说说示温涂料|工业腐蚀与防护

张作华

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[复制链接] 只看楼主正序阅读楼主发表于: 2023-11-29

说说示温涂料

赛化云防腐蚀技术总监 51防腐蚀论坛资深版主张作华

示温涂料也叫热敏余料或者叫变色涂料，它是以颜色或外观变化来指示物体表面温度及温度分布，具有测温功能的一种功能性涂料。其原理就是涂层被加热到一定的温度时，涂料中的对热敏感的颜料发生某些物理或者化学变化，导致分子结构、分子形态的变化，外在的表现就是颜色变化，因此可以根据颜色随着温度变化而发生改变的特性来测量一定范围内的温度数值。

热变色的现象被人们注意并且加以研究始于100多年前；而示温涂料真正发现和应用是和航空航天工业的发展分不开的，特别是第二次世界大战期间，示温涂料的发展达到鼎盛时期。目前，示温涂料主要研究和应用的国家有德国、英国、美国、日本、俄罗斯及中国。我们国家示温涂料研究从60年代由原化工部涂料工业研究所开始研发，取得了相当的成果，测温范围37℃-1150℃，而且种类很多，应用领域非常广泛。早期，随着我国炼油工业的兴起，炼油装置需要超温报警涂料，示温涂料应运而生，70年代，我国航空工业突飞猛进，设计、选材都要依据表面温度分布而定，从而更加促使示温涂料向不可逆多变色方向发展，系列化的不可逆、多变色示温涂料研制成功，为我国航空工业发展作出了重要贡献，80年代又成功研制了熔融示温片。

示温涂料通常分为两大类型：可逆型和不可逆型。可逆型示温涂料就是加热到某一温度即发生色变，冷却时颜色又恢复到原状，可以反复使用测温；不可逆示温涂料就是加热到某一温度颜色发生变化，冷却时颜色不能恢复到原来颜色，可以记录表面经受过的温度。国内对可逆示温涂料研究很少，几乎是空白。国外示温涂料已经趋向低温（100℃左右），甚至零下的低温方向发展，特别是向可逆示温涂料出现了一系列产品；但是其鼎盛时期已经不再，近几年关于示温涂料的报道也是很少见了。

根据变色次数，示温涂料分为单变色、双变色、多变色三类，从测温范围可分为低温型（<100℃）、中温型（100℃-500℃）、高温型（>500℃）。其组成包括变色颜料、漆基、填料及溶剂，可逆型变色颜料主要选用的无机变色颜料是Ag、Hg、Cu的碘化物、金属配位化合物或者复盐；不可逆型变色主要选用铅、铬、镍、钴、铁、镉、锶、锌等的硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、铬酸盐、硫化物等。漆基选择既要符合颜料特性又不能与颜料起反应，低温示温涂料常用的基料有虫胶清漆，醇酸树脂，硝酸纤维素，三聚氰胺树脂，脲-甲醛缩合物，氨基甲酸酯，纤维素糠醛树脂，甲基丙烯酸酯-乙酸乙烯酯共聚物，环氧树脂等；高温示温涂料基料通常选择有机硅树脂或者改性有机硅树脂。

示温涂料作为测温重要的载体，与一般的测温工具，如温度计和热电偶相比，具有以下的优点：
1.特别适用于一般温度计无法或者难以测量的场合，如高速运转的部件，大面积表面，复杂构件的温度测量。
2.不可逆示温涂料可作为被测物温度变化的半永久记录资料，并且可以重复。
3.具有最高历经温度“记忆”功能，能够进行后期温度测读，无需即时观测或记录设备。
4.用多变色示温涂料能够测量表面温度分布，并且可以适用于非金属表面测量。
5.使用方便，简单，经济，直观，是其他测温手段不能代替的。

示温涂料虽然具有以上的优点；但是在实际温度测量应用中有许多弊端，最大缺点就是受到使用条件，如加热速度，时间，环境温度影响较大，精确度比一般测温工具差一些，只能对一些特征温度点进行测量，无法对温度的变化过程进行连续测量。即使如此，示温涂料仍然在工业及航空和国防领域发挥着重要的作用，如采用示温涂料对飞机、火箭、卫星发射器、炮弹、返回式卫星等温度的测量；采用示温涂料对发动机涡轮盘温度的测量；炼油工业中催化加氢、石油裂解等大型设备，经常需要大面积监视内部衬里是否破坏，反应是否正常，可以通过涂在外壁的示温涂料得以实现；非金属材料工作时，承受的热载测量一般温度计难以完成，采用示温涂料可以取得满意的效果；液晶示温在食品保鲜，冷藏温度指示方面也取得良好的应用。示温涂料不仅满足了工业生产的需要，而且还为美化生活提供了条件。将示温涂料涂布在纸张，木材，塑料，金属，陶瓷，玻璃，布匹等底材上，获得装饰性，趣味性高的底材制品，可以制作变色衣料，变色窗帘，变色茶杯，例如美国Nature公司将示温涂料涂于瓷杯上，室温时呈夜幕景象图案，倒入热水黑夜景象消失，显示出白天景象，一看就知道茶水的冷热，给人以赏心悦目之感，有涂料专家认为，这种新型热可逆变色涂料大有发展前景。

示温涂料的涂装施工与普通防腐蚀工业涂料基本相似。以国内一款JS-S型单变色不可逆示温报警涂料为例，其有3款品种（240℃示温涂料，270℃示温涂料，370℃示温涂料）由甲乙双组分组成，涂装前必须对底材进行表面处理，等级要求符合GB8923相关规定或者根据ISO8504:2000标准进行判定和处理，要求基面必须干净无污染。将甲乙组分按照比例充分混合搅拌，并且静置5分钟后进行刷涂，涂层厚度干膜为25-35μm，涂布率0.15-0.2Kg/㎡，配好的涂料在6-8小时内用完，涂装工具清洗和涂料稀释可以使用示温涂料专用稀释剂。涂装现场严禁火种，保持良好通风，环境温度25℃，相对湿度<65%，涂装5小时后实干，即可投入使用。这种示温涂料适用于炼油化工设备外壁，工作温度为140℃，100℃，200℃，当温度分别达到240℃，270℃，370℃时，其涂层在60分钟内可由蓝色变为白色，浅棕色，白色，即警告操作人员设备发生异常，应即时采取措施，为确保设备正常运行和生产安全保驾护航。

随着涂料的技术，特别是功能涂料的技术发展，示温涂料也在鼎盛期过后进一步持续稳步发展，尤其是低温可逆示温涂料，微胶囊示温涂料的开发取得了可喜的成绩。特别是不限于工业及航空航天领域的民用变色物品的使用迅猛发展，例如国内珠三角地区一些企业生产的变色工艺品不但多姿多彩而且行销国内外，从而带动了变色材料和示温涂料发展。虽然示温涂料属于小众化产品；但是在许多领域发挥着重要的作用，也是其他测温工具所不能代替的测温手段，根据市场最新调研报告显示，预计2025年全球示温涂料市场规模将达到30亿美元，未来几年年复合增长率CAGR为10%。

笔者始终坚持认为：未来工业涂料的发展，在于技术的突破和各种功能型涂料的开发及其性能应用的不断延伸的观点，其中也包括本文涉及的示温涂料的二次开发与创新，特别是对低温可逆多变示温涂料的研究将成为重点和热点。

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