【溫變(bian)油墨】溫變(bian)油墨原理(li) 溫變(bian)油墨種(zhong)類有哪些(xie)
熱致(zhi)變(bian)(bian)(bian)色油(you)墨又稱(cheng)溫(wen)(wen)變(bian)(bian)(bian)油(you)墨、示溫(wen)(wen)油(you)墨、熱敏油(you)墨。它可以(yi)隨環境(jing)溫(wen)(wen)度的(de)變(bian)(bian)(bian)化而迅(xun)速改變(bian)(bian)(bian)顏(yan)色,從而使被(bei)著色物體(ti)具有動態(tai)變(bian)(bian)(bian)化的(de)色彩效果(guo)。
熱敏(溫(wen)變)油(you)墨的變色(se)原理:熱敏(溫(wen)變)油(you)墨是(shi)指在溫(wen)度變化(升溫(wen)或(huo)降溫(wen))時,所印(yin)刷的圖文信息能夠根據(ju)不(bu)同的溫(wen)度而表現出不(bu)同顏色(se)效果的油(you)墨。
熱敏油墨的(de)主要組分是變色(se)顏料(liao)(liao)(liao)、填料(liao)(liao)(liao)和連結料(liao)(liao)(liao)。其變色(se)功能主要取決于變色(se)顏料(liao)(liao)(liao),顏料(liao)(liao)(liao)加熱前后出(chu)現的(de)顏色(se)變化(hua)截(jie)然不同,并以此作為(wei)判斷票證真偽的(de)依據。
眾所周知,顏料受熱發生顏色(se)變化的品種不勝枚舉,但作為熱敏(min)油(you)墨的顏料必(bi)須具(ju)備下(xia)列(lie)條件:
1 )對熱作用要敏感(gan),在(zai)常溫下有固定明(ming)顯的顏(yan)色,且(qie)達(da)到預(yu)定溫度時(shi)變(bian)色迅速;
2 )有明顯的變色(se)界限,即變色(se)溫度區(qu)間要(yao)窄,變色(se)前后(hou)色(se)差 要(yao)大(da);
3 )受外界環境影響(xiang)要小(xiao),在光照(zhao)、潮濕氣候(hou)條(tiao)件下性(xing)能穩定,不(bu)分解、不(bu)退(tui)色;
4)印刷性能好,如顏色、著色力(li)、迅速干燥能力(li)、遮(zhe)蓋力(li)、耐(nai)光、耐(nai)熱、耐(nai)酸、耐(nai)堿(jian)、不滲印等;
5)檢(jian)驗(yan)方便,對于熱(re)致(zhi)變(bian)色防(fang)偽標(biao)識(shi),檢(jian)驗(yan)時(shi)需要熱(re)源,常見(jian)的有(you)打火機、火柴、手(shou)溫、摩(mo)擦等, 因而變(bian)色溫度要選擇合適。
熱敏性油墨的兩個有代表性的例子是液晶和白染料性熱敏油墨。熱敏性油墨比較常用的是液晶型的,目前液晶被應用在很多產品上,包括魚缸里的溫度計、壓力測試計、體溫計。但是液晶型的油墨生(sheng)產(chan)(chan)很難控(kong)制,而(er)且(qie)還要(yao)求(qiu)很高的(de)(de)專業操(cao)手(shou)。我們來看一(yi)(yi)(yi)下另(ling)外(wai)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)熱(re)(re)(re)(re)敏性油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)—白(bai)(bai)染(ran)料(liao)(liao)性熱(re)(re)(re)(re)敏油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)。白(bai)(bai)染(ran)料(liao)(liao)性熱(re)(re)(re)(re)敏油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)由于改(gai)變(bian)(bian)(bian)油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)顏(yan)(yan)色(se)(se)的(de)(de)方(fang)式(shi)很獨特,它們的(de)(de)應用(yong)(yong)也很廣泛(fan),其中有安全印(yin)(yin)刷(shua)(shua),新型圖文標(biao)簽(qian)、產(chan)(chan)品(pin)商標(biao)、專用(yong)(yong)廣告(gao)以(yi)(yi)及(ji)紡織品(pin)。另(ling)外(wai)它還有很多(duo)別的(de)(de)用(yong)(yong)途,例(li)(li)如用(yong)(yong)在(zai)一(yi)(yi)(yi)些特殊功能印(yin)(yin)刷(shua)(shua)上(shang)。當糖漿(jiang)被加(jia)熱(re)(re)(re)(re)到(dao)一(yi)(yi)(yi)定(ding)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)時,糖漿(jiang)的(de)(de)標(biao)簽(qian)就(jiu)會(hui)有特殊的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化。白(bai)(bai)染(ran)料(liao)(liao)性熱(re)(re)(re)(re)敏油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)在(zai)正常(chang)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)下,它顯現的(de)(de)是(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)顏(yan)(yan)色(se)(se),當被加(jia)熱(re)(re)(re)(re)以(yi)(yi)后,它就(jiu)會(hui)變(bian)(bian)(bian)成(cheng)無(wu)色(se)(se)。3~6 ℃改(gai)變(bian)(bian)(bian)就(jiu)會(hui)產(chan)(chan)生(sheng)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)顏(yan)(yan)色(se)(se)變(bian)(bian)(bian)化,這(zhe)(zhe)樣白(bai)(bai)染(ran)料(liao)(liao)就(jiu)適合了一(yi)(yi)(yi)些新的(de)(de)項目以(yi)(yi)及(ji)不要(yao)求(qiu)顯示精確溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)變(bian)(bian)(bian)化數據的(de)(de)產(chan)(chan)品(pin)。正是(shi)由于這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)原(yuan)因,液晶熱(re)(re)(re)(re)敏性油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)而(er)不是(shi)白(bai)(bai)染(ran)料(liao)(liao)性油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)被應用(yong)(yong)在(zai)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)計生(sheng)產(chan)(chan)中。一(yi)(yi)(yi)些產(chan)(chan)品(pin)用(yong)(yong)白(bai)(bai)染(ran)料(liao)(liao)熱(re)(re)(re)(re)敏性油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)印(yin)(yin)刷(shua)(shua)會(hui)從一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)顏(yan)(yan)色(se)(se)變(bian)(bian)(bian)到(dao)另(ling)外(wai)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)顏(yan)(yan)色(se)(se),而(er)不是(shi)從有色(se)(se)過渡到(dao)無(wu)色(se)(se),通(tong)常(chang)通(tong)過一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)由白(bai)(bai)染(ran)料(liao)(liao)性油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)和不變(bian)(bian)(bian)色(se)(se)的(de)(de)油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)組分(fen)組成(cheng)的(de)(de)油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)就(jiu)可(ke)(ke)以(yi)(yi)達到(dao)這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)要(yao)求(qiu)。例(li)(li)如,油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)制造商通(tong)過把一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)藍色(se)(se)白(bai)(bai)染(ran)料(liao)(liao)性油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)加(jia)入到(dao)黃(huang)色(se)(se)油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)中就(jiu)可(ke)(ke)以(yi)(yi)得到(dao)綠色(se)(se)油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)。在(zai)正常(chang)狀態下,印(yin)(yin)刷(shua)(shua)油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)的(de)(de)表層是(shi)綠色(se)(se)的(de)(de),而(er)當加(jia)熱(re)(re)(re)(re)時,它就(jiu)變(bian)(bian)(bian)為黃(huang)色(se)(se)了,白(bai)(bai)染(ran)料(liao)(liao)組分(fen)則(ze)變(bian)(bian)(bian)成(cheng)無(wu)色(se)(se)了。白(bai)(bai)染(ran)料(liao)(liao)油(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)可(ke)(ke)以(yi)(yi)在(zai)不同溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)范圍(wei)內改(gai)變(bian)(bian)(bian)顏(yan)(yan)色(se)(se),從-25~66 ℃,而(er)且(qie)它呈現顏(yan)(yan)色(se)(se)的(de)(de)范圍(wei)也很廣泛(fan)。
從熱(re)力學角度,可將熱(re)敏(min)(溫變)油墨分為不可逆和可逆2 類。
1 . 1 不可逆熱敏(溫變)油墨的變色原理
不(bu)可(ke)逆(ni)熱(re)(re)敏(min)(溫變(bian)(bian)(bian))油(you)(you)墨(mo)(mo)(irreversible thermosensitiveink)是指材料(liao)(liao)加熱(re)(re)至一定溫度,印刷(shua)的(de)(de)圖文顏色發生(sheng)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua),冷卻后不(bu)能恢復到原色的(de)(de)油(you)(you)墨(mo)(mo)。不(bu)可(ke)逆(ni)熱(re)(re)敏(min)變(bian)(bian)(bian)色顏料(liao)(liao)種類繁多,常(chang)用的(de)(de)有(you)(you)鎘(ge)、鍶、鈷、鉛、鎳、鉻(ge)、鋅、鐵、鎂、鋇、鉬、錳等的(de)(de)硝酸(suan)鹽、硫酸(suan)鹽、磷酸(suan)鹽、氧化(hua)(hua)物(wu)(wu)、硫化(hua)(hua)物(wu)(wu)以及(ji)甲基紫、苯酚化(hua)(hua)合物(wu)(wu)等。其變(bian)(bian)(bian)色原理(li)主要有(you)(you):熱(re)(re)分(fen)解、氧化(hua)(hua)、熱(re)(re)升華、固相反(fan)應(ying)、熔融反(fan)應(ying)等。這些熱(re)(re)敏(min)材料(liao)(liao)的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)色溫度高,且大部分(fen)含(han)有(you)(you)重金屬元素,不(bu)符合HJ/T 370—2007《環(huan)(huan)境標志(zhi)產品技(ji)術要求膠(jiao)印油(you)(you)墨(mo)(mo)》與HJ/T371 —2007《環(huan)(huan)境標志(zhi)產品技(ji)術要求凹印油(you)(you)墨(mo)(mo)和柔印油(you)(you)墨(mo)(mo)》的(de)(de)環(huan)(huan)保標準(zhun),因此(ci),不(bu)適合作熱(re)(re)敏(min)(溫變(bian)(bian)(bian))油(you)(you)墨(mo)(mo)的(de)(de)顏料(liao)(liao)。能用于熱(re)(re)敏(min)(溫變(bian)(bian)(bian))油(you)(you)墨(mo)(mo)的(de)(de)顏料(liao)(liao)主要是銨(an)鹽、碳酸(suan)鹽、草酸(suan)鹽及(ji)含(han)有(you)(you)易(yi)揮(hui)發的(de)(de)小分(fen)子配體(NH3,CO 和O2)的(de)(de)有(you)(you)色金屬配合物(wu)(wu)或可(ke)脫結晶水的(de)(de)熱(re)(re)敏(min)無機材料(liao)(liao),其熱(re)(re)分(fen)解會(hui)生(sheng)成新的(de)(de)有(you)(you)色物(wu)(wu)質,導致顏色發生(sheng)改變(bian)(bian)(bian)。
1 . 2 可逆熱敏(溫變)油墨的變色原理
可(ke)(ke)(ke)逆熱(re)敏(min)(溫變(bian)(bian))油(you)墨(mo)(reversible thermosen-sitiveink)是指材料(liao)加熱(re)到(dao)某一溫度時(shi),印刷的(de)圖(tu)文顏色發生明顯變(bian)(bian)化(產(chan)生新的(de)顏色),而當溫度降至(zhi)原始溫度時(shi),又能(neng)恢(hui)復到(dao)原來顏色的(de)油(you)墨(mo)。根據(ju)變(bian)(bian)色顏 料(liao)的(de)成分(fen)差異(yi),可(ke)(ke)(ke)逆熱(re)敏(min)(溫變(bian)(bian))油(you)墨(mo)可(ke)(ke)(ke)分(fen)為無(wu)機可(ke)(ke)(ke)逆、有機可(ke)(ke)(ke)逆與液晶(jing)可(ke)(ke)(ke)逆3 種(zhong)。
1.2.1 無機可逆熱敏油墨的變色原理
早(zao)期無機可逆熱敏變(bian)色(se)(se)(se)材料(liao)(liao)多選用金屬(shu)和金屬(shu)鹵(lu)化物(如(ru)Ag,Cu,Zn 及(ji)HgI,Pb2HgI4,Ti2HgI4等(deng)(deng))、金屬(shu)氧化物的(de)(de)(de)多晶(jing)(jing)(jing)(jing)體(如(ru)Fe2O3,PbO,HgO,VO2 等(deng)(deng))。適用于作低溫(wen)可逆熱敏變(bian)色(se)(se)(se)顏(yan)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)主(zhu)要有(you)(you)銀、汞(gong)、銅的(de)(de)(de)碘化物、鉻合物及(ji)復鹽類(lei)等(deng)(deng)。引(yin)起無機可逆熱敏材料(liao)(liao)變(bian)色(se)(se)(se)的(de)(de)(de)原因(yin)主(zhu)要有(you)(you):晶(jing)(jing)(jing)(jing)型轉變(bian),如(ru)在(zai)溫(wen)度達344 K時(shi)(shi),紅色(se)(se)(se)CuHgI4 四(si)方晶(jing)(jing)(jing)(jing)系變(bian)為黑色(se)(se)(se)Cu2HgI4 立方晶(jing)(jing)(jing)(jing)系,即(ji)因(yin)晶(jing)(jing)(jing)(jing)型的(de)(de)(de)改變(bian)而發生了顏(yan)色(se)(se)(se)的(de)(de)(de)變(bian)化;得(de)失(shi)(shi)結晶(jing)(jing)(jing)(jing)水,如(ru)在(zai)溫(wen)度達314 K 時(shi)(shi),紅色(se)(se)(se)CoCl2·6H2O失(shi)(shi)水后變(bian)為天藍(lan)色(se)(se)(se)的(de)(de)(de)CoCl2,即(ji)是由于失(shi)(shi)水而導(dao)致的(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)變(bian)化;配(pei)位體幾何構(gou)型變(bian)化,如(ru)在(zai)溫(wen)度達316 K時(shi)(shi),【(C2H5)2NH2】2CuCl4的(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)在(zai)綠色(se)(se)(se)和黃色(se)(se)(se)之間(jian)可逆變(bian)化,這(zhe)主(zhu)要是由于結構(gou)或配(pei)位數的(de)(de)(de)變(bian)化而引(yin)起的(de)(de)(de)。
1.2.2 有機可逆熱敏油墨的變色原理
有(you)機可逆熱(re)(re)敏變(bian)色(se)(se)(se)顏(yan)料按組(zu)(zu)分可分為(wei)2 類(lei):一(yi)(yi)類(lei)是由一(yi)(yi)種化(hua)合(he)物受熱(re)(re)后發生(sheng)組(zu)(zu)分或結(jie)構改變(bian)而導(dao)致變(bian)色(se)(se)(se),為(wei)單一(yi)(yi)組(zu)(zu)分變(bian)色(se)(se)(se)材料,可直(zhi)接作為(wei)熱(re)(re)敏變(bian)色(se)(se)(se)顏(yan)料; 另一(yi)(yi)類(lei)為(wei)一(yi)(yi)些受熱(re)(re)時本身并不變(bian)色(se)(se)(se)的化(hua)合(he)物,當它與其他合(he)適(shi)的化(hua)合(he)物混(hun)合(he)后,發生(sheng)化(hua)學反應而產生(sheng)熱(re)(re)敏變(bian)色(se)(se)(se)現象,稱為(wei)多組(zu)(zu)分復配(pei)變(bian)色(se)(se)(se)顏(yan)料。有(you)機可逆熱(re)(re)敏顏(yan)料的變(bian)色(se)(se)(se)機理(li)為(wei):
1)電子轉移(得失)機理。
體(ti)(ti)系主要由發(fa)色(se)(se)劑(ji)(ji)(ji)、顯(xian)色(se)(se)劑(ji)(ji)(ji)和溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)(ji)3 種成(cheng)分組(zu)成(cheng)。發(fa)色(se)(se)劑(ji)(ji)(ji)是(shi)(shi)變色(se)(se)材料(liao)中的(de)電子供體(ti)(ti),向電子受體(ti)(ti)給(gei)出電子,是(shi)(shi)熱(re)敏(min)變色(se)(se)色(se)(se)基(ji)(ji),決定(ding)復配(pei)物(wu)(wu)體(ti)(ti)系的(de)顏色(se)(se),其(qi)本身(shen)不能直接(jie)產(chan)生(sheng)熱(re)敏(min) 變色(se)(se)現(xian)象(xiang)。常用(yong)的(de)發(fa)色(se)(se)劑(ji)(ji)(ji)有(you)結晶紫內酯(zhi)、孔雀(que)綠內酯(zhi)、甲(jia)基(ji)(ji)紅等(deng)。顯(xian)色(se)(se)劑(ji)(ji)(ji)是(shi)(shi)變色(se)(se)材料(liao)中的(de)電子受體(ti)(ti),是(shi)(shi)引起熱(re)敏(min)變色(se)(se)的(de)有(you)機化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu),是(shi)(shi)能否(fou)使材料(liao)變色(se)(se)及顏色(se)(se)變化(hua)(hua)深(shen)淺(qian)的(de)決定(ding)因素,它接(jie)受發(fa)色(se)(se)劑(ji)(ji)(ji)提供的(de)電 子而產(chan)生(sheng)顏色(se)(se)變化(hua)(hua)反應(ying)。常用(yong)的(de)顯(xian)色(se)(se)劑(ji)(ji)(ji)有(you):酚(fen)羥基(ji)(ji)化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)及其(qi)衍生(sheng)物(wu)(wu),如(ru)雙酚(fen)A、月(yue)桂醇(chun)酸(suan)酯(zhi)、8- 羥基(ji)(ji)喹啉、對羥基(ji)(ji)苯(ben)(ben)甲(jia)酸(suan)芐酯(zhi)、4- 羥基(ji)(ji)香豆(dou)素、α- 萘(nai)酚(fen)、β-萘(nai)酚(fen)等(deng);羧基(ji)(ji)化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)及其(qi)衍生(sheng)物(wu)(wu),如(ru)硬脂酸(suan)、 己酸(suan)、對苯(ben)(ben)二(er)甲(jia)酸(suan)、辛酸(suan)等(deng)。溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)(ji)決定(ding)著(zhu)熱(re)敏(min)材料(liao)的(de)變色(se)(se)溫度(du),一般通過改變所(suo)用(yong)溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)(ji)來(lai)改變熱(re)敏(min)變色(se)(se)溫度(du)。常用(yong)的(de)溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)(ji)為醇(chun)類溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)(ji),如(ru)正(zheng)十(shi)二(er)醇(chun)、正(zheng)十(shi)四醇(chun)、正(zheng)十(shi)六醇(chun)、正(zheng)十(shi)八醇(chun)等(deng),醇(chun)類溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)(ji)具有(you)熔點較低、價格便宜、性能穩(wen)定(ding)等(deng)優(you)點。相(xiang)較而言,以上(shang)4 種醇(chun)類溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)(ji)中,正(zheng)十(shi)六醇(chun)性能最優(you)。
2)pH 值變化機理。
此體系(xi)的(de)發(fa)色(se)劑(ji)主要是酸堿指示劑(ji),如酚酞、酚紅等。顯色(se)劑(ji)為(wei)使pH 值發(fa)生變化的(de)羧酸類(lei)及胺(an)類(lei)的(de)熔融性化合(he)(he)物。化合(he)(he)物隨著溫度變化而熔化或凝固時,由于(yu)介質(zhi)的(de)酸堿變化或受(shou)熱引(yin)起分(fen)子結構變化,從而引(yin)起顏色(se)的(de)可逆變化。
3)分子結構變化機理。
當溫(wen)度變(bian)化時(shi),體(ti)系由閉環(huan)變(bian)成開環(huan)和(he)分子結(jie)構(gou)(gou)異(yi)構(gou)(gou)(順(shun)反異(yi)構(gou)(gou)、互變(bian)異(yi)構(gou)(gou)、構(gou)(gou)象異(yi)構(gou)(gou)),引起顏色(se)發生變(bian)化。體(ti)系分子中(zhong)含有多(duo)個雜環(huan)和(he)芳環(huan)結(jie)構(gou)(gou)的螺(luo)環(huan)化合物(wu),如螺(luo)吡喃(nan)類、螺(luo)嗪類衍生物(wu),俘(fu)精酸酐類、二芳雜環(huan)基乙烯類、吲哚啉唑烷類衍生物(wu)偶氮類、席夫堿類和(he)色(se)酮類化合物(wu)等。這些(xie)化合物(wu)性能(neng)穩定,耐熱性能(neng)好,變(bian)色(se)明顯,變(bian)色(se)溫(wen)度較低。
1.2.3 液晶可逆熱敏油墨的變色原理
液晶可分為近晶液晶、向列液晶和膽甾液晶3類。熱敏變色液晶主要是膽甾醇及其衍生物,因此,熱敏變色液晶通常是指膽甾液晶,它主要依靠溫度使其變色,其分子呈扁平狀,排列成層,層內分子相互平行,分子長軸平行于層面。多層分子逐漸扭轉成螺旋線,并沿著層的法線方向排列成螺旋狀結構,其周期性的層間距稱為螺距,螺距起衍射光柵的作用。螺旋結構還能選擇性地反射光的偏振組分,給出彩虹圖像。隨著溫度升高,螺距逐漸變小,散射光波長向短波移動,顏色相應從紅色變為紫色,當溫度降低時,顏色又從紫色變為紅色,這就是膽甾液晶的熱變色機理。