热敏变色油墨的组成及特点分析

按照变色材料的不同，热敏变色油墨主要包括温致变色油墨和液晶油墨两种基本类型。液晶油墨是将封装在微胶囊中的液晶及助剂等分散在连结料中配制而成的，主要成分包括水溶性树脂、微胶囊液晶、消泡剂、分散剂、流动助剂等。

1.温致变色油墨

因温度改变而发生颜色变化的油墨称为温致变色油墨或热致变色油墨，其主要组分包括变色颜料、填料和连结料。另外，溶剂的选择也非常重要。

图3-2　温致变色油墨变色示意图（见彩图7）

（1）变色颜料。变色颜料是温致变色油墨的重要组成部分。油墨的颜色变化主要取决于变色颜料，而在防伪印刷和防伪包装中，其防伪机理就是通过变色油墨中变色颜料加热前后出现的颜色变化来辨别真伪。因此可以说，变色颜料是配制温致变色油墨的核心与基础。

①变色颜料的基本要求。一般来讲，要作为温致变色油墨的变色颜料，必须满足以下几点要求。

a.对热作用要敏感，在常温下有固定明显的颜色（或无色），当达到预定温度时变色要迅速。

b.有明显的变色界限，且变色温度区间要窄，变色前后色差要大。

c.除温度影响外，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、不褪色。

d.印刷性能好。如颜色、着色力、干燥速度、遮盖力、耐光性、耐热性、耐酸碱性、渗透性等。

e.变色温度合适，检验方便。对于热致变色防伪标识，检验时需要热源（如打火机、火柴、手温、摩擦等），因而变色温度要选择合适。

②变色颜料的种类。根据变色颜料的变色特点，变色颜料有可逆变色颜料和不可逆变色颜料两种。

a.可逆变色颜料。可逆变色颜料主要有两大类，即无机可逆热变色性化合物和热可逆变色有机材料。无机可逆热变色性化合物种类较少，主要是金色、金属氧化物、金属卤化物、金属氧化物的多晶体和各种金属络合物，主要选用Ag、Hg、Cu的碘化物、络合物或复盐的钴盐、镍盐与六亚甲基四胺所形成的化合物等。热可逆变色有机材料也可称为有机可逆热色性化合物，其种类较多，如螺环类、双蒽酮类、席夫碱类、荧烃类、三苯甲烷类等。可逆变色颜料的变色情况主要有是：在温度发生变化时，有的是失去结晶水而变色，有的是进行晶型转化时变色，有的是pH值变化引起变色，这些变化均属于物理变化，其变化是可逆的。(www.xing528.com)

b.不可逆变色颜料。常用的不可逆变色颜料主要有铅、镍、钴、铁、镉、锶、锌、锰、钼、钡、镁等的硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、铬酸盐、硫化物、氧化物以及偶氮颜料、酞菁颜料、芳基甲烷染料等。不可逆变色颜料的变色机理是：变色颜料受热时发生了化学变化，改变了原来的物理化学性质，从而产生颜色变化，一般变化类型可分为升华、热分解、氧化、化合、固相反应、热致化学变化等。另外，一些能满足变色颜料要求、发生物理不可逆变化的颜料也有用于不可逆变色颜料。

（2）填料。填料虽然是温致变色油墨中的辅助材料，但其功能却不可忽视。常用的填料一般为耐热性较强的白色粉末，如氧化锌、氧化铝、氧化钙、氧化锑、二氧化硅、碳酸钡、碳酸镁、碳酸钙、硫酸钡、高岭土、滑石粉等。填料的品种及用量对变色油墨的性能有一定的影响（如对变色温度产生影响），其原因是填料在温度的作用下，某些活化元素对变色颜料能起催化或抑制作用，加入不同的填料，会引起变色温度的升高或降低，因此在制备变色油墨时应十分重视这一问题。

另外，有些填料可使墨膜显示鲜艳且稳定的颜色，色调均匀，并能调节变色颜料的变色温度，改善墨层的附着力。

（3）连结料。连结料的作用是分散颜料和填料，使之形成稳定的悬浮状胶体，并使油墨具有一定的流动性，从而能顺利地转移到承印物表面并形成紧附于承印物表面的硬化墨膜。作为温致变色油墨的连结料，应具备的条件是耐温性好、附着力强，颜色浅且不与颜料组分起化学反应。

树脂的种类对颜料示温效果不同，对颜料的分散性、耐潮性和变色温度都有一定的影响，要使变色油墨达到预期的效果，就必须根据对油墨的综合性能要求选用合适的变色油墨的连结料。连结料所用的树脂有天然树脂和合成树脂，例如可选用虫胶清漆、醇酸树脂、脲醛树脂、氨基树脂、丙烯酸树脂以及乙烯类树脂等作为低温变色油墨的连结料；选用环氧树脂、有机硅树脂、酚醛树脂作为高温变色油墨的连结料。树脂的用量不同会对变色温度产生一定的影响，对同一树脂来说，用量大，变色温度就高，这是由于颜料粒子在量大的连结料中被相互隔离，降低了它们的物理或化学变化程度，从而使变色温度升高。

（4）溶剂。温致变色油墨中的溶剂主要起着调节油墨黏度、改善油墨印刷适性的作用，选择溶剂时必须考虑它对树脂的溶解性、安全性、挥发速度及成本等因素的影响。如果溶剂挥发太快，油墨很快变稠、变干，流动性变差，容易造成干版而使印刷无法进行；反之，如果溶剂挥发太慢，墨膜干燥时间过长，会导致墨层内的颜料和填料组分之间分层沉淀，从而影响墨层的显色性能，严重时会影响印刷品的印刷质量。

2.液晶油墨

液晶油墨主要由水溶性树脂、液晶胶囊、助剂、连结料、消泡剂等组成，是将封闭在微胶囊中的液晶及助剂等分散在连结料中配制而成，其主要成分如下。

（1）液晶。液晶是具有液体流动性，又具有与晶体同等化学性质的物质。对电场、磁场、温度、化学环境及应力等条件非常敏感。

（2）胶囊。由于液晶是介于液体与晶体间的有机化合物，它不像普通油墨可以直接加入连结料。为避免液晶被其他物质污染，以保证呈色效果，需将液晶包裹在微胶囊里，再与连结料混合制成微胶囊油墨。微胶囊的囊壁是由明胶、阿拉伯树胶、甲醛、醋酸、氢氧化钠等组成。

（3）其他。水溶性树脂主要是丙烯酸共聚物乳液，具有较好的耐久性和力学强度；连结料为水基树脂，常用的有水溶性聚乙烯醇、水溶胶性树脂；消泡剂为丙三醇。

液晶的成色机理是：液晶对特定波长光选择性反射而形成的。液晶油墨正是利用了液晶的这种特性，使液晶在微弱电流和温度的影响下，晶格发生变化而显示出明暗图案与色彩。液晶整体形成螺旋结构，当光从平行于平面排列的螺旋轴方向入射时，就被分成左旋光和右旋光两种圆偏振光，其中一种成分的光被透射，另一种成分的光则全被反射。这种现象称为圆偏振光二色性。在胆甾型液晶选择光散射频带两侧的波长区域内，具有很强的旋转性，并且在光散射频带左右旋光的方向各不相同。因为大多数胆甾型液晶的螺距对温度都有很强的依赖性，所以，只要温度稍有变化，选择散射光的波长（颜色）就会发生很大的变化。