一种环保示温涂料及其制备方法

文献发布时间：2023-06-19 10:22:47

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种环保示温涂料及其制备方法。

背景技术

以颜色或现象变化来指示物体表面温度及温度分布的一种涂料。其组成包括热敏颜料、漆基、溶剂和填料。基料主要为耐光耐候性较好的丙烯酸类树脂和有机硅树脂。示温涂料可分为可逆和不可逆两类，其中又有单变色、双变色和多变色之分。这类涂料适于水银温度计、毫伏计、辐射高测计不宜测温的地方，或连续运转的部件及大面积表面温度分布的测示。如用于化工、炼油、反应釜外壁起到超温报警作用，用于飞机发动机和内部仪表、蒙皮结构的温度测定和温度分布测示等。

示温涂料是借涂料颜色的变化来指示涂装物温度的变化和分布情况。因涂料中含有对温度敏感的颜料，所以涂膜受热至一定温度时，颜色即发生变化。通常分为：①可逆性示温涂料。涂膜受热至一定温度时即发生变色，冷却时又恢复到原来的颜色。其变色机理，对有机物来说，由于温度变化而使分子结构发生变化，例如电子给予体与电子接受体的相互转化，酸-碱、酮-醇、内酰亚胺-内酰胺等的平衡移动，两种空间结构或晶体结构互变，分子开环或产生自由基等；对无机化合物来说是由于晶相的改变，配位基几何结构或配位数之间的变化。②不可逆性示温涂料，即当温度恢复原来温度后，涂料颜色不能恢复原状。其变色机理是温度变化后，产生了不可逆的化学反应，如化学组成改变(释放出气体)、生成新的化合物等。

示温涂料广泛的应用于高速飞行器、转动轴承和涡轮盘以及连续烘烤、焊接、冷藏温度指示、医疗设备消毒灭菌和变色服饰等。按其示温的可逆性分为可逆示温材料和不可逆示温材料；按其变色温度的高低可分为低温示温材料和高温示温材料；按其材料组成和性质可分为无机示温材料和有机示温材料等。无机示温材料通常为重金属的配合物如铜、镍、钒、锰等，通过与有机物配合，在一定温度下而显示出示温的效果。有机示温材料主要是利用酸碱变化机理，如酚酞变色；物质结构变化机理，如温度引起的开闭环反应；电子转移机理，如有机颜料变色以及液晶变色机理等。

中国专利公布号CN106336779A公开了一种示温涂料，其主要是利用含镍配合物以及矾酸盐作为示温材料直接加入到涂料配方中，使涂料具有温度变色的作用。

专利申请CN202010092457.5提出一种可逆变色材料、可逆示温涂料及其制备方法和应用，其中可逆变色材料包括以下组分：结晶紫内酯、双酚A和显色剂，所述显色剂为硬脂酸或萘。该可逆变色材料创新性地采用结晶紫内脂、双酚A和特定的显色剂的组合，使得该可逆变色材料具有合适的温度指示范围，且示温温度点高，颜色变化明显，变色单一，凭肉眼可识别，到达报警示温的目的。由于温涂料的颜色可逆，因此可重复利用，且该可逆变色材料的原材料少，可节约经济成本，效果明显，具有较高的实用性。

专利申请CN202010216643.5提出一种石化装备高温多变色不可逆示温涂料，以重量百分比为基准计，用于制备所述石化装备高温多变色不可逆示温涂料的原料包括以下组分：有机硅树脂55-75％，群青8-20％，增稠剂0.8-2％，填料6-15％，以及有机溶剂6-20％。本申请还涉及石化装备高温多变色不可逆示温涂料的制备方法。本文所述的石化装备高温多变色不可逆示温涂料示温精度高，原料来源广泛，制备工艺简单，可用于250℃-450℃温度范围的石化装备的超温预警。

专利申请CN201911291475.X提出一种固相反应型单变色不可逆示温涂料及其制备方法。能够解决反应型单变色不可逆示温涂料不能长期耐低温的技术缺陷。本发明通过将反应型单变色不可逆示温涂料中的一种反应物进行包覆处理，使得该类涂料在包覆物熔点以下的温度能够长期使用不变色，并且当被测物的温度达到指定温度后，涂料可迅速变色。

专利申请CN201811497756.6公开了一种高温段多变色不可逆示温涂料，由以下重量百分比含量的组分组成：发色物质5-20份、高温体质填料20-40份、耐高温有机硅树脂30-50份、溶剂A 10-30份、溶剂B 20-40份。本发明的高温段多变色不可逆示温涂料由发色物质、高温体质填料、耐高温有机硅树脂、溶剂A、溶剂B按特定的比例配合而成，有较为明显的变色点，具有良好的测温性能,可测量温度为800-1200℃，测量温度区间在50-100℃左右，配套组合使用可进一步缩小测量温度区间，最小可达30℃。本发明便于生产、工艺简便、过程简单，适宜在连续运转机件和复杂结构件表面进行测温，也可测量物体大面积表面的温度分布，又可同时测量许多元件部位的温度。

专利申请CN201710350116.1公开了温致可逆变色涂料的制备及应用工艺主要特征是：温致可逆变色涂料按照下列重量百分比的原料制备而成：清漆：1～99％；稀释剂：0～99％；温变粉：1～60％。其温致可逆变色涂料的制备工艺是将原料进行混合，形成均相稳定的溶液或混悬液。温致可逆变色涂料应用工艺是：第一阶段对基材进行表面处理；第二阶段是采用不同的方式对基材进行涂饰；最后干燥。本发明工艺简便，成本低。可将其成果应用于具有温度变化的空间内的(如：户外家具、街灯、指示牌等)基材表面。其特征在于温致可逆变色涂料的两种制备工艺以及在基材表面的多种应用。基材表面多变的色彩弥补了一般家具所无法展现的木家具本身的艺术美，也让其木质产品在满目琳琅的各空间设施中谋求一种更好的发展及应用效果。

无论是无机材料还是有机示温材料，直接应用于涂料中不仅对环境产生影响，同时与人体接触过程中会对人体造成伤害。而且容易受外界环境影响的市示温效果变差或长效性变差。因此为了使示温材料更环保、长效的应用，需要对示温材料进行环保性处理，使其能更安全持久的地应用于涂料之中。

发明内容

针对目前示温材料直接应用到涂料中会对环境造成影响的问题，本发明开发了一种环保示温涂料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的所述一种环保示温涂料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

（1）将氯化铜的饱和溶液加入到二氧化硅气凝胶中，待气凝胶吸附饱和后，在100-120℃下干燥4-6h，得到气凝胶装载氯化铜；

其中，氯化铜和二氧化硅气凝胶的重量比为3-8:10-20；

（2）将盐酸乙二胺溶于水后再滴加少量浓盐酸，然后加入到步骤（1）所得的气凝胶装载氯化铜中，待吸附饱和后置于50-60℃干燥箱中反应12-14h，得到气凝胶装载示温材料；

其中，盐酸乙二胺、水、浓盐酸和气凝胶装载氯化铜的重量比为5-10:15-30:0.2-0.6:3-8；

（3）将步骤（2）所得的气凝胶装载示温材料和水性环氧酯乳液、丙烯酸乳液、成膜剂、消泡剂、流平剂、水制备成环保示温涂料；

其中，气凝胶装载示温材料、水性环氧酯乳液、丙烯酸乳液、成膜剂、消泡剂、流平剂、水的重量比为5-15:30-40:30-40:1-5:0.5-1:2-4:5-15。

进一步优选的，步骤（1）中所述氯化铜和二氧化硅气凝胶的重量比为5:15。二氧化硅气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80-99.8%，孔洞的典型尺寸为1-100nm，比表面积为200-1000m

据参考文献报道：具有热致变色性能的化合物二乙胺四氯合铜[(C

进一步优选的，步骤（2）中所述盐酸乙二胺、水、浓盐酸和气凝胶装载氯化铜的重量比为8:20:5:5。

进一步优选的，步骤（3）中所述气凝胶装载示温材料、水性环氧酯乳液、丙烯酸乳液、成膜剂、消泡剂、流平剂、水的重量比为10:35:35:3:0.8:3:10。

进一步优选的，步骤（3）中所述水性环氧酯乳液的固含量39～45wt％，粘度为350～2800mPa.s，pH为7.5～9。

水性环氧树脂是指环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配得的稳定分散体系。由于环氧树脂是线型结构的热固性树脂，所以施工前必须加入水性环氧固化剂，在室温环境下发生化学交联反应，环氧树脂固化后就改变了原来可溶可熔的性质而变成不溶不熔的空间网状结构，显示出优异的性能：一是适应能力强，二是环保性能好，三是真正水性化，四是操作性佳。

进一步优选的，步骤（3）中所述丙烯酸乳液的固含量为46～60wt％，粘度为200～1000mPa.s，pH为5.5～6.5。丙烯酸乳液为乳白色或近透明黏稠液体。丙烯酸乳液是由纯丙烯酸酯类单体共聚而成的乳液，它是一种小粒径、多用途、性能卓著的乳液，适用于多种涂料配方，具有突出的耐水性和耐候性，特别是在高光和半光涂料中有优异的表现。

进一步优选的，步骤（3）中所述成膜剂为N-甲基吡咯烷酮；所述流平剂为聚二甲基硅氧烷；所述消泡剂为聚乙二醇醚。

本发明还提供了一种环保示温涂料，是由上述的制备方法制备得到。

有益效果：

本发明一种环保示温涂料及其制备方法，通过利用乙二胺四氯合铜的示温显色性能，将其装载到二氧化硅气凝胶微孔中，使铜离子被二氧化硅气凝胶微孔保护，得到环保示温涂料。本发明利用二氧化硅气凝胶微孔有效地保护了乙二胺四氯合铜，避免示温材料直接与环境接触，造成环境的不友好，同时乙二胺四氯合铜合成方式简单，很容易被装载到二氧化硅气凝胶微孔中，因此环境友好，生产成本低。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

一种环保示温涂料的制备：

（1）将氯化铜的饱和溶液加入到二氧化硅气凝胶中，待气凝胶吸附饱和后，在110℃下干燥5h，得到气凝胶装载氯化铜；

其中，氯化铜和二氧化硅气凝胶的重量比为5:15；

（2）将盐酸乙二胺溶于水后再滴加少量浓盐酸，然后加入到步骤（1）所得的气凝胶装载氯化铜中，待吸附饱和后置于55℃干燥箱中反应13h，得到气凝胶装载示温材料；

其中，盐酸乙二胺、水、浓盐酸和气凝胶装载氯化铜的重量比为8:20:0.5:5；

（3）将步骤（2）所得的气凝胶装载示温材料和水性环氧酯乳液、丙烯酸乳液、成膜剂、消泡剂、流平剂、水制备成环保示温涂料；

其中，所述水性环氧酯乳液的固含量42wt％，粘度为2000mPa.s，pH为8；所述丙烯酸乳液的固含量为60wt％，粘度为600mPa.s，pH为5.5；所述气凝胶装载示温材料、水性环氧酯乳液、丙烯酸乳液、成膜剂、消泡剂、流平剂、水的重量比为10:35:35:3:0.8:3:10；成膜剂为N-甲基吡咯烷酮；流平剂为所述流平剂为聚二甲基硅氧烷；消泡剂为聚乙二醇醚。

实施例2

一种环保示温涂料的制备：

（1）将氯化铜的饱和溶液加入到二氧化硅气凝胶中，待气凝胶吸附饱和后，在100℃下干燥6h，得到气凝胶装载氯化铜；

其中，氯化铜和二氧化硅气凝胶的重量比为8:10；

（2）将盐酸乙二胺溶于水后再滴加少量浓盐酸，然后加入到步骤（1）所得的气凝胶装载氯化铜中，待吸附饱和后置于50℃干燥箱中反应12h，得到气凝胶装载示温材料；

其中，盐酸乙二胺、水、浓盐酸和气凝胶装载氯化铜的重量比为10:30:0.6:6；

（3）将步骤（2）所得的气凝胶装载示温材料和水性环氧酯乳液、丙烯酸乳液、成膜剂、消泡剂、流平剂、水制备成环保示温涂料；

其中，所述水性环氧酯乳液的固含量45wt％，粘度为350mPa.s，pH为7.5；所述丙烯酸乳液的固含量为60wt％，粘度为1000mPa.s，pH为5.5；所述胶装载示温材料、水性环氧酯乳液、丙烯酸乳液、成膜剂、消泡剂、流平剂、水的重量比为5:30:40:3:0.5:2:5；成膜剂为N-甲基吡咯烷酮；流平剂为所述流平剂为聚二甲基硅氧烷；消泡剂为聚乙二醇醚。

实施例3

一种环保示温涂料的制备：

（1）将氯化铜的饱和溶液加入到二氧化硅气凝胶中，待气凝胶吸附饱和后，在120℃下干燥4h，得到气凝胶装载氯化铜；

其中，氯化铜和二氧化硅气凝胶的重量比为8:20；

（2）将盐酸乙二胺溶于水后再滴加少量浓盐酸，然后加入到步骤（1）所得的气凝胶装载氯化铜中，待吸附饱和后置于60℃干燥箱中反应14h，得到气凝胶装载示温材料；

其中，盐酸乙二胺、水、浓盐酸和气凝胶装载氯化铜的重量比为10:15:0.2:8；

（3）将步骤（2）所得的气凝胶装载示温材料和水性环氧酯乳液、丙烯酸乳液、成膜剂、消泡剂、流平剂、水制备成环保示温涂料；

其中，所述水性环氧酯乳液的固含量45wt％，粘度为2800mPa.s，pH为9；所述丙烯酸乳液的固含量为46wt％，粘度为1000mPa.s，pH为6.5；所述胶装载示温材料、水性环氧酯乳液、丙烯酸乳液、成膜剂、消泡剂、流平剂、水的重量比为15:40:30:1:1:2:15；成膜剂为N-甲基吡咯烷酮；流平剂为所述流平剂为聚二甲基硅氧烷；消泡剂为聚乙二醇醚。

实施例4

一种环保示温涂料的制备：

（1）将氯化铜的饱和溶液加入到二氧化硅气凝胶中，待气凝胶吸附饱和后，在110℃下干燥5h，得到气凝胶装载氯化铜；

其中，氯化铜和二氧化硅气凝胶的重量比为8:15；

（2）将盐酸乙二胺溶于水后再滴加少量浓盐酸，然后加入到步骤（1）所得的气凝胶装载氯化铜中，待吸附饱和后置于53℃干燥箱中反应13h，得到气凝胶装载示温材料；

其中，盐酸乙二胺、水、浓盐酸和气凝胶装载氯化铜的重量比为9:19:0.6:8；

（3）将步骤（2）所得的气凝胶装载示温材料和水性环氧酯乳液、丙烯酸乳液、成膜剂、消泡剂、流平剂、水制备成环保示温涂料；

其中，所述水性环氧酯乳液的固含量43wt％，粘度为1500mPa.s，pH为9；所述丙烯酸乳液的固含量为55wt％，粘度为800mPa.s，pH为6；所述胶装载示温材料、水性环氧酯乳液、丙烯酸乳液、成膜剂、消泡剂、流平剂、水的重量比为13:38:35:3:1:3:13；成膜剂为N-甲基吡咯烷酮；流平剂为所述流平剂为聚二甲基硅氧烷；消泡剂为聚乙二醇醚。

对比例1

一种环保示温涂料的制备：

（1）将盐酸乙二胺溶于水后再滴加少量浓盐酸，然后加入氯化铜，置于55℃干燥箱中反应13h，得到示温材料；

其中，盐酸乙二胺、水、浓盐酸和氯化铜的重量比为8:20:0.5:1.25；

（2）将步骤（1）所得的示温材料和水性环氧酯乳液、丙烯酸乳液、成膜剂、消泡剂、流平剂、水制备成环保示温涂料；

其中，所述水性环氧酯乳液的固含量42wt％，粘度为2000mPa.s，pH为8；所述丙烯酸乳液的固含量为60wt％，粘度为600mPa.s，pH为5.5；所述示温材料、水性环氧酯乳液、丙烯酸乳液、成膜剂、消泡剂、流平剂、水的重量比为10:35:35:3:0.8:3:10；成膜剂为N-甲基吡咯烷酮；流平剂为所述流平剂为聚二甲基硅氧烷；消泡剂为聚乙二醇醚。