環保型變色涂料制備及其在景觀設計中的應用

金苗苗

摘 要：針對溶劑型變色涂料在制備和應用中的污染問題，提出一種以環氧樹脂改性為成膜物的環保型變色涂料。本實驗是以有機硅、環氧樹脂以及丙烯酸單體為基礎原料，利用聚合反應制備的有機硅改性環氧丙烯酸乳液為基礎，以氯化鈷為顏填料制備出一種環保型變色涂料。通過涂料的性能測試，研究了制備該涂料的最佳比例，實驗結果為：在顏基比為2.8、變色顏料含量為19.37%，涂刷厚度80μm，顏填料研磨時間1.5h時制備出來的涂料，性能較為穩定，符合國家變色涂料制備標準。制備出來的涂料變色溫度為41℃，變色時間為60s。

關鍵詞：變色涂料;有機硅;環氧丙烯酸;環保材料

中圖分類號：TQ630.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1001-5922（2021）10-0025-04

Preparation of Environmental Protection Color Changing Paint and Its Application in Landscape Design

Jin Miaomiao

（Yangling Vocational and Technical College， Xianyang 712100， China ）

Abstract：In view of the pollution problem in the preparation and application of solvent based color change coating， a kind of environmental protection color change coating with epoxy resin modified as film-forming material was proposed. This experiment is based on organic silicone， epoxy resin and acrylic monomers as the basic raw materials. Based on silicone modified epoxy acrylic emulsion prepared by polymerization， cobalt chloride is used as pigment and filler to prepare an environment-friendly color changing coating. Through the performance test of the coating， the best proportion of the coating was studied. The experimental results showed that when the ratio of pigment to base was 2.8， the content of discolored pigment was 19.37%， the thickness of brush was 80 μm， and the grinding time of pigment and filler was 1.5 h， the performance of the coating was relatively stable and met the national standard for the preparation of color change coating. The color change temperature of the prepared coating is 41 ℃ and the color change time is 60 s.

Key words：color change coating; silicone; epoxy acrylic acid; environmental protection materials

隨著時代的發展，變色涂料不僅在航空航天方面發揮重要作用，在生活中也能隨處可見。在一些景觀設計中加入變色涂料，能夠豐富該景觀設計的色彩，給人耳目一新的感覺。但目前中國所制備的可逆變色涂料大多都是以溶劑型材料為成膜劑，存在較大的污染。為尋找一種更為環保的可逆變色材料，孟令巧等（2020）對環保型水性涂料的研究進展及發展趨勢做了深入探討;于國玲（2018）則研究了幾種新型水性樹脂及涂料;張愛玲（2019）則研究了耐酸型耐水性丙烯酸脂及涂料的制備及性能。以上專家的研究為新型涂料的制備提供了大量的數據基礎，但制備可逆性涂料變色性能不穩定。本研究在以上基礎上，提出一種在景觀中應用的環保型變色涂料，并對其進行性能驗證。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

本實驗主要試劑與儀器如表1、表2所示。

1.2 實驗過程

1.2.1 有機硅改性環氧丙烯酸乳液制備

此次乳液制備是利用乳液聚合的方式完成的，其原理是借助表面活性劑（乳化劑）使單體進行自由基聚合，形成一種穩定的乳液。結合盧招弟（2014）的研究成果，本實驗在有機硅改性環氧丙烯酸乳液的配制中采用同等配方。實驗過程為：

（1）取出復合乳化液的1/2及混合單體的1/10，攪拌均勻后，裝入250ml裝有回流冷凝管、攪拌器的四口燒瓶中，攪拌速度及攪拌時間分別為300r/min和12min，得到預乳化液。（2）在預乳化液中加入1/2引發液，利用恒溫水浴鍋緩慢將溶液溫度提升至80℃，隨著溫度的升高，溶液逐漸變為藍色。待溶液溫度達到80℃，溶液完全變成藍色，對溶液進行保溫，保溫時間為0.5h。（3）將復合乳化液及混合單體滴加到保溫結束后的溶液中，滴定時間為1.5～2h。在滴定過程中，每隔12min加入一定量剩余的引發劑。觀察并記錄實現過程中出現的現象。（4）完成上述過程后，將混合物的溫度緩慢提升至85℃，保溫1.5h。保溫結束后，緩慢將混合物溫度降至30℃。加入一定量氨水，使之pH值穩定在7～8，用100目篩子對混合溶液進行過濾，得到有機硅改性環氧丙烯酸乳液。

1.2.2 水性低溫可逆變色涂料制備

（1）將氯化鈷、SiO2、云母粉、輕質碳酸鈣、滑石粉加入研缽中研磨備用。（2）將分散劑和潤濕劑溶于定量去離子水中，并用磁力攪拌器對混合物進行高速攪拌分散，攪拌時間為12min。（3）加入上述制備乳液及成膜助劑，繼續分散12min。然后加入研磨好的固體材料，在高速模式下攪拌35min。（4）加入消泡劑攪拌幾分鐘（若無氣泡可不加）。待氣泡消失后，得到水性低溫可逆變色涂料。

1.3 性能檢測

1.3.1 涂料表干時間和實干時間測定

（1）表干時間及表干標準：根據國家標準 GB 1728—79（89）規定，涂料表干測定標準為短時間內用手指輕輕觸摸涂膜，涂膜不粘手不破裂則為表干，從刷料到不粘手所用時間為涂料的表干時間。（2）實干標準：根據國家標準 GB 1728—79（89）規定，涂料實干測定標準為：將一張定性紙放置于涂膜表面，在紙上放置200g砝碼，并保持30s。拿下砝碼后紙張自由下落則涂料達到實干。

1.3.2 涂膜附著力測試

借助國標GB 1720—79 ，將實干的涂料樣板在測定儀上進行固定，固定好針頭后按順時針方向輕輕搖動手柄，使針頭在樣板上留下劃痕。劃痕長度約為7～8cm。取下樣板并清理掉碎屑，對比測定手冊進行評級。附著力從1～7級依次遞減。

1.3.3 耐酸性及耐堿性測定

用封邊漆對實干后的涂膜樣本進行封邊，分別將樣版的2/3放入5%的鹽酸溶液和氫氧化鈉溶液中侵泡并密封，侵泡時間為24h。將樣板取出后用蒸餾水沖洗，用濾紙吸干表面水分，若涂膜樣板無發白、起泡、脫落等現象，則視為通過。

1.3.4 涂膜耐水性測試

按照國家標準 GB/T 1733—93：用封邊漆對實干后的涂膜樣本進行封邊，將樣版的2/3放入蒸餾水中浸泡并密封，浸泡時間為96h。用濾紙吸干表面水分，觀察樣品表面是否出現發白、脫落等現象，沒有則為通過。

1.3.5 涂料變色性能檢測

本實驗所用變色顏料為氯化鈷，氯化鈷的變色溫度為41℃，故檢測該變色涂料的變色性能溫度應控制在41℃。

（1）變色時間：涂料達到變色溫度后，從一種顏色到另一種顏色所用的時間即為變色時間。（2）復色時間：待涂料冷卻到了變色溫度以下，涂料開始緩慢恢復原來的顏色，涂料顏色完全恢復所用的時間就是復色時間。復色時間一般用于證明該變色涂料的靈敏性。

2 結果與分析

2.1 顏料用量對涂料性能影響

表3為不同用量的顏料對變色涂料的性能影響，從表3可知，隨著顏料比例的增加，變色時間和復色時間都在逐漸降低。這是因為顏料分子密度的增加導致涂料能夠更好的吸熱失去結晶水以及更好的吸收空氣中的水分。但是超過一定的界限后，涂料變色需要的熱源更多，形成結晶水的時間也變長，且變色顏料的增加凝結，涂膜表面還會出現粗糙不平的現象。綜上所述，選用19.37%顏料比例為最佳配比。

2.2 有機硅改性環氧丙烯酸乳液對涂料性能影響

表4為不同的環氧樹脂含量對涂料性能影響。從表4中可以看出，隨著環氧樹脂含量的增加，涂膜的附著力會慢慢的增加，達到的一定的界限后會慢慢的降低。出現這種情況的原因在于環氧樹脂含量增加，分子間間隙變小，形成結構緊密的涂膜，該涂膜能阻礙顏料對于熱量和水蒸氣的吸收，即變色和復色時間都變長。且隨環氧樹脂含量的增加，涂料的粘性也會隨之增加，使涂層表面不平整，故使用5%的樹脂作為基料最適合。

2.3 制備工藝對涂料性能影響

研磨時間不同，顏填料分子粒徑有所差異，為探究研磨時間對涂料性能的影響，在其他參數不變的情況下，改變顏填料的研磨時間，并將結果統計為表5。從表5可知，當研磨時間為1h時，涂膜表面不平整且附著力差，這是因為研磨不徹底導致顏填料粒徑較大導致的。研磨1.5h時，附著力較好，且變色和復色時間較短。研磨2h時，顏填料粒徑較小，涂料粘度增加，附著力減小，且涂膜表面粗糙，綜上所述，研磨時間為1.5h最佳。

2.4 涂膜厚度對涂料性能影響

表6是不同涂膜厚度對涂料性能影響，從表6可以看出，隨著涂膜厚度的增加，涂料的變色和復色時間都有所增加，這是由于涂料密度增加導致涂層過厚，填料會吸收掉一部分熱量，同樣對涂料吸收水蒸氣也有所影響，導致變色時間和復色時間都延長，但涂膜厚度超過80/μm，涂料密度過大導致涂膜表面粗糙，故選用80/μm的涂膜厚度為最佳厚度。

2.5 顏基比對涂料性能影響

表7是不同的顏基比對涂料性能的影響，從表7可知隨著顏基比的增加，變色時間和復色時間都有所減小，這是因為顏基比較低時，涂料的粘性變大且結構較為緊密，故變色時間和復色時間長，隨顏基比的增加，涂料粘性變小，故出現變色和復色時間都有所減小的現象。當顏基比超過3.0時，涂膜粘性較小，且附著力較低，涂膜表面不平整，故本實驗制備涂料選用顏基比為3.0為最優比例。

2.6 最佳配比涂料性能測試

通過上述實驗過程的結果，按照最佳配比制備涂料，且對該涂料進行常規標準檢測，檢測結果如表8所示，符合變色涂料性能標準。

3 結論

通以上涂料制備，得到以下4點結論：

（1）涂料變色時間及復色時間隨顏料分子密度增加而降低，超過19.37%后，顏料分子密度過大，變色及復色需要的熱源和水蒸氣增加，變色和復色時間增加，故顏料含量19.37%為最佳選擇。

（2）有機硅改性環氧丙烯酸變色涂料中，隨環氧樹脂含量的增加，涂膜的附著力會增加，超過5%后，分子間間隙變小形成涂膜，涂膜阻止涂料吸收熱源和水蒸氣，變色和復色時間會慢慢的增加。故環氧樹脂含量為5%是最佳選擇。

（3）涂膜厚度的增加，涂料的變色和復色時間都有所減小，超過80μm后，涂膜表面粗糙，且變色復色時間變長，故80μm為最佳厚度。

（4）顏基比的增加，變色時間和復色時間都有所減小。當顏基比超過3.0時，涂膜粘性較小，且附著力較低，涂膜表面不平整，故顏基比為3.0時是最佳選擇。

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