一种可逆热变色组合物、包含其的可逆变色贴片及其制备方法和应用与流程

本发明属于热变色材料，具体涉及一种可逆热变色组合物、包含其的可逆变色贴片及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电力设备是电力系统的重要组成部分，其运行时承受电压高、通流大的情形。流经电力设备高压导体内的大电流会产生焦耳热，长期的热积累会使得设备表面及接触连接部件的温度过高，可能会导致其过热故障，影响其使用寿命，甚至会造成设备损坏或事故。因此，对电力设备进行温度检测和过热预警具有重要意义。

2、红外测温技术是目前主流的电力设备温度检测方法，其具有非接触性测温、能够迅速获取温度数据以及操作简单等优点，但红外测温设备易受环境等因素影响，使用前需要校准、抗干扰能力有待提高，且需要运检人员现场进行测量，无法实现在线监测，故其运维成本高，并且工作量大。

3、为了解决上述问题，现有技术公开了利用可逆变色材料自身颜色的变化直接显示出电力设备表面发热后的温度变化范围，其具有抗电磁干扰能力强、成本低、直观快速和可靠性高的优点，并通过变电站监控系统可以很方便地实现电力设备温度在线实时检测。然而，目前报道的绝大多数可逆变色材料的变色特性均为“低温深色，高温浅色”，即在常温(电力设备正常运行)时材料呈现深色(例如红色、蓝色等)，在高温(电力设备异常发热)时材料呈现浅色(例如浅红色、浅蓝色、白色等)。其变色原理为在相对低温、溶剂呈固态时，体系中的隐色剂与显色剂分子相互作用发生电子转移，形成共轭发色结构，故在宏观下呈现深色效果；而当温度升高，溶剂发生熔化，显色剂逐渐溶于溶剂，使得隐色剂和显色剂逐渐分离，导致共轭发色结构分解，故体系的颜色逐渐变浅，这与巡检人员的常规认知相反，同时现场识别的难度增大，因此其故障提醒和过热预警功能被削弱。

4、因此，开发一种具有“低温浅色、高温深色”变色特性的电力设备温度检测用可逆变色材料对于电力设备异常温度检测和故障识别具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可逆热变色组合物、包含其的可逆变色贴片及其制备方法和应用。本发明利用可逆热变色组合物中显色剂与隐色剂、显色剂与溶剂之间的相互作用特性，制备出能够实现“低温浅色、高温深色”变色特性的可逆热致变色材料，从而进一步制备得到变色温度范围符合典型电力设备热致故障缺陷温度检测要求的可逆变色贴片，可以帮助现场巡检人员及时发现热致故障，保障电网的安全稳定运行。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种可逆热变色组合物，所述可逆热变色组合物包括隐色剂、显色剂和直链饱和脂肪醇溶剂；

4、所述显色剂结构中烷基链的碳原子数目与所述直链饱和脂肪醇溶剂结构中烷基链的碳原子数目相同。

5、本发明通过调控显色剂与直链饱和脂肪醇溶剂二者结构中烷基链的碳原子数目，使得制备得到的可逆热变色组合物具有“低温浅色、高温深色”的变色特性，其作用原理如下：在可逆热变色组合物的复配体系中，直链饱和脂肪醇溶剂不仅能够提供反应环境，还会与显色剂结构中的烷基链发生分子作用，进而影响共轭发色结构的形成与解离。具体的，在低温状态下(即温度低于可逆热变色组合物的变色温度)，由于显色剂结构中的烷基链的碳原子数目与直链饱和脂肪醇溶剂结构中的烷基链的碳原子数目相同，使得二者各自结构中的碳链具有较高的相似性，从而显色剂与直链饱和脂肪醇溶剂之间产生较强的相互作用力，阻碍了隐色剂与显色剂之间的分子相互作用，即抑制了共轭发色结构的形成，致使可逆热变色组合物呈现浅色。而在高温状态下(即温度高于可逆热变色组合物的变色温度)，直链饱和脂肪醇溶剂熔化后释放出显色剂分子，使其与隐色剂分子相互作用形成共轭发色结构，从而使得可逆热变色组合物呈现深色。因此，本发明通过调控显色剂结构中烷基链的碳原子数目与直链饱和脂肪醇溶剂结构中烷基链的碳原子数目相同，使得制备得到的可逆热变色组合物具有“低温浅色、高温深色”的变色特性。

6、综上可知，本发明利用可逆热变色组合物中显色剂与隐色剂、显色剂与溶剂之间的相互作用特性，制备出能够实现“低温浅色、高温深色”变色特性的可逆热致变色组合物，其制备得到的可逆变色贴片的变色温度在65-70℃范围内，结合dl/t 664—2016规定的电力设备热致故障温度区间，该变色温度范围能够满足典型电力设备热致故障检测的要求。

7、优选地，所述显色剂结构中烷基链的碳原子数目与所述直链饱和脂肪醇溶剂结构中烷基链的碳原子数目均在12～18的整数，优选为18，例如可以为12、13、14、15、16、17或18。

8、在本发明中，通过调控显色剂以及直链饱和脂肪醇溶剂结构中烷基链的碳原子数目，使得可逆热变色组合物具有“低温浅色、高温深色”的变色特性且变色温度区间符合电力设备热致故障温度检测的要求，二者碳原子数目不一致会使可逆热变色组合物不具备“低温浅色、高温深色”的变色特性，碳原子数目过低会使可逆热变色组合物的变色温度过低，反之则会使可逆热变色组合物的变色温度过高，使得均不符合电力设备热致故障温度检测的要求。

9、优选地，所述显色剂包括3,4,5-三羟基苯甲酸烷基醇酯，优选为3,4,5-三羟基苯甲酸十八酯。相比于现有技术中公开的其他种类的显色剂，3,4,5-三羟基苯甲酸烷基醇酯显色剂具有显色效果好的优势。

10、优选地，所述直链饱和脂肪醇溶剂包括月桂醇、肉豆蔻醇、棕榈醇或硬脂醇，优选为硬脂醇。相比于现有技术中公开的其他种类的溶剂，直链饱和脂肪醇溶剂具有相变温度稳定的优势。

11、优选地，所述隐色剂包括荧烷类染料隐色剂。

12、优选地，所述荧烷类染料隐色剂包括热敏大红和/或压敏大红。

13、优选地，所述荧烷类染料隐色剂的型号为tf-r2。

14、优选地，按照重量份数计，所述可逆热变色组合物包括隐色剂1份、显色剂5-9份和直链饱和脂肪醇溶剂10-70份。

15、在本发明中，显色剂的重量份数为5-9份，例如可以为5份、6份、7份、8份、9份等。

16、在本发明中，直链饱和脂肪醇溶剂的重量份数为10-70份，例如可以为10份、20份、30份、40份、50份、60份、70份等。

17、在本发明中，通过调控隐色剂、显色剂和直链饱和脂肪醇溶剂的种类及其重量份数，使得可逆热变色组合物具有“低温浅色、高温深色”的变色特性且变色效果明显。若显色剂的重量份数过低会使可逆热变色组合物的颜色过浅，不利于人眼分辨，并且显色效果不好，反之则会使可逆热变色组合物的颜色过深，变色过程不明显。

18、优选地，当温度低于可逆热变色组合物的变色温度时，所述可逆热变色组合物的色彩饱和度小于37％，例如可以为10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％等。

19、在本发明中，当所述可逆热变色组合物的色彩饱和度小于37％时，其呈现为浅色，例如可以为浅红色、浅蓝色或白色等。

20、优选地，当温度高于可逆热变色组合物的变色温度时，所述可逆热变色组合物的色彩饱和度大于46％，例如可以为50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％等。

21、在本发明中，当所述可逆热变色组合物的色彩饱和度大于46％时，所述可逆热变色组合物呈现为深色，例如可以为红色、蓝色等。

22、在本发明中，当温度等于可逆热变色组合物的变色温度时，所述可逆热变色组合物的色彩饱和度为37％-46％，此时呈现由浅色向深色过渡的状态。

23、第二方面，本发明提供了一种可逆变色贴片，所述可逆变色贴片包括可逆变色切片、保护膜和黏合剂，所述可逆变色切片包括根据第一方面所述的可逆热变色组合物和吸水底材。

24、优选地，所述保护膜的材料包括环氧树脂、室温硫化硅橡胶(无色透明型)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)中的至少一种。

25、优选地，所述黏合剂包括502瞬干胶，用以黏接保护膜与可逆变色切片，使其与外部环境隔绝，从而提高可逆变色贴片的耐候性与变色稳定性。

26、在本发明中，所述吸水底材的材料包括但不限于宣纸、棉布、无尘布(100％连续聚酯纤维)、无尘纸(55％纤维素+45％聚酯纤维)中的至少一种，从而能够充分浸润上述熔融状态下的可逆热变色组合物，使得二者形成网络交织状态，有利于可逆热变色组合物材料的紧密粘附。

27、在本发明中，所述可逆变色切片的制备方法包括以下步骤：采用熔融吸附密封法将吸水底材浸入熔融状态下的可逆热变色组合物，取出静置冷却后获得。

28、第三方面，本发明提供了一种根据第二方面所述的可逆变色贴片的制备方法，所述方法包括以下步骤：

29、将熔融状态的根据第一方面所述的可逆热变色组合物与吸水底材进行浸润处理，得到可逆变色切片；而后采用保护膜和黏合剂将所述可逆变色切片封装后得到可逆变色贴片。

30、优选地，所述可逆热变色组合物的制备方法包括以下步骤：将直链饱和脂肪醇溶剂加热熔化，依次加入隐色剂和显色剂进行混合，在室温下冷却得到所述可逆热变色组合物。

31、优选地，所述加热熔化的温度为80-100℃，例如可以为80℃、82℃、85℃、88℃、90℃、92℃、95℃、98℃、100℃等。

32、在本发明中，所述混合在搅拌下进行，混合的转速为600-1000r/min，例如600r/min、700r/min、800r/min、900r/min、1000r/min等，混合的时间为30-60min，例如30min、40min、50min、60min等。

33、优选地，所述冷却的时间为2-5h，例如可以为2h、3h、4h、5h等。

34、优选地，所述冷却后还包括研磨和筛选处理。

35、在本发明中，所述研磨在研磨机中进行。

36、优选地，所述筛选处理的目标粒径为小于100μm，例如可以为20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、95μm等。

37、在本发明中，浸润处理的具体过程包括：将根据第一方面所述的可逆热变色组合物置于烧杯中，油浴加热至可逆热变色组合物呈现熔融状态。将吸水底材缓慢放入熔融状态的可逆热变色组合物中，充分浸润后取出置于室温环境中冷却得到可逆变色切片，并将其裁剪为规格1.5×1.5cm的正方形可逆变色切片。

38、优选地，所述浸润处理中面积为5cm2的吸水底材能够吸附质量为1g的可逆热变色组合物。

39、在本发明中，封装的具体过程包括：量取2张规格为2×2cm的保护膜，将黏合剂均匀涂布于其中1张保护膜四周后，立即覆上可逆变色切片，压实后覆上另外1张保护膜，并使用气泡消除工具去除保护膜内部气泡使可逆变色切片与2张保护膜紧密贴合，得到可逆变色贴片。

40、第四方面，本发明提供了一种电力设备温度检测装置，所述电力设备温度检测装置包括根据第二方面所述的可逆变色贴片。

41、本发明提供的可逆变色贴片制备得到的电力设备温度检测装置，变色效果明显，不仅符合电力设备巡检人员常规认知，为现场人员提供更为直接的判断手段，还能够在电力设备发生热致故障时起到警示作用，可以满足电力设备温度检测和故障预警的要求。

42、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

43、本发明提供了一种可逆热变色组合物，其通过调控显色剂与直链饱和脂肪醇溶剂二者结构中烷基链的碳原子数目，并进一步优选各组分的种类及其含量，使得制备得到的可逆热变色组合物具有“低温浅色、高温深色”的变色特性，其作用原理如下：在可逆热变色组合物的复配体系中，直链饱和脂肪醇溶剂不仅能够提供反应环境，还会与显色剂结构中的烷基链发生分子作用，进而影响共轭发色结构的形成与解离。具体的，在低温状态下(即温度低于可逆热变色组合物的变色温度)，由于显色剂结构中的烷基链的碳原子数目与直链饱和脂肪醇溶剂结构中的烷基链的碳原子数目相同，使得二者各自结构中的碳链具有较高的相似性，从而显色剂与直链饱和脂肪醇溶剂之间产生较强的相互作用力，阻碍了隐色剂与显色剂之间的分子相互作用，即抑制了共轭发色结构的形成，致使可逆热变色组合物呈现浅色。而在高温状态下(即温度高于可逆热变色组合物的变色温度)，直链饱和脂肪醇溶剂熔化后释放出显色剂分子，使其与隐色剂分子相互作用形成共轭发色结构，从而使得可逆热变色组合物呈现深色。因此，本发明通过调控显色剂结构中烷基链的碳原子数目与直链饱和脂肪醇溶剂结构中烷基链的碳原子数目相同，使得制备得到的可逆热变色组合物具有“低温浅色、高温深色”的变色特性。

44、综上可知，本发明提供的可逆热变色组合物的变色效果明显，制备方法简单，成本低廉，其制备得到的可逆变色贴片的变色温度在65-70℃范围内，能够在电力设备发生热致故障时起到警示作用，可以满足电力设备温度检测和故障预警的要求。