Как смешать термохромный порошок с эпоксидной смолой

Смешиваниетермохромный порошокВнесение покрытия в эпоксидную смолу позволяет создавать поверхности, которые заметно меняют цвет в ответ на нагрев — функциональный эффект, все чаще используемый в декоративно-прикладном искусстве, интерактивных напольных покрытиях и новаторских потребительских товарах. При правильном выполнении,термопигментный порошокДиспергируется в эпоксидной смоле в виде мелкодисперсной однородной суспензии, которая чисто активируется при заданной температуре срабатывания, без разводов или мертвых зон. В этой статье рассматриваются механика диспергирования, рекомендации по соотношению компонентов, пороги активации и виды отказов, которые ухудшают способность к изменению цвета.термохромная пигментная смоласистемы.

С чем вы на самом деле работаете

Термохромные порошки, используемые в смолах, представляют собой микрокапсулированные системы лейкокрасителей. Активная химическая формула — обычно лейкокраситель, проявитель и растворитель — заключена внутри полимерной микрокапсулы, которая представляет собой мелкодисперсный порошок. Капсула — это пигмент. Это различие имеет значение при начале смешивания.

В отличие от неорганических пигментов, эти микрокапсулы механически хрупки и химически чувствительны. Оболочка может быть повреждена агрессивным сдвигом, реактивными растворителями или длительными циклами высокотемпературного отверждения. Как только стенка капсулы нарушается, система лейкокрасителей подвергается воздействию смоляной матрицы, и изменение цвета безвозвратно теряется. Предупреждения не будет — отвержденное изделие просто не активируется.

Размер частиц большинства термохромных порошков составляет 1–10 мкм, что достаточно мелко, чтобы оставаться во взвешенном состоянии во время обычной заливки эпоксидной смолы при условии контроля вязкости, но достаточно мало, чтобы агломерация представляла реальную опасность, если порошок не был должным образом предварительно диспергирован перед добавлением в смолу.

Совместимость эпоксидных систем — что проверить в первую очередь

Не все эпоксидные системы подходят. Два фактора определяют термохромную совместимость еще до добавления хотя бы одного грамма порошка:

Устранение экзотермического эффекта.Отверждение эпоксидных смол — экзотермический процесс. При заливке толстым слоем внутренняя температура может резко повышаться, значительно превышая 80–100 °C. Большинство стандартных термохромных пигментов имеют верхний предел термостойкости около 80 °C (некоторые составы выдерживают до 120 °C в кратковременном режиме). Превышение этого значения во время отверждения чревато необратимой деактивацией — не просто временным изменением цвета, а необратимой деградацией лейкокрасительной системы внутри капсулы. Предпочтительнее использовать литьевые смолы с низким уровнем экзотермичности или тонкослойные заливки с поэтапным отверждением.

pH и реакционная способность смолы.Сильнощелочные смоляные системы или отвердители с высоким содержанием аминов со временем могут разрушать оболочки микрокапсул, что приводит к постепенной потере активационного эффекта после отверждения. Стандартная эпоксидная смола на основе бисфенола-А с алифатическими или циклоалифатическими аминными отвердителями, как правило, безопасна. Эпоксидные системы, отверждаемые УФ-излучением, также могут работать, при условии контроля времени УФ-облучения и отсутствия чрезмерного локального нагрева.

Стоит отметить: в термохромных сериях, не содержащих BPA (например, в пищевой серии KTP-xxF от Kolortek), используется другая химическая формула инкапсуляции с немного большими капсулами (3–10 мкм). Они, как правило, немного более устойчивы в системах с реактивными смолами, хотя те же меры предосторожности в отношении экзотермической реакции остаются в силе.

Выбор подходящего термохромного порошка для эпоксидной смолы

Температура активации — это основной параметр. Уточните свои потребности перед заказом. Термохромные порошки делятся на две категории по своим свойствам:

Для эпоксидных красок, активируемых прикосновением — когда изменение цвета происходит при касании ладони или кончика пальца — оптимальная практическая температура составляет 31–32°C. Она выше средней комнатной температуры (что позволяет избежать ложных срабатываний) и надежно реагирует на контакт с кожей.

Если цвет фона имеет значение для эффекта проявления, помните: при переходе от цветного к бесцветному покрытию становится видно все, что находится под термохромным слоем. Тщательно спланируйте цвет подложки или базового слоя.

Процесс смешивания — шаг за шагом

Последовательность действий имеет значение. Термохромный порошок ни в коем случае нельзя добавлять непосредственно в готовую эпоксидную смесь и интенсивно перемешивать. Такой подход приводит к агломерации и повреждению капсул.

Шаг 1 — Предварительно диспергируйте порошок.Взвесьте термохромный порошок и смешайте его с небольшим количеством компонента А (компонент смолы) перед добавлением отвердителя. Используйте соотношение примерно 1 часть порошка к 5–10 частям смолы по весу для этой начальной дисперсионной пасты. Перемешивайте вручную или низкоскоростным шпателем — не используйте мощный миксер. Цель — полное смачивание каждой частицы без сдвиговых воздействий. Этот этап предварительного диспергирования имеет решающее значение. Он устраняет сухие агломераты до того, как они зафиксируются в матрице отверждения.

Шаг 2 — Добавьте отвердитель.После того, как порошок полностью растворится в компоненте А, добавьте компонент В (отвердитель) в соответствии с указанной производителем пропорцией смешивания. Аккуратно, но тщательно перемешайте — соскребите со стенок и дна емкости. Перемешивайте вручную в течение 3–5 минут. Избегайте попадания воздуха в систему; пузырьки в термохромной заливке визуально отвлекают и их сложнее удалить после смешивания.

Шаг 3 — По возможности удалите воздух из баллона.Кратковременный цикл вакуумной дегазации (1–3 минуты под вакуумом) удаляет захваченный воздух без создания термического напряжения. Если вакуумная камера недоступна, для удаления большинства пузырьков воздуха можно быстро провести тепловым пистолетом по поверхности после заливки, хотя глубокие пустоты при этом не удалятся.

Шаг 4 — Заливайте тонкими слоями.При использовании стандартных литьевых смол толщина каждого слоя не должна превышать 6 мм. Толстые слои концентрируют тепло, выделяемое при экзотермической обработке. Если проект требует большой глубины, следует наносить несколько тонких слоев с полным интервалом отверждения между ними.

Коэффициенты загрузки и то, что происходит на каждом уровне.

Универсального правильного соотношения не существует — оно зависит от желаемой глубины цвета, толщины слоя и от того, используете ли вы фоновый цвет для контраста. Тем не менее, вот несколько практических отправных точек:

На практике, в большинстве случаев концентрация эпоксидной смолы в красках составляет от 5 до 8%. При более низкой концентрации эффект изменения цвета может выглядеть блеклым. При концентрации выше 12% пасту становится трудно полностью дегазировать, и резко возрастает риск образования недиспергированных агломератов.

Термохромные порошки можно наносить слоями с другими пигментами — распространены комбинации перламутровых и металлизированных порошков. При смешивании термохромный компонент следует добавлять в последнюю очередь, а общее содержание пигментов не должно превышать рекомендованный производителем смолы предел (обычно 20–25% в сумме).

Условия отверждения и регулирование температуры

Для термохромных смоляных систем всегда предпочтительнее отверждение при комнатной температуре, чем отверждение с помощью нагрева. Если производитель смолы указывает на необходимость последующего отверждения при повышенной температуре для достижения максимальных механических свойств, следует поддерживать температуру как можно ближе к минимальному эффективному значению — в идеале ниже 60°C — и контролировать продолжительность цикла.

Избегайте размещения свежезалитой термохромной смолы в теплом помещении или рядом с источником тепла для ускорения отверждения. Это не способствует отверждению и повышает риск локального экзотермического эффекта. Целевая температура составляет 20–25 °C, а циркуляция воздуха хорошая.

Один из часто упускаемых из виду видов отказов: заливка термохромной смолы в толстую силиконовую форму с низкой теплопроводностью. Форма удерживает тепло во время экзотермической реакции. При заливке тонких слоев это редко имеет значение, но для изделий толщиной более 10 мм внутренние температуры могут неожиданно повыситься. Алюминиевые формы или открытые формы рассеивают тепло гораздо эффективнее.

Работа с термопорошоком для эпоксидных смол — распространенные причины отказов.

Понимание причинтермопорошок для эпоксидной смолыИнформация о сбоях в работе приложений полезнее, чем контрольный список того, что нужно и чего не нужно делать.

Потеря активности после отверждения.Изделие выглядит нормально, но цвет не меняется. Причина: экзотермический эффект превысил допустимый температурный предел для капсулы во время отверждения, или система отвердителей химически воздействовала на оболочки капсулы. Профилактика: меньшая толщина заливки, использование смолы с низким экзотермическим эффектом, избегание отвердителей с высоким содержанием аминов.

Неравномерное или пятнистое изменение цвета.В одних областях происходит активация, в других — нет. Причина: сухие агломераты, которые не полностью увлажнились во время предварительного диспергирования. Порошок присутствует, но не находится во взвешенном состоянии — он находится в слипшихся участках. Профилактика: всегда предварительно диспергируйте в части А перед добавлением отвердителя.

Вялая реакция активации.Изменение цвета происходит, но медленно и неполно. Причина: слишком низкое соотношение загрузки пигмента к толщине слоя или выбранная температура активации слишком сильно отличается от рабочей среды. Пересмотрите выбор пигмента — запуск при 31°C в помещении, где круглый год поддерживается температура 28°C, приведет к почти постоянной активации и создаст впечатление, что изделие «застряло» в процессе изменения цвета.

Постепенное ослабление эффекта в течение нескольких месяцев.Обычно это указывает на проникновение влаги или деградацию полимерной оболочки микрокапсул под воздействием УФ-излучения. Покрытие готового изделия прозрачным УФ-стойким лаком значительно продлевает срок службы в условиях окружающего освещения.

Примеры применения, заслуживающие внимания

Эпоксидные напольные покрытия с термохромным пигментом: термохромные слои обычно наносятся в качестве промежуточного слоя между тонированной основой и прозрачным финишным покрытием. Цвет основы становится видимым при воздействии тепла (ходьба, лучистое тепло), а затем возвращается к термохромному цвету по мере охлаждения поверхности. Температуру активации необходимо тщательно калибровать — температура напольных покрытий на участках, подверженных воздействию солнца, может регулярно превышать 35°C, что обеспечило бы постоянную активацию пигмента при 31°C.

Художественная обработка и литье из смолы: наиболее благоприятные условия для этих пигментов. Тонкие заливки, отверждение при комнатной температуре, активация при прикосновении к поверхности. Изделие, отлитое с использованием KTP-31-JB (от черного до бесцветного при 31°C) поверх белого или металлического базового слоя, будет выглядеть полностью непрозрачным черным при комнатной температуре и полностью обнажит базовый слой при прикосновении — эффектный, чистый результат с минимальной сложностью рецептуры.

Функциональные индикаторы температуры: высокочувствительный пигмент, такой как KTP-45-BR, внедренный в поверхность с эпоксидным покрытием, может служить приблизительным индикатором нагрева — изменение цвета сигнализирует о том, что поверхность достигла значимого температурного порога. Это законное функциональное применение, хотя это и не прецизионный прибор.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли использовать термохромный порошок с эпоксидными смолами, отверждаемыми УФ-излучением?

Да, с оговорками. Системы УФ-отверждения обычно выделяют меньше постоянного тепла, чем эпоксидные смолы термического отверждения, что является преимуществом. Проблема заключается в воздействии УФ-излучения во время отверждения — длительное или высокоинтенсивное УФ-облучение может разрушить оболочки микрокапсул в некоторых составах. Перед началом производства полной партии проведите короткий пробный цикл отверждения. Если после отверждения снижается активность, уменьшите время или интенсивность УФ-облучения.

Можно ли смешивать разные температуры активации в одной порции?

Технически да. На практике это создает многоступенчатый эффект изменения цвета, при котором разные пигменты активируются при разных температурах. Визуальный результат получается сложным и часто нечетким, если цвета не подобраны тщательно таким образом, чтобы они дополняли друг друга на каждом этапе. Этот подход эффективнее использовать при послойной заливке, чем при однослойной.

Повлияет ли термохромный пигмент на механические свойства отвержденной эпоксидной смолы?

При типичных уровнях содержания пигмента (5–10%) влияние на прочность на растяжение, твердость или гибкость минимально и, как правило, находится в пределах нормы для эпоксидных смол с добавлением пигмента. При очень высоких концентрациях (15% и более) может наблюдаться небольшое снижение прозрачности и некоторое влияние на твердость поверхности, но это редко представляет функциональную проблему в декоративных или художественных целях.

Эффект изменения цвета необратимо ослабевает после многократных циклов активации?

Система лейкокрасителей рассчитана на тысячи обратимых циклов активации при нормальных условиях эксплуатации. Деградация происходит в основном под воздействием УФ-излучения, агрессивных химических веществ или длительного воздействия экстремальных температур, а не из-за самого цикла активации. Хорошо герметизированное изделие из смолы, используемое внутри помещений, должно сохранять свои эксплуатационные характеристики в течение многих лет.

Для выбора конкретного продукта, параметров рецептуры или образцов термохромных порошков для тестирования смол, свяжитесь напрямую с технической командой Kolortek по адресу:contact@kolortek.com.