擇既要符合顏料特性又不能與顏料起反應(yīng),低溫示溫涂料常用的基料有蟲膠清漆,醇酸樹脂,硝酸纖維素,三聚氰胺樹脂,脲-甲醛縮合物,氨基甲酸酯,纖維素糠醛樹脂,甲基丙烯酸酯-乙酸乙烯酯共聚物,環(huán)氧樹脂等;高溫示溫涂料基料通常選擇有機硅樹脂或者改性有機硅樹脂。
示溫涂料作為測溫重要的載體,與一般的測溫工具,如溫度計和熱電偶相比,具有以下的優(yōu)點:
1.特別適用于一般溫度計無法或者難以測量的場合,如高速運轉(zhuǎn)的部件,大面積表面,復(fù)雜構(gòu)件的溫度測量。
2.不可逆示溫涂料可作為被測物溫度變化的半永久記錄資料,并且可以重復(fù)。
3.具有最高歷經(jīng)溫度“記憶”功能,能夠進行后期溫度測讀,無需即時觀測或記錄設(shè)備。
4.用多變色示溫涂料能夠測量表面溫度分布,并且可以適用于非金屬表面測量。
5.使用方便,簡單,經(jīng)濟,直觀,是其他測溫手段不能代替的。
示溫涂料雖然具有以上的優(yōu)點;但是在實際溫度測量應(yīng)用中有許多弊端,最大缺點就是受到使用條件,如加熱速度,時間,環(huán)境溫度影響較大,精確度比一般測溫工具差一些,只能對一些特征溫度點進行測量,無法對溫度的變化過程進行連續(xù)測量。即使如此,示溫涂料仍然在工業(yè)及航空和國防領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用,如采用示溫涂料對飛機、火箭、衛(wèi)星發(fā)射器、炮彈、返回式衛(wèi)星等溫度的測量;采用示溫涂料對發(fā)動機渦輪盤溫度的測量;煉油工業(yè)中催化加氫、石油裂解等大型設(shè)備,經(jīng)常需要大面積監(jiān)視內(nèi)部襯里是否破壞,反應(yīng)是否正常,可以通過涂在外壁的示溫涂料得以實現(xiàn);非金屬材料工作時,承受的熱載測量一般溫度計難以完成,采用示溫涂料可以取得滿意的效果;液晶示溫在食品保鮮,冷藏溫度指示方面也取得良好的應(yīng)用。示溫涂料不僅滿足了工業(yè)生產(chǎn)的需要,而且還為美化生活提供了條件。將示溫涂料涂布在紙張,木材,塑料,金屬,陶瓷,玻璃,布匹等底材上,獲得裝飾性,趣味性高的底材制品,可以制作變色衣料,變色窗簾,變色茶杯,例如美國Nature公司將示溫涂料涂于瓷杯上,室溫時呈夜幕景象圖案,倒入熱水黑夜景象消失,顯示出白天景象,一看就知道茶水的冷熱,給人以賞心悅目之感,有涂料專家認為,這種新型熱可逆變色涂料大有發(fā)展前景。
示溫涂料的涂裝施工與普通防腐蝕工業(yè)涂料基本相似。以國內(nèi)一款JS-S型單變色不可逆示溫報警涂料為例,其有3款品種(240℃示溫涂料,270℃示溫涂料,370℃示溫涂料)由甲乙雙組分組成,涂裝前必須對底材進行表面處理,等級要求符合GB8923相關(guān)規(guī)定或者根據(jù)ISO8504:2000標準進行判定和處理,要求基面必須干凈無污染。將甲乙組分按照比例充分混合攪拌,并且靜置5分鐘后進行刷涂,涂層厚度干膜為25-35μm,涂布率0.15-0.2Kg/㎡,配好的涂料在6-8小時內(nèi)用完,涂裝工具清洗和涂料稀釋可以使用示溫涂料專用稀釋劑。涂裝現(xiàn)場嚴禁火種,保持良好通風(fēng),環(huán)境溫度25℃,相對濕度<65%,涂裝5小時后實干,即可投入使用。這種示溫涂料適用于煉油化工設(shè)備外壁,工作溫度為140℃,100℃,200℃,當溫度分別達到240℃,270℃,370℃時,其涂層在60分鐘內(nèi)可由藍色變?yōu)榘咨?,淺棕色,白色,即警告操作人員設(shè)備發(fā)生異常,應(yīng)即時采取措施,為確保設(shè)備正常運行和生產(chǎn)安全保駕護航。
隨著涂料的技術(shù),特別是功能涂料的技術(shù)發(fā)展,示溫涂料也在鼎盛期過后進一步持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展,尤其是低溫可逆示溫涂料,微膠囊示溫涂料的開發(fā)取得了可喜的成績。特別是不限于工業(yè)及航空航天領(lǐng)域的民用變色物品的使用迅猛發(fā)展,例如國內(nèi)珠三角地區(qū)一些企業(yè)生產(chǎn)的變色工藝品不但多姿多彩而且行銷國內(nèi)外,從而帶動了變色材料和示溫涂料發(fā)展。雖然示溫涂料屬于小眾化產(chǎn)品;但是在許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用,也是其他測溫工具所不能代替的測溫手段,根據(jù)市場最新調(diào)研報告顯示,預(yù)計2025年全球示溫涂料市場規(guī)模將達到30億美元,未來幾年年復(fù)合增長率CAGR為10%。
筆者始終堅持認為:未來工業(yè)涂料的發(fā)展,在于技術(shù)的突破和各種功能型涂料的開發(fā)及其性能應(yīng)用的不斷延伸的觀點,其中也包括本文涉及的示溫涂料的二次開發(fā)與創(chuàng)新,特別是對低溫可逆多變示溫涂料的研究將成為重點和熱點。