【温变油墨】温变油墨原理 温变油墨种类有哪些

【温变油墨】温变油墨原理 温变油墨种类有哪些

热致变色油墨又称温变油墨、示温油墨、热敏油墨。它可以随环境温度的变化而迅速改变颜色，从而使被着色物体具有动态变化的色彩效果。

热敏（温变）油墨的变色原理：热敏（温变）油墨是指在温度变化（升温或降温）时，所印刷的图文信息能够根据不同的温度而表现出不同颜色效果的油墨。

热敏油墨的主要组分是变色颜料、填料和连结料。其变色功能主要取决于变色颜料，颜料加热前后出现的颜色变化截然不同，并以此作为判断票证真伪的依据。

众所周知，颜料受热发生颜色变化的品种不胜枚举，但作为热敏油墨的颜料必须具备下列条件：

1 ）对热作用要敏感，在常温下有固定明显的颜色，且达到预定温度时变色迅速；

2 ）有明显的变色界限，即变色温度区间要窄，变色前后色差 要大；

3 ）受外界环境影响要小，在光照、潮湿气候条件下性能稳定，不分解、不退色；

4）印刷性能好，如颜色、着色力、迅速干燥能力、遮盖力、耐光、耐热、耐酸、耐碱、不渗印等；

5）检验方便，对于热致变色防伪标识，检验时需要热源，常见的有打火机、火柴、手温、摩擦等， 因而变色温度要选择合适。

热敏性油墨的两个有代表性的例子是液晶和白染料性热敏油墨。热敏性油墨比较常用的是液晶型的，目前液晶被应用在很多产品上，包括鱼缸里的温度计、压力测试计、体温计。但是液晶型的油墨生产很难控制，而且还要求很高的专业操手。我们来看一下另外一种热敏性油墨—白染料性热敏油墨。白染料性热敏油墨由于改变油墨颜色的方式很独特，它们的应用也很广泛，其中有安全印刷，新型图文标签、产品商标、专用广告以及纺织品。另外它还有很多别的用途，例如用在一些特殊功能印刷上。当糖浆被加热到一定温度时，糖浆的标签就会有特殊的变化。白染料性热敏油墨在正常温度下，它显现的是一种颜色，当被加热以后，它就会变成无色。3~6 ℃改变就会产生一个颜色变化，这样白染料就适合了一些新的项目以及不要求显示精确温度变化数据的产品。正是由于这个原因，液晶热敏性油墨而不是白染料性油墨被应用在温度计生产中。一些产品用白染料热敏性油墨印刷会从一个颜色变到另外一种颜色，而不是从有色过渡到无色，通常通过一个由白染料性油墨和不变色的油墨组分组成的油墨就可以达到这个要求。例如，油墨制造商通过把一个蓝色白染料性油墨加入到黄色油墨中就可以得到绿色油墨。在正常状态下，印刷油墨的表层是绿色的，而当加热时，它就变为黄色了，白染料组分则变成无色了。白染料油墨可以在不同温度范围内改变颜色，从-25~66 ℃，而且它呈现颜色的范围也很广泛。

从热力学角度，可将热敏（温变）油墨分为不可逆和可逆2 类。

1 . 1 不可逆热敏（温变）油墨的变色原理

不可逆热敏（温变）油墨（irreversible thermosensitiveink）是指材料加热至一定温度，印刷的图文颜色发生变化，冷却后不能恢复到原色的油墨。不可逆热敏变色颜料种类繁多，常用的有镉、锶、钴、铅、镍、铬、锌、铁、镁、钡、钼、锰等的硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氧化物、硫化物以及甲基紫、苯酚化合物等。其变色原理主要有：热分解、氧化、热升华、固相反应、熔融反应等。这些热敏材料的变色温度高，且大部分含有重金属元素，不符合HJ/T 370—2007《环境标志产品技术要求胶印油墨》与HJ/T371 —2007《环境标志产品技术要求凹印油墨和柔印油墨》的环保标准，因此，不适合作热敏（温变）油墨的颜料。能用于热敏（温变）油墨的颜料主要是铵盐、碳酸盐、草酸盐及含有易挥发的小分子配体（NH3，CO 和O2）的有色金属配合物或可脱结晶水的热敏无机材料，其热分解会生成新的有色物质，导致颜色发生改变。

1 . 2 可逆热敏（温变）油墨的变色原理

可逆热敏（温变）油墨（reversible thermosen-sitiveink）是指材料加热到某一温度时，印刷的图文颜色发生明显变化（产生新的颜色），而当温度降至原始温度时，又能恢复到原来颜色的油墨。根据变色颜 料的成分差异，可逆热敏（温变）油墨可分为无机可逆、有机可逆与液晶可逆3 种。

1.2.1 无机可逆热敏油墨的变色原理

早期无机可逆热敏变色材料多选用金属和金属卤化物（如Ag，Cu，Zn 及HgI，Pb2HgI4，Ti2HgI4等）、金属氧化物的多晶体（如Fe2O3，PbO，HgO，VO2 等）。适用于作低温可逆热敏变色颜料的主要有银、汞、铜的碘化物、铬合物及复盐类等。引起无机可逆热敏材料变色的原因主要有：晶型转变，如在温度达344 K时，红色CuHgI4 四方晶系变为黑色Cu2HgI4 立方晶系，即因晶型的改变而发生了颜色的变化；得失结晶水，如在温度达314 K 时，红色CoCl2·6H2O失水后变为天蓝色的CoCl2，即是由于失水而导致的颜色变化；配位体几何构型变化，如在温度达316 K时，【（C2H5）2NH2】2CuCl4的颜色在绿色和黄色之间可逆变化，这主要是由于结构或配位数的变化而引起的。

1.2.2 有机可逆热敏油墨的变色原理

有机可逆热敏变色颜料按组分可分为2 类：一类是由一种化合物受热后发生组分或结构改变而导致变色，为单一组分变色材料，可直接作为热敏变色颜料； 另一类为一些受热时本身并不变色的化合物，当它与其他合适的化合物混合后，发生化学反应而产生热敏变色现象，称为多组分复配变色颜料。有机可逆热敏颜料的变色机理为：

1）电子转移（得失）机理。

体系主要由发色剂、显色剂和溶剂3 种成分组成。发色剂是变色材料中的电子供体，向电子受体给出电子，是热敏变色色基，决定复配物体系的颜色，其本身不能直接产生热敏 变色现象。常用的发色剂有结晶紫内酯、孔雀绿内酯、甲基红等。显色剂是变色材料中的电子受体，是引起热敏变色的有机化合物，是能否使材料变色及颜色变化深浅的决定因素，它接受发色剂提供的电 子而产生颜色变化反应。常用的显色剂有：酚羟基化合物及其衍生物，如双酚A、月桂醇酸酯、8- 羟基喹啉、对羟基苯甲酸苄酯、4- 羟基香豆素、α- 萘酚、β-萘酚等；羧基化合物及其衍生物，如硬脂酸、 己酸、对苯二甲酸、辛酸等。溶剂决定着热敏材料的变色温度，一般通过改变所用溶剂来改变热敏变色温度。常用的溶剂为醇类溶剂，如正十二醇、正十四醇、正十六醇、正十八醇等，醇类溶剂具有熔点较低、价格便宜、性能稳定等优点。相较而言，以上4 种醇类溶剂中，正十六醇性能最优。

2）pH 值变化机理。

此体系的发色剂主要是酸碱指示剂，如酚酞、酚红等。显色剂为使pH 值发生变化的羧酸类及胺类的熔融性化合物。化合物随着温度变化而熔化或凝固时，由于介质的酸碱变化或受热引起分子结构变化，从而引起颜色的可逆变化。

3）分子结构变化机理。

当温度变化时，体系由闭环变成开环和分子结构异构（顺反异构、互变异构、构象异构），引起颜色发生变化。体系分子中含有多个杂环和芳环结构的螺环化合物，如螺吡喃类、螺嗪类衍生物，俘精酸酐类、二芳杂环基乙烯类、吲哚啉唑烷类衍生物偶氮类、席夫碱类和色酮类化合物等。这些化合物性能稳定，耐热性能好，变色明显，变色温度较低。

1.2.3 液晶可逆热敏油墨的变色原理

液晶可分为近晶液晶、向列液晶和胆甾液晶3类。热敏变色液晶主要是胆甾醇及其衍生物，因此，热敏变色液晶通常是指胆甾液晶，它主要依靠温度使其变色，其分子呈扁平状，排列成层，层内分子相互平行，分子长轴平行于层面。多层分子逐渐扭转成螺旋线，并沿着层的法线方向排列成螺旋状结构，其周期性的层间距称为螺距，螺距起衍射光栅的作用。螺旋结构还能选择性地反射光的偏振组分，给出彩虹图像。随着温度升高，螺距逐渐变小，散射光波长向短波移动，颜色相应从红色变为紫色，当温度降低时，颜色又从紫色变为红色，这就是胆甾液晶的热变色机理。

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