热变色材料

热变色材料

杨涛

热变色材料是一类在一定温度范围内，其颜色随温度改变而改变的特种材料，其颜色的改变可以从无色到有色；可以从有色变到无色；也可以从一种颜色变为另一种颜色；还有受热后相继出现两种或两种以上颜色的多变色材料。

热变色材料从不同角度可分为多种类型：按物质类别，可分为无机、有机、聚合物和液晶类热变色材料。按变色温度，可分为高温热变色材料（通常变色温度T＞100℃）和低温热变色材料（通常变色温度T＜100℃，甚至0℃以下)；按变色方式可分为可逆热变色材料和不可逆热变色材料。

无机热变色材料变色机理较多，有的还比较复杂。其中一个重要的机理是晶型转变机理，结晶物质加热到一定温度，从一种晶型转变到另一种晶型，从而产生颜色的变化。

有机类热变色材料大多是由于介质的酸碱度变化而引起分子结构变化，从而产生颜色变化。

液晶的显色是利用不同晶相对光的反射、折射、吸收不同，而造成颜色的变化，属物理过程。液晶型热变色材料的变色灵敏度在所有示温材料中是最高的，但液晶材料的使用受到两个因素的制约，一是必须包囊（微胶囊）方可使用，二是目前价格较高。

热变色材料应用范围已从最初的示温材料，如在工业机械如炼油装置中作示温材料，在家用电器如家庭取暖器，空调机等中作示温标志等，随着热变色材料向低温、可逆方面的发展，其应用领域也拓展到了日常生活的各个方面，比如热敏染料，变色瓷釉，防伪设计等，并随着新型材料的开发逐步发展到了分析、传感等高新科技领域。

在塑料工业中，热变色材料也已在多方面成功应用。特别是用于挤出机加工过程中内部温度的测定和判断，具有极佳的实用效果和价值。

Rauwendaal[1]采用不可逆热变色材料（粉末）研究熔体温度。这项研究涉及一台能够加工高填充高密度聚乙烯（HDPE）的小型实验用双螺杆挤出机，尽管机筒温度和出口熔体温度是相当理想的，但挤出机内的材料发生降解。

机筒温度被设定在200℃，被测量的出口熔体温度大约在215~220℃。这些温度是HDPE 的正常温度，在正常环境下不应该引起降解，但是，怀疑挤出机内的熔体温度可能高于机筒温度。因此，具有250℃颜色转变温度的热变色粉末被加入到进料中。因为有这种材料，在离开机头的材料中可非常清晰的观察到变色。第二次，将具有300℃颜色转变温度的热变色粉末加入到原料中。在此非常清晰地看到变色，这就证明挤出机内原料的温度超过300℃。

到此，降解的发生是相当清楚了。为了确定原料高温的位置，拔出螺杆，沿着螺杆的颜色变化可直接观察到。颜色的变化发生在带有高阻力啮合块的螺纹区域。显然，在螺杆这一部分的剪切作用引起过高的熔体温度，从而导致了聚合物降解。基于这些发现，改变了螺杆的几何结构和混合效果，使这一问题消失。在这项研究中，证明了热变色材料是非常有用的，因为所提供的信息是用任何其他手段都难以获得的。

另外，热变色材料还可作为一种添加剂添加到塑料中，制成具有感温变色功能的智能器材和用品。如婴儿用的汤匙或奶瓶等智能餐具[2],是将某种热变色材料（颜料）加入勺柄或瓶口处，如果食物很烫，则会发生变色，以示食物不能食用。又如智能轮胎[3]，通过在轮胎边缘加入合适的热变色材料，当外界和内部温度超过轮胎的正常使用温度时，轮胎将会变色以示警告。变色娃娃、变色开关、变色塑胶杯等产品也都是成功应用热变色材料而获得的新型塑料制品。另外，热变色涂料被用于热收缩管，以便使安装工在用喷灯加热中观察制品已经达到安装温度的时机。

热变色材料作为一种能对外界环境变化产生响应的新型智能材料，具有极其广阔的应用前景。目前市面上已经有系列化的热变形材料出售，应用时可以根据温度变化条件选用，但应注意所选材料是否和塑料母体发生反应。最后，希望有更多更好的热变色材料开发出来，应用到塑料制品中，是塑料制品更加绚丽多彩。

参考文献

[1] C. Rauwendaal Unpublished Study (1978)

[2] GB 2 307298,1997

[3] DE 19 643995,1998

摘要：本文简要介绍了热变色材料的分类、机理等基本情况及其在塑料工业中的应用。

关键词：热变色材料塑料应用

THERMOCHROMIC MATERIALS

YangTao

Abstract In this paper , the mechanism and other main conditions of thermochromic materials and the applications in the plastic industry are introduced.

Key words thermochromic materials, plastic ,application