پیگمنت ترموکرومیک چیست ؟

بازدید: ۱۸۳

پیگمنت ترموکرومیک چیست

عبارت ترموکرومیسم (Thermochromism) یا رنگزای حرارتی، برای توضیح پدیدۀ تغییر رنگ حاصل از تغییر دما به کار برده می شود. رنگ ها و پیگمنت های ترموکرومیک به دلیل این نوع تغییر رنگشان به عنوان شناساگر تغییر دما استفاده می شوند و برای مثال در دماسنج های حاشیه دار پلاستیکی، ترموگرافی پزشکی و آزمایش های غیر مخرب ابزار مهندسی و مدارهای الکتریکی به کار برده می شوند. همچنین در تصویر سازی حرارتی و برای تنوع دادن به دکوراسیون و ایجاد جلوه های جدید مورد استفاده قرار می گیرد. لاکتون کریستال ویولت (3) ترکیب بسیار شناخته شده ای در بین رنگینه های ترموکرومیک است و به عنوان مثالی برای توضیح اصول ترموکرومیسم به کار می رود. ترکیب 3 یک مولکول غیر قطبی و بی رنگ است. در مجاورت اسید، حلقۀ لاکتونی باز می شود و ساختار بنفش/آبی آریل کربونیم (تری آریل متین) (4) بدست می آید که در شکل 1 نشان داده شده است. مشتقات زانتن (فلوران ها) نیز شیمی مشابهی دارند و همانطور که ساختار 5 در شکل 1 نشان داده شده است، در صورت باز شدن حلقه و تبدیل به فرم (6) به رنگ های متنوعی از جمله نارنجی، قرمز، سبز و سیاه در می آید. این نوع واکنش های تشکیل رنگ در کاغذهای کپی کاربن استفاده می شوند. اساس این پدیده بر پایه تشکیل رنگ نسخه بر کپی در نتیجۀ فشار حاصل از نوشتن یا تایپ کردن در نسخه اصلی است. در این سیستم ها، در لایۀ زیری نسخه اصلی، ماده تشکیل دهنده رنگ (سازندۀ رنگ)، مانند ترکیب 3 قرار داده شده است. و با میکروکپسول هایی که در واقع کره های ریزی با لایه خارجی متشکل از یک نوع پلیمر سخت هستند روکش شده است.

شکل 1- تشکیل رنگ حاصل از باز شدن حلقۀ لاکتون کریستال ویولت و ترکیبات وابسته

در اثر فشار بر نسخه اصلی میکروکپسولها شکسته می شوند و ماده سازنده رنگ در تماس ا معرف اسیدی که بر لایه های نسخه کپی روکش شده است، قرار می گیرد و به این ترتیب واکنش تشکیل رنگ به طور برگشت پذیر انجام می شود. ترکیبات سازنده رنگ مانند 3 و 5 ذاتا ً ترموکرومیک نیستند. برای مثال این ترکیبات بدون هیچ تغییر رنگی ذوب می شوند گرچه می توان از آنها برای تولید حرارتی رنگ خواه به طور رگشت پذیر یا برگشت ناپذیر استفاده نمود. در کاغذهای حساس به حرارت از یک ماده سازندۀ رنگ و یک ظاهر کننده اسیدی، معمولا ً فنل، استفاده می شود که به صورت ذرات نامحلولی در مواد تشکیل دهنده فیلم دیسپرس می شوند و از آنها یک ورقه تهیه می شود. وقتی که این ورقه در دمای 80-120 در جه سانتی گراد قرار داده شود مخلوط کامپوزیت ذوب می شود در نتیجه ماده سازندۀ رنگ و مادۀ ظاهر کننده در هم نفوذ می کنند و واکنش ایجاد رنگ انجام می شود. انجام این فرایند با استفاده از یک ترکیب سومی به نام حسگر آسان تر انجام می شود. ترکیب حسگر، برای مثال دی بنزیل ترفتالات مانند یک حلال نفوذ و اختلاط مواد ظاهر کننده و تولید کننده رنگ را تسهیل می بخشد، در این صورت فرایند به طور برگشت ناپذیر انجام می شود و یک تصویر دائمی تشکیل می گردد.

در سیستم های ترموکرومیک برگشت پذیرهر سه جزء مادۀ سازندۀ رنگ، ظاهر کننده و حلال ( که در این مورد از حلال های نسبتا ً غیر قطبی مانند اسیدهای چرب استفاده می شود) در میکروکپسول قرار داده می شوند. اگرچه شیمی فرایند یکسان است، مخلوط قرار داده شده در میکروکپسول معمولا ً در دمای پایین رنگی است و با افزایش دما، بی رنگ می شود. مکانیسم این پدیده بر اساس نتایج تجربی اینگونه پیشنهاد شده است که در دمای پایین حلقۀ ترکیب سازنده رنگ باز می شود و کاتیون پروتون دار شدۀ رنگی تشکیل می شود و در واقع مادۀ سازندۀ رنگ با آنیون فنولیک مادۀ ظاهر کننده به صورت کمپلکس زوج یون در می آید. این کمپلکس در حلال کم قطبی، در دمای پایین نامحلول است. با افزایش دما، کمپلکس حل می شود و به دلیل اثر حلال پوشی، توسط حلال کم قطبی پوشیده می شود و کمپلکس به اجزاء تشکیل دهنده اش یعنی فنل و مادۀ بی رنگ که حلقه آن در حالت طبیعی بسته است، تفکیک می شود. در سرما ترکیب دوباره کریستال می شود و کمپلکس زوج یون رنگی مجددا ً تولید می گردد.

مواد کریستالهای مایع نیز به عنوان مواد رنگزای حرارتی معرفی شده اند. کریستال های مایع کایرال ساختار مارپیچی دارند که طول پلکان وسط مارپیچ مبین اندازۀ طول موج نور می باشد. رنگ از اثر نور سفید بر کریستال مایع ایجاد می شود. طول موج دقیق نور منعکس شده، به طول پلکان مذکور بستگی دارد. به دلیل تغییر طول پلکان با حرارت، پدیدۀ ترموکرومیسم مشاهده می شود. با افزایش دما، طیف رنگ ها به طور پیوسته تغییر می کند، این پدیده در مقابل یک زمینه سیاه که طول موج های عبوری را جذب کند، بسیار جالب توجه است.

محصولات