【溫(wen)變油墨(mo)】溫(wen)變油墨(mo)原理 溫(wen)變油墨(mo)種類有哪些
熱致變(bian)色(se)油墨(mo)(mo)又稱溫(wen)(wen)變(bian)油墨(mo)(mo)、示溫(wen)(wen)油墨(mo)(mo)、熱敏油墨(mo)(mo)。它可以隨環境溫(wen)(wen)度的變(bian)化而迅速改變(bian)顏色(se),從而使(shi)被著色(se)物(wu)體具有動態變(bian)化的色(se)彩效果。
熱(re)敏(min)(溫(wen)(wen)變(bian)(bian))油(you)墨(mo)的變(bian)(bian)色原理:熱(re)敏(min)(溫(wen)(wen)變(bian)(bian))油(you)墨(mo)是(shi)指(zhi)在溫(wen)(wen)度(du)變(bian)(bian)化(升(sheng)溫(wen)(wen)或降溫(wen)(wen))時,所印刷的圖文信息能夠根據不同的溫(wen)(wen)度(du)而表現出(chu)不同顏色效果的油(you)墨(mo)。
熱敏油墨的主(zhu)要組分是變色顏料(liao)、填料(liao)和連結料(liao)。其變色功能主(zhu)要取決于變色顏料(liao),顏料(liao)加熱前(qian)后出(chu)現的顏色變化(hua)截(jie)然不同(tong),并以此作為判斷票證真偽的依據。
眾(zhong)所周(zhou)知(zhi),顏料受(shou)熱發(fa)生(sheng)顏色變化的品(pin)種不勝枚舉,但作為熱敏油墨的顏料必須具備下列(lie)條(tiao)件:
1 )對熱作用要敏感(gan),在(zai)常溫下有固(gu)定明(ming)顯的(de)顏色(se),且達到預定溫度時變(bian)色(se)迅速;
2 )有(you)明顯的(de)變色界限(xian),即變色溫(wen)度區間要(yao)窄,變色前后色差 要(yao)大;
3 )受外界環境影響(xiang)要小,在光照(zhao)、潮濕氣(qi)候條件下性能穩定,不分解、不退(tui)色(se);
4)印(yin)刷性(xing)能好,如顏色、著色力、迅速干燥能力、遮蓋力、耐(nai)光(guang)、耐(nai)熱、耐(nai)酸、耐(nai)堿、不(bu)滲印(yin)等(deng);
5)檢驗方便,對于熱(re)致變色防(fang)偽標識,檢驗時(shi)需(xu)要熱(re)源,常見的有打火機、火柴、手溫(wen)、摩擦等, 因而變色溫(wen)度要選(xuan)擇合(he)適(shi)。
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產(chan)很(hen)(hen)難控制,而(er)且(qie)還要(yao)求很(hen)(hen)高的(de)(de)專業(ye)操手(shou)。我(wo)們來看(kan)一(yi)下另(ling)(ling)外(wai)一(yi)種熱(re)敏(min)性(xing)(xing)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)—白(bai)染(ran)料(liao)(liao)性(xing)(xing)熱(re)敏(min)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)。白(bai)染(ran)料(liao)(liao)性(xing)(xing)熱(re)敏(min)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)由于(yu)改(gai)(gai)變(bian)(bian)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se)的(de)(de)方式(shi)很(hen)(hen)獨特,它們的(de)(de)應(ying)用也(ye)很(hen)(hen)廣(guang)泛,其中有安全印刷(shua),新型圖文標簽、產(chan)品商標、專用廣(guang)告以及(ji)紡織品。另(ling)(ling)外(wai)它還有很(hen)(hen)多別的(de)(de)用途(tu),例(li)如(ru)用在一(yi)些特殊(shu)(shu)功能(neng)印刷(shua)上(shang)。當(dang)(dang)糖(tang)漿被加(jia)熱(re)到(dao)(dao)一(yi)定溫度(du)時(shi),糖(tang)漿的(de)(de)標簽就(jiu)會有特殊(shu)(shu)的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)。白(bai)染(ran)料(liao)(liao)性(xing)(xing)熱(re)敏(min)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)在正常溫度(du)下,它顯現的(de)(de)是一(yi)種顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se),當(dang)(dang)被加(jia)熱(re)以后,它就(jiu)會變(bian)(bian)成無色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se)。3~6 ℃改(gai)(gai)變(bian)(bian)就(jiu)會產(chan)生一(yi)個(ge)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se)變(bian)(bian)化(hua),這樣白(bai)染(ran)料(liao)(liao)就(jiu)適合了(le)一(yi)些新的(de)(de)項目以及(ji)不(bu)(bu)要(yao)求顯示精確溫度(du)變(bian)(bian)化(hua)數據的(de)(de)產(chan)品。正是由于(yu)這個(ge)原因,液晶熱(re)敏(min)性(xing)(xing)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)而(er)不(bu)(bu)是白(bai)染(ran)料(liao)(liao)性(xing)(xing)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)被應(ying)用在溫度(du)計生產(chan)中。一(yi)些產(chan)品用白(bai)染(ran)料(liao)(liao)熱(re)敏(min)性(xing)(xing)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)印刷(shua)會從一(yi)個(ge)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se)變(bian)(bian)到(dao)(dao)另(ling)(ling)外(wai)一(yi)種顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se),而(er)不(bu)(bu)是從有色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se)過渡到(dao)(dao)無色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se),通常通過一(yi)個(ge)由白(bai)染(ran)料(liao)(liao)性(xing)(xing)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)和(he)不(bu)(bu)變(bian)(bian)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se)的(de)(de)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)組(zu)分組(zu)成的(de)(de)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)就(jiu)可(ke)以達到(dao)(dao)這個(ge)要(yao)求。例(li)如(ru),油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)制造商通過把一(yi)個(ge)藍(lan)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se)白(bai)染(ran)料(liao)(liao)性(xing)(xing)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)加(jia)入到(dao)(dao)黃色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)中就(jiu)可(ke)以得到(dao)(dao)綠色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)。在正常狀態下,印刷(shua)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)表層是綠色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se)的(de)(de),而(er)當(dang)(dang)加(jia)熱(re)時(shi),它就(jiu)變(bian)(bian)為黃色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se)了(le),白(bai)染(ran)料(liao)(liao)組(zu)分則變(bian)(bian)成無色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se)了(le)。白(bai)染(ran)料(liao)(liao)油(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)可(ke)以在不(bu)(bu)同溫度(du)范圍內(nei)改(gai)(gai)變(bian)(bian)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se),從-25~66 ℃,而(er)且(qie)它呈現顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)(se)的(de)(de)范圍也(ye)很(hen)(hen)廣(guang)泛。
從熱(re)(re)力學角度,可將(jiang)熱(re)(re)敏(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
不可逆熱敏(min)(溫變)油(you)墨(irreversible thermosensitiveink)是指材(cai)(cai)料(liao)(liao)加熱至一(yi)定溫度,印(yin)刷(shua)的(de)(de)圖文(wen)顏色(se)發(fa)(fa)生(sheng)變化(hua),冷(leng)卻后不能(neng)恢復到原色(se)的(de)(de)油(you)墨。不可逆熱敏(min)變色(se)顏料(liao)(liao)種類(lei)繁多,常(chang)用的(de)(de)有(you)(you)鎘、鍶、鈷、鉛(qian)、鎳、鉻(ge)、鋅、鐵、鎂、鋇(bei)、鉬、錳(meng)等的(de)(de)硝酸鹽(yan)、硫(liu)(liu)酸鹽(yan)、磷酸鹽(yan)、氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)、硫(liu)(liu)化(hua)物(wu)(wu)以及甲基紫、苯酚化(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)等。其變色(se)原理主要有(you)(you):熱分(fen)解(jie)、氧(yang)化(hua)、熱升華、固相反應(ying)、熔融反應(ying)等。這(zhe)些熱敏(min)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)變色(se)溫度高,且大部分(fen)含有(you)(you)重金(jin)屬元素,不符合(he)(he)HJ/T 370—2007《環境(jing)標志產品(pin)技術(shu)(shu)要求膠印(yin)油(you)墨》與HJ/T371 —2007《環境(jing)標志產品(pin)技術(shu)(shu)要求凹印(yin)油(you)墨和(he)(he)柔印(yin)油(you)墨》的(de)(de)環保標準,因此,不適(shi)合(he)(he)作熱敏(min)(溫變)油(you)墨的(de)(de)顏料(liao)(liao)。能(neng)用于熱敏(min)(溫變)油(you)墨的(de)(de)顏料(liao)(liao)主要是銨鹽(yan)、碳酸鹽(yan)、草酸鹽(yan)及含有(you)(you)易揮發(fa)(fa)的(de)(de)小分(fen)子配體(NH3,CO 和(he)(he)O2)的(de)(de)有(you)(you)色(se)金(jin)屬配合(he)(he)物(wu)(wu)或可脫結晶水(shui)的(de)(de)熱敏(min)無機(ji)材(cai)(cai)料(liao)(liao),其熱分(fen)解(jie)會生(sheng)成新(xin)的(de)(de)有(you)(you)色(se)物(wu)(wu)質,導致(zhi)顏色(se)發(fa)(fa)生(sheng)改變。
1 . 2 可逆熱敏(溫變)油墨的變色原理
可逆(ni)(ni)熱敏(溫(wen)(wen)變(bian))油墨(reversible thermosen-sitiveink)是指材(cai)料(liao)加(jia)熱到某一(yi)溫(wen)(wen)度時,印刷的(de)圖(tu)文顏(yan)色發(fa)生(sheng)明顯(xian)變(bian)化(hua)(產生(sheng)新的(de)顏(yan)色),而當溫(wen)(wen)度降至原(yuan)始溫(wen)(wen)度時,又能恢復(fu)到原(yuan)來(lai)顏(yan)色的(de)油墨。根(gen)據變(bian)色顏(yan) 料(liao)的(de)成(cheng)分差異,可逆(ni)(ni)熱敏(溫(wen)(wen)變(bian))油墨可分為無機可逆(ni)(ni)、有機可逆(ni)(ni)與液晶可逆(ni)(ni)3 種。
1.2.1 無機可逆熱敏油墨的變色原理
早期(qi)無機可逆(ni)熱敏變(bian)(bian)色(se)(se)(se)材料多(duo)(duo)選用(yong)金屬和金屬鹵化(hua)(hua)物(如(ru)Ag,Cu,Zn 及HgI,Pb2HgI4,Ti2HgI4等)、金屬氧化(hua)(hua)物的(de)(de)(de)多(duo)(duo)晶(jing)體(如(ru)Fe2O3,PbO,HgO,VO2 等)。適用(yong)于(yu)作低溫(wen)(wen)可逆(ni)熱敏變(bian)(bian)色(se)(se)(se)顏(yan)料的(de)(de)(de)主要(yao)有(you)(you)銀、汞、銅的(de)(de)(de)碘化(hua)(hua)物、鉻合物及復鹽類(lei)等。引(yin)起(qi)無機可逆(ni)熱敏材料變(bian)(bian)色(se)(se)(se)的(de)(de)(de)原因(yin)主要(yao)有(you)(you):晶(jing)型(xing)(xing)轉(zhuan)變(bian)(bian),如(ru)在(zai)(zai)溫(wen)(wen)度達(da)(da)(da)344 K時(shi),紅色(se)(se)(se)CuHgI4 四方晶(jing)系變(bian)(bian)為(wei)黑色(se)(se)(se)Cu2HgI4 立方晶(jing)系,即因(yin)晶(jing)型(xing)(xing)的(de)(de)(de)改變(bian)(bian)而發生了顏(yan)色(se)(se)(se)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua);得失(shi)結晶(jing)水,如(ru)在(zai)(zai)溫(wen)(wen)度達(da)(da)(da)314 K 時(shi),紅色(se)(se)(se)CoCl2·6H2O失(shi)水后變(bian)(bian)為(wei)天藍色(se)(se)(se)的(de)(de)(de)CoCl2,即是(shi)由于(yu)失(shi)水而導致(zhi)的(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)變(bian)(bian)化(hua)(hua);配位(wei)體幾何構(gou)型(xing)(xing)變(bian)(bian)化(hua)(hua),如(ru)在(zai)(zai)溫(wen)(wen)度達(da)(da)(da)316 K時(shi),【(C2H5)2NH2】2CuCl4的(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)在(zai)(zai)綠色(se)(se)(se)和黃(huang)色(se)(se)(se)之(zhi)間可逆(ni)變(bian)(bian)化(hua)(hua),這主要(yao)是(shi)由于(yu)結構(gou)或配位(wei)數(shu)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)而引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)。
1.2.2 有機可逆熱敏油墨的變色原理
有機可(ke)逆熱(re)敏變(bian)(bian)(bian)(bian)色顏料(liao)按(an)組(zu)分(fen)可(ke)分(fen)為(wei)2 類(lei):一(yi)(yi)類(lei)是由(you)一(yi)(yi)種化合(he)(he)物受熱(re)后發生組(zu)分(fen)或結構改變(bian)(bian)(bian)(bian)而(er)導致(zhi)變(bian)(bian)(bian)(bian)色,為(wei)單一(yi)(yi)組(zu)分(fen)變(bian)(bian)(bian)(bian)色材料(liao),可(ke)直接(jie)作為(wei)熱(re)敏變(bian)(bian)(bian)(bian)色顏料(liao); 另(ling)一(yi)(yi)類(lei)為(wei)一(yi)(yi)些受熱(re)時(shi)本(ben)身(shen)并不變(bian)(bian)(bian)(bian)色的(de)(de)化合(he)(he)物,當它與其他合(he)(he)適的(de)(de)化合(he)(he)物混合(he)(he)后,發生化學反(fan)應(ying)而(er)產生熱(re)敏變(bian)(bian)(bian)(bian)色現象(xiang),稱為(wei)多組(zu)分(fen)復配變(bian)(bian)(bian)(bian)色顏料(liao)。有機可(ke)逆熱(re)敏顏料(liao)的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)色機理為(wei):
1)電子轉移(得失)機理。
體(ti)系主(zhu)要(yao)由(you)發(fa)(fa)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)劑(ji)(ji)(ji)、顯色(se)(se)(se)(se)(se)(se)劑(ji)(ji)(ji)和溶(rong)劑(ji)(ji)(ji)3 種成(cheng)分組成(cheng)。發(fa)(fa)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)劑(ji)(ji)(ji)是(shi)(shi)變色(se)(se)(se)(se)(se)(se)材(cai)料中的(de)電子(zi)供(gong)體(ti),向電子(zi)受(shou)(shou)體(ti)給出電子(zi),是(shi)(shi)熱(re)敏(min)變色(se)(se)(se)(se)(se)(se)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)基(ji)(ji),決(jue)(jue)定(ding)復配(pei)物(wu)體(ti)系的(de)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)(se),其(qi)本身不能(neng)直(zhi)接產(chan)(chan)生(sheng)熱(re)敏(min) 變色(se)(se)(se)(se)(se)(se)現象。常(chang)用(yong)的(de)發(fa)(fa)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)劑(ji)(ji)(ji)有結晶紫內酯(zhi)(zhi)、孔(kong)雀綠內酯(zhi)(zhi)、甲基(ji)(ji)紅等(deng)。顯色(se)(se)(se)(se)(se)(se)劑(ji)(ji)(ji)是(shi)(shi)變色(se)(se)(se)(se)(se)(se)材(cai)料中的(de)電子(zi)受(shou)(shou)體(ti),是(shi)(shi)引起熱(re)敏(min)變色(se)(se)(se)(se)(se)(se)的(de)有機化(hua)(hua)合物(wu),是(shi)(shi)能(neng)否(fou)使材(cai)料變色(se)(se)(se)(se)(se)(se)及顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)變化(hua)(hua)深(shen)淺的(de)決(jue)(jue)定(ding)因素(su),它接受(shou)(shou)發(fa)(fa)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)劑(ji)(ji)(ji)提供(gong)的(de)電 子(zi)而產(chan)(chan)生(sheng)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)(se)變化(hua)(hua)反應(ying)。常(chang)用(yong)的(de)顯色(se)(se)(se)(se)(se)(se)劑(ji)(ji)(ji)有:酚(fen)羥(qian)基(ji)(ji)化(hua)(hua)合物(wu)及其(qi)衍(yan)生(sheng)物(wu),如雙酚(fen)A、月桂醇(chun)(chun)(chun)(chun)酸(suan)(suan)酯(zhi)(zhi)、8- 羥(qian)基(ji)(ji)喹啉、對羥(qian)基(ji)(ji)苯甲酸(suan)(suan)芐酯(zhi)(zhi)、4- 羥(qian)基(ji)(ji)香豆素(su)、α- 萘酚(fen)、β-萘酚(fen)等(deng);羧基(ji)(ji)化(hua)(hua)合物(wu)及其(qi)衍(yan)生(sheng)物(wu),如硬脂(zhi)酸(suan)(suan)、 己酸(suan)(suan)、對苯二(er)甲酸(suan)(suan)、辛(xin)酸(suan)(suan)等(deng)。溶(rong)劑(ji)(ji)(ji)決(jue)(jue)定(ding)著熱(re)敏(min)材(cai)料的(de)變色(se)(se)(se)(se)(se)(se)溫度,一般通過改變所用(yong)溶(rong)劑(ji)(ji)(ji)來改變熱(re)敏(min)變色(se)(se)(se)(se)(se)(se)溫度。常(chang)用(yong)的(de)溶(rong)劑(ji)(ji)(ji)為醇(chun)(chun)(chun)(chun)類溶(rong)劑(ji)(ji)(ji),如正(zheng)十二(er)醇(chun)(chun)(chun)(chun)、正(zheng)十四醇(chun)(chun)(chun)(chun)、正(zheng)十六醇(chun)(chun)(chun)(chun)、正(zheng)十八醇(chun)(chun)(chun)(chun)等(deng),醇(chun)(chun)(chun)(chun)類溶(rong)劑(ji)(ji)(ji)具有熔點較低(di)、價格便宜、性能(neng)穩定(ding)等(deng)優(you)點。相較而言,以上(shang)4 種醇(chun)(chun)(chun)(chun)類溶(rong)劑(ji)(ji)(ji)中,正(zheng)十六醇(chun)(chun)(chun)(chun)性能(neng)最優(you)。
2)pH 值變化機理。
此體系(xi)的發色劑(ji)主要是(shi)酸堿指示(shi)劑(ji),如(ru)酚酞、酚紅等(deng)。顯色劑(ji)為(wei)使pH 值發生變(bian)化的羧酸類及胺類的熔(rong)融性化合物(wu)。化合物(wu)隨(sui)著溫度(du)變(bian)化而熔(rong)化或凝固(gu)時,由于介質(zhi)的酸堿變(bian)化或受熱引(yin)起分子結構(gou)變(bian)化,從而引(yin)起顏色的可(ke)逆變(bian)化。
3)分子結構變化機理。
當(dang)溫度(du)變化時(shi),體系(xi)由(you)閉環(huan)(huan)(huan)(huan)變成開環(huan)(huan)(huan)(huan)和(he)(he)分子結構(gou)異構(gou)(順反異構(gou)、互變異構(gou)、構(gou)象異構(gou)),引起顏色發生變化。體系(xi)分子中含有多個(ge)雜環(huan)(huan)(huan)(huan)和(he)(he)芳(fang)環(huan)(huan)(huan)(huan)結構(gou)的螺環(huan)(huan)(huan)(huan)化合(he)(he)物(wu),如螺吡喃類(lei)(lei)、螺嗪(qin)類(lei)(lei)衍生物(wu),俘精酸酐類(lei)(lei)、二芳(fang)雜環(huan)(huan)(huan)(huan)基乙(yi)烯類(lei)(lei)、吲哚(duo)啉唑烷類(lei)(lei)衍生物(wu)偶氮(dan)類(lei)(lei)、席夫堿類(lei)(lei)和(he)(he)色酮類(lei)(lei)化合(he)(he)物(wu)等。這些化合(he)(he)物(wu)性(xing)能穩定,耐熱性(xing)能好,變色明顯,變色溫度(du)較低(di)。
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。