一种具备氢气释放功能的内墙涂料及其制备方法、化学反应制氢材料的制备方法

技术领域

本发明涉及内墙涂料技术领域，特别涉及一种具备氢气释放功能的内墙涂料及其制备方法、化学反应制氢材料的制备方法。

背景技术

自由基是指化合物的分子在光热等外界条件下，共价键发生均裂而形成的具有不成对电子的原子或基团。如果失去一个电子，电子就不再成“对”，分子就变成不稳定的“自由基”，为了重归稳定状态，自由基就“抢”其他分子的电子来配对，这种抢电子反应被称为“氧化应激反应”。除了氧化应激反应，身体中也会发生自然的氧化还原反应，这种正常的氧化还原反应对身体健康无害。

为了避免氧化应激反应对身体健康的伤害，同时不干扰身体的氧化还原反应，需要寻找合适的抗氧化剂。在现有的抗氧化剂中，维生素C、胡萝卜、卵磷脂等在临床上作用有限，因此需要找到合适的抗氧化剂，且这种抗氧化剂最好能在日常生活中发挥作用，修复人体损伤，保护人体健康。

发明内容

本发明的主要目的之一是提供一种氢气释放功能的内墙涂料，旨在通过产生氢气并利用氢气的抗氧化性修复人体损伤，保护人体健康。

为实现上述目的，本发明提出的一种具备氢气释放功能的内墙涂料，包括基础涂料100份，制氢材料1～5份，吸湿剂1～4份，水1～5份；所述制氢材料通过水制氢反应制氢。

在本发明的一些实施例中，所述制氢材料包括光触媒制氢用催化剂。

在本发明的一些实施例中，所述制氢材料包括纳米二氧化钛的非金属离子掺杂材料和/或纳米二氧化钛的石墨烯掺杂材料。

在本发明的一些实施例中，所述纳米二氧化钛的非金属离子掺杂材料包括氮掺杂纳米二氧化钛，所述氮掺杂纳米二氧化钛为0.5～2份，氮相对于钛的摩尔分数为0.8％～2％，且为锐钛型。

在本发明的一些实施例中，所述纳米二氧化钛的石墨烯掺杂材料为0.5～2份，石墨烯含量为0.5％～2％，且为锐钛型。

在本发明的一些实施例中，所述光触媒制氢用催化剂为纳米管状，所述纳米管内径3～5nm，外径10～15nm，长度大于1μm。

在本发明的一些实施例中，所述光触媒制氢用催化剂为纳米管状，长度为1μm～100μm。

在本发明的一些实施例中，所述吸湿剂包括甘油和/或氧化钙，所述甘油为1～3份，所述氧化钙为0.1～0.3份。

在本发明的一些实施例中，所述制氢材料还包括化学反应制氢材料，所述化学反应制氢材料包括或还包括偶联剂包覆纳米铝粉0.1～0.2份和/或偶联剂包覆硼氢化钠0.3～0.5份。

本发明还提供一种上述技术方案中的所述化学反应制氢材料的制备方法，具体制备步骤如下：

采用硅烷偶联剂对纳米铝粉和/或硼氢化钠进行预处理，获得改性铝粉和/或改性硼氢化钠；

采用聚乙烯吡咯烷酮在引发剂的作用下对改性铝粉和/或改性硼氢化钠进行包覆，获得偶联剂包覆纳米铝粉和/或偶联剂包覆硼氢化钠。

在本发明的一些实施例中，所述化学反应制氢材料的制备方法中，采用硅烷偶联剂对纳米铝粉进行预处理的具体步骤为：纳米铝粉和/或硼氢化钠和无水乙醇搅拌第一预设时间，加入KH550硅烷偶联剂，继续搅拌第二预设时间，烘干获得改性铝粉和/或改性硼氢化钠，

所述纳米铝粉和/或硼氢化钠：所述无水乙醇：所述硅烷偶联剂之比为100g:100ml:3g,第一预设时间为3～5min,第二预设时间为20～40min；

采用聚乙烯吡咯烷酮在引发剂的作用下对改性铝粉和/或改性硼氢化钠进行包覆的具体步骤为：将聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇加热到第一预设温度，搅拌第三预设时间，加入改性铝粉和/或改性硼氢化钠，继续搅拌第四预设时间，加入引发剂，继续搅拌第五预设时间,，烘干即可获得偶联剂包覆纳米铝粉和/或偶联剂包覆硼氢化钠；

所述聚乙烯吡咯烷酮：所述无水乙醇：所述改性铝粉和/或所述改性硼氢化钠：所述引发剂的比例为5g:300ml:100g：0.5g,第三预设时间为5～10min,第四预设时间为20～40min,第五预设时间为20～40min,第一预设温度为60℃～80℃；

所述引发剂为偶氮二异丁腈。

本发明还提供一种上述技术方案中所述的具备氢气释放功能的内墙涂料的制备方法，包括如下步骤：搅拌所述基础涂料2～3分钟；将制氢材料、吸湿剂和水，按比例加入基础涂料中搅拌至均匀为止。

本发明技术方案通过水制氢反应制氢，由于空气中的水分通过吸湿剂被吸附到涂料中的制氢材料上，从而使制氢材料上有足够的用于制氢的水分来发生水制氢反应制取氢气，反应方便环保，自发自动，采用上述制氢材料的内墙涂层涂刷到建筑物内部时，可以使建筑物内部的人被低浓度氢气治疗，且对人体损伤有修复作用。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种本发明的主要目的之一是提供一种氢气释放功能的内墙涂料，旨在通过产生氢气并利用氢气的抗氧化性修复人体损伤，保护人体健康。

为实现上述目的，本发明提出的一种具备氢气释放功能的内墙涂料，包括基础涂料100份，制氢材料1～5份，吸湿剂1～4份，水1～5份；所述制氢材料通过水制氢反应制氢。

本发明技术方案通过水制氢反应制氢，由于空气中的水分通过吸湿剂被吸附到涂料中的制氢材料上，从而使制氢材料上有足够的用于制氢的水分来发生水制氢反应制取氢气，反应方便环保，自发自动，采用上述制氢材料的内墙涂层涂刷到建筑物内部时，可以使建筑物内部的人被低浓度氢气治疗，且对人体损伤有修复作用。在基础涂料为100份的前提下，制氢材料少于1份时，制得的氢气浓度偏低，治疗效果受到影响；制氢材料多于5份时，制得的氢气浓度偏高，容易导致安全事故的发生；吸湿剂少于1份时，由于制氢材料上水分不足，制得的氢气浓度偏低，吸湿剂多于4份时，由于制氢材料上水分太多，制得的氢气浓度偏高；水少于1份时，基础涂料难以充分溶解并和制氢材料以及吸湿剂混合，不易形成涂料膜层，水多于5份时，本发明涂层的施工难度加剧，施工效果欠佳。

在本发明的一些实施例中，所述制氢材料包括光触媒制氢用催化剂。

光触媒制氢用催化剂一般为半导体材料，半导体材料具有带隙(Eg)、导带(CB)和价带(VB)。价带被价电子所填满，具有低能量，导带未被价电子占据，其能量高于价带，而导带和价带之间的差值即为带隙。对于光催化分解水反应，一般要经历以下几个过程，半导体材料吸收不小于其带隙值的太阳能；价带中的光生电子(e

在本发明的一些实施例中，所述制氢材料包括纳米二氧化钛的非金属离子掺杂材料和/或纳米二氧化钛的石墨烯掺杂材料。

二氧化钛禁带宽度较大(约3eV)，只能利用太阳光中的紫外光部分，而紫外光仅占太阳光谱的4～5％，因此其对太阳能的利用效率不高，掺杂非金属离子和/或石墨烯后，能改变纳米二氧化钛的能带宽度，降低电子和空穴的复合几率，且可使掺杂后的纳米二氧化钛电子还原性增强。

具体地，非金属离子是通过降低电子和空穴的复合，使电子增多，还原性增强，来提高光催化活性。用于非金属离子掺杂二氧化钛的主要有C(碳)、N(氮)、S(硫)等元素，这些元素都有p轨道电子，可以和O轨道电子结合，能够改变二氧化钛的能带宽度，其晶格内部会产生一定的缺陷，这样就可以降低电子和空穴复合的几率，二氧化钛光催化材料的活性得以提高。

又，作为半导体催化剂的载体，石墨烯起到二维输电子途径和收集电子的作用，从而提高光催化体系中光生载流子的分离和传输速率，抑制光生电子空穴对的复合。半导体纳米颗粒如TiO

在本发明的一些实施例中，所述纳米二氧化钛的非金属离子掺杂材料包括氮掺杂纳米二氧化钛，所述氮掺杂纳米二氧化钛为0.5～2份，氮相对于钛的摩尔分数为0.8％～2％，且为锐钛型。

采用氮材料掺杂纳米二氧化钛，由于其p轨道电子和O轨道电子结合，二氧化钛的能带宽度改变，可见光催化效果非常好，电子和空穴复合的几率极低。当所述氮掺杂二氧化钛少于0.5份时，光催化效果不佳，当所述氮掺杂二氧化钛多于2份时，不会因氮掺杂二氧化钛的含量上升而导致光催化效果明显上升；当氮相对于钛的摩尔分数小于0.8％时，电子和空穴易复合，当氮相对于钛的摩尔分数大于2％时，不会因氮含量的上升而导致光催化效果明显上升，所述氮掺杂纳米二氧化钛为锐钛型。

在本发明的一些实施例中，所述纳米二氧化钛的石墨烯掺杂材料为0.5～2份，石墨烯含量为0.5％～2％，且为锐钛型。

当所述纳米二氧化钛的石墨烯掺杂材料少于0.5份时，氢气产量极低，当所述纳米二氧化钛的石墨烯掺杂材料多于2份时，不会因所述纳米二氧化钛的石墨烯掺杂材料的含量上升而导致光催化效果明显上升；当石墨烯含量小于0.5％时，光生电子空穴对易复合，当石墨烯含量大于2％时不会因石墨烯的含量上升而导致光催化效果明显上升；并且，由于锐钛型纳米二氧化钛催化活性最高，所述纳米二氧化钛的石墨烯掺杂材料为锐钛型。在本发明的一个具体的实施例中，所述石墨烯含量为1％，这个含量为石墨烯掺杂的最佳值。

在本发明的一些实施例中，所述光触媒制氢用催化剂为纳米管状，所述纳米管长度内径3～5nm，外径10～15nm，长度大于1μm。

纳米管具有特殊管状结构、特殊光电子、机械特性，具有更大的比表面积和更强的吸附能力，表现出更高的光催化性能和光电转化效率，因此，所述光触媒制氢用催化剂为纳米管状，例如，纳米二氧化钛的掺杂材料即为纳米管状。更具体的，所述纳米管长度为1μm～100μm。

在本发明的一些实施例中，所述吸湿剂包括甘油和/或氧化钙，所述甘油为1～3份，所述氧化钙为0.1～0.3份。

所述吸湿剂的作用是吸收空气中的水分，使其附着在制氢材料上，进而发生水制氢反应。当所述甘油少于1份或所述氧化钙少于0.1份时，由于对空气中吸收的水分不足，制氢材料的制氢能力受到限制，当所述甘油多于3份或所述氧化钙多于0.3份时，由于对空气中吸收的水分太多，会影响涂料质量。

在本发明的一些实施例中，所述制氢材料还包括化学反应制氢材料，所述化学反应制氢材料包括或还包括偶联剂包覆纳米铝粉0.1～0.2份和/或偶联剂包覆硼氢化钠0.3～0.5份。

所述化学反应制氢材料，是指通过与水化学反应来制氢气的材料，具体包括偶联剂包覆纳米铝粉0.1～0.2份和/或偶联剂包覆硼氢化钠0.3～0.5份。当所述偶联剂包覆纳米铝粉少于0.1份或所述偶联剂包覆硼氢化钠少于0.3份时，由于制氢材料不足，生产的氢气量受到限制，当所述偶联剂包覆纳米铝粉多于0.2份或所述偶联剂包覆硼氢化钠多于0.5份时，生产的氢气量过多容易导致安全问题。在本发明的一个具体的实施例中，所述纳米铝粉为球形，球形的纳米铝粉合成和改性更容易，且比表面积最大。

本发明还提供一种上述技术方案中的所述化学反应制氢材料的制备方法，具体制备步骤如下：

采用硅烷偶联剂对纳米铝粉和/或硼氢化钠进行预处理，获得改性铝粉和/或改性硼氢化钠；

采用聚乙烯吡咯烷酮在引发剂的作用下对改性铝粉和/或改性硼氢化钠进行包覆，获得偶联剂包覆纳米铝粉和/或偶联剂包覆硼氢化钠。

在本发明的一些实施例中，所述化学反应制氢材料的制备方法中，采用硅烷偶联剂对纳米铝粉进行预处理的具体步骤为：纳米铝粉和/或硼氢化钠和无水乙醇搅拌第一预设时间，加入KH550硅烷偶联剂，继续搅拌第二预设时间，烘干获得改性铝粉和/或改性硼氢化钠，

所述纳米铝粉和/或硼氢化钠：所述无水乙醇：所述硅烷偶联剂之比为100g:100ml:3g,第一预设时间为3～5min,第二预设时间为20～40min；

采用聚乙烯吡咯烷酮在引发剂的作用下对改性铝粉和/或改性硼氢化钠进行包覆的具体步骤为：将聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇加热到第一预设温度，搅拌第三预设时间，加入改性铝粉和/或改性硼氢化钠，继续搅拌第四预设时间，加入引发剂，继续搅拌第五预设时间，烘干即可获得偶联剂包覆纳米铝粉和/或偶联剂包覆硼氢化钠；

所述聚乙烯吡咯烷酮：所述无水乙醇：所述改性铝粉和/或所述改性硼氢化钠：所述引发剂的比例为5g:300ml:100g:0.5g,第三预设时间为5～10min,第四预设时间为20～40min,第五预设时间为20～40min,第一预设温度为60℃～80℃；

所述引发剂为偶氮二异丁腈。

本发明还提供一种上述技术方案中所述的具备氢气释放功能的内墙涂料的制备方法，包括如下步骤：搅拌所述基础涂料2～3分钟；将制氢材料、吸湿剂和水，按比例加入基础涂料中搅拌至均匀为止。

实施例和对比例如下：

基础涂料为水性内墙涂料，为市售；TiO

其中，偶联剂包覆纳米铝粉，偶联剂包覆硼氢化钠的制备方法如下：

纳米铝粉和/或硼氢化钠和无水乙醇搅拌第一预设时间，加入硅烷偶联剂，继续搅拌第二预设时间，烘干获得改性铝粉和/或改性硼氢化钠，将聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇加热到第一预设温度，搅拌第三预设时间，加入改性铝粉和/或改性硼氢化钠，继续搅拌第四预设时间，加入偶氮二异丁腈，继续搅拌第五预设时间，烘干即可获得偶联剂包覆纳米铝粉和/或偶联剂包覆硼氢化钠。

所述纳米铝粉和/或硼氢化钠：所述无水乙醇：所述硅烷偶联剂之比为100g:100ml:3g,第一预设时间为4min,第二预设时间为30min；所述聚乙烯吡咯烷酮：所述无水乙醇：所述改性铝粉和/或所述改性硼氢化钠：所述引发剂的比例为5g:300ml:100g:0.5g,第三预设时间为7min,第四预设时间为30min,第五预设时间为30min,第一预设时间为70℃；

具备氢气释放功能的内墙涂料的制备方法，包括如下步骤：搅拌所述基础涂料2～3分钟；将制氢材料、吸湿剂和水，按比例加入基础涂料中搅拌至均匀为止。

实施例1

基础涂料100份，二氧化钛纳米管0.5份，氮掺杂二氧化钛纳米管0.5份，氧化钙0.15份，水0.5份。

实施例2

基础涂料100份，二氧化钛纳米管0.5份，氮掺杂二氧化钛纳米管0.5份，石墨烯掺杂纳米二氧化钛0.5份，甘油1份，氧化钙0.15份，水1份。

实施例3

基础涂料100份，二氧化钛纳米管0.5份，氮掺杂二氧化钛纳米管0.5份，石墨烯掺杂纳米二氧化钛0.5份，甘油1份，偶联剂包覆纳米铝粉0.15份，氧化钙0.15份，水1.5份。

实施例4

基础涂料100份，二氧化钛纳米管0.5份，氮掺杂二氧化钛纳米管0.5份，石墨烯掺杂纳米二氧化钛0.5份，甘油1份，偶联剂包覆纳米铝粉0.15份，偶联剂包覆硼氢化钠0.3份，氧化钙0.15份，水2份。

对比例1

基础涂料100份，二氧化钛纳米管0.5份，甘油1份，氧化钙0.15份，水0.5份。

长×宽×高＝4m×3m×3m房间，健康功能型内墙涂料涂刷面积18m

实施例1的氢气浓度为1ppm，实施例2的氢气浓度为2ppm，实施例3的氢气浓度为3ppm，实施例4的氢气浓度为4ppm。

现有市售的水性内墙涂料中，不含有可以产生氢气的组分。对比例在本发明购置的市售水性内墙涂料中加入二氧化钛纳米管、甘油、氧化钙和水，不能产生氢气。实施例1在对比例的基础上，加入氮掺杂二氧化钛纳米管0.5份，产生氢气1ppm。实施例2在实施例1的基础上加入石墨烯掺杂二氧化钛纳米管0.5份，产生氢气2ppm。实施例3在实施例2的基础上加入偶联剂包覆纳米铝粉0.15份，产生氢气3ppm。实施例4在实施例3的基础上加入硼氢化钠0.3份，产生氢气4ppm。由于由于空气中的水分通过吸湿剂甘油和氧化钙被吸附到涂料中的制氢材料氮掺杂二氧化钛纳米管、石墨烯掺杂二氧化钛纳米管、偶联剂包覆纳米铝粉、偶联剂包覆硼氢化钠上，从而使制氢材料上有足够的用于制氢的水分来发生水制氢反应制取氢气，反应方便环保，自发自动，采用上述制氢材料的内墙涂层涂刷到建筑物内部时，可以使建筑物内部的人被低浓度氢气治疗，且对人体损伤有修复作用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。