一种氨气可视化响应涂层及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及功能涂层技术领域，特别涉及一种氨气可视化响应涂层及其制备方法与应用。

背景技术

固体储氨(Solid Selective Catalytic Reduction,SSCR)系统因为其储氨容量高、成本低廉、低温效率好等特点，逐渐成为尾气后处理的主力军。储氨材料作为固态储氨系统的核心，它和装载它的不锈钢容器一起组成了主固体氨源单元，通过加热可使主固体氨源中的氨气释放出来。但是在使用过程中，由于震荡、撞击以及容器自身原因，载储氨材料容器以及传输管道会出现缺陷，导致氨气泄露，影响催化效率、固态储氨系统使用寿命以及造成二次污染。因此，开发可视化的氨气响应涂层对提高固体储氨系统在处理尾气中NO

目前对于氨气可视化响应的材料最常用以及实用的就是pH指示试纸，但是这种试纸只能应用于实验室级别且无法牢固地包覆在载储氨材料容器以及管道上；此外，目前使用的pH指示材料存在染料附着不牢固的问题，在使用过程中染料易脱落，影响响应效果。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种氨气可视化响应涂层及其制备方法与应用，旨在解决现有技术难以满足固态储氨SSCR系统实际运行过程中稳定、快速、可视检测氨气泄露需求的问题。

本发明的技术方案如下：

一种氨气可视化响应涂层的制备方法，其中，包括步骤：

将可溶性聚合物和染料/环糊精包络复合物溶解于溶剂中，在预定温度下进行搅拌混合，得到可喷溶液，所述可喷溶液中，可溶性聚合物的质量分数为4-40wt％，染料/环糊精包络复合物的质量分数为1-20wt％；

将所述可喷溶液用喷枪喷涂到干净底物表面上，将喷涂后的底物置于烤箱中干燥，得到氨气可视化响应涂层。

所述氨气可视化响应涂层的制备方法，其中，所述染料/环糊精包络复合物的制备包括步骤：

将环糊精加入水中至完全溶解后，得到环糊精水溶液；

将染料加入所述环糊精水溶液中进行搅拌，得到混合溶液；

用液氮对所述混合溶液进行冷冻干燥，得到染料/环糊精包络复合物，其中环糊精的质量分数为1-35wt％，染料的质量分数为0.5-25wt％。

所述氨气可视化响应涂层的制备方法，其中，所述环糊精为a-环糊精、b-环糊精、g-环糊精、羟丙基-b-环糊精、羟丙基-g-环糊精和甲基-b-环糊精中的一种。

所述氨气可视化响应涂层的制备方法，其中，所述染料为孔雀绿、中性红、甲基红、甲基橙、间甲酚紫、亚甲基蓝、酚酞、百里酚蓝、溴甲酚紫、罗丹明b和石蕊中的一种或多种。

所述氨气可视化响应涂层的制备方法，其中，所述可溶性聚合物为聚乙烯醇、聚氨酯、聚己内酯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯中的一种或多种。

所述氨气可视化响应涂层的制备方法，其中，所述溶剂为四氢呋喃、二甲基亚砜、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈、N,N-二甲基乙酰胺、乙醇、环己烷、二氯甲烷、丙酮和水中的一种或多种。

所述氨气可视化响应涂层的制备方法，其中，所述预定温度为20-80℃。

所述氨气可视化响应涂层的制备方法，其中，将所述可喷溶液用喷枪喷涂到干净底物表面上的步骤中，喷枪工作条件为喷射操作压力为1-6bar，喷嘴尺寸为0.5-2.0mm，喷涂时间为5-30min。

一种氨气可视化响应涂层，其中，采用本发明所述氨气可视化响应涂层的制备方法制得。

一种氨气可视化响应涂层的应用，其中，将本发明所述的氨气可视化响应涂层用于固体储氨SSCR系统的氨气泄露检测。

有益效果：本发明通过喷涂方式将附着力强的高分子与染料/环糊精包络复合物涂敷在载储氨材料容器以及管道上，操作过程简单，成本低廉，对基底表面无特殊要求，可应用于复杂表面，生产效率高；所述染料/环糊精包络复合物可有效提高染料在涂层中的牢固性，提高氨气响应效率和使用寿命，可满足固态储氨SSCR系统实际运行过程中快速、可视检测氨气泄露的需求。

附图说明

图1为本发明提供的一种氨气可视化响应涂层的制备方法流程图。

图2为实施例1步骤1)中获得的罗丹明b/b-环糊精包络复合物的图片。

图3为实施例2中步骤3)中获得的氨气可视化响应涂层的截面SEM图。

图4为实施例3中步骤3)中获得的氨气可视化响应图层可视化氨气响应颜色转变效果图。

具体实施方式

本发明提供一种氨气可视化响应涂层及其制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明提供的一种氨气可视化响应图层的制备方法流程图，如图所示，其包括步骤：

S10、将环糊精加入水中至完全溶解后，得到环糊精水溶液；

S20、将染料加入所述环糊精水溶液中进行搅拌，得到混合溶液；

S30、用液氮对所述混合溶液进行冷冻干燥，得到染料/环糊精包络复合物，其中环糊精的质量分数为1-35wt％，染料的质量分数为0.5-25wt％；

S40、将可溶性聚合物和染料/环糊精包络复合物溶解于溶剂中，在预定温度下进行搅拌混合，得到可喷溶液，所述可喷溶液中，可溶性聚合物的质量分数为4-40wt％，染料/环糊精包络复合物的质量分数为1-20wt％；

S50、将所述可喷溶液用喷枪喷涂到干净底物表面上，将喷涂后的底物置于烤箱中干燥，得到氨气可视化响应涂层。

具体来讲，环糊精是具有略呈锥形的中空圆筒立体环状结构的分子，它的疏水性空腔内可以嵌入各种客体化合物，形成包络复合物。本发明首先将染料分子与环糊精形成包络复合物后可以极大提高染料分子的稳定性以及附着能力，保证其在使用过程中的效率；然后将可溶性聚合物与染料/环糊精包络复合物混合形成可喷溶液；最后将所述可喷溶液喷涂到底物表面，干燥后形成氨气可视化响应涂层。

本发明通过喷涂方式将附着力强的高分子与染料/环糊精包络复合物涂敷在载储氨材料容器以及管道上，操作过程简单，成本低廉，对基底表面无特殊要求，可应用于复杂表面，生产效率高；所述染料/环糊精包络复合物可有效提高染料在涂层中的牢固性，提高氨气响应效率和使用寿命，并且可满足固态储氨SSCR系统实际运行过程中快速、可视检测氨气泄露的需求。

在本发明中，染料/环糊精包络复合物中环糊精的质量分数为1-35wt％，染料的质量分数为0.5-25wt％。这个配比是为了形成较佳的复合物，若环糊精过多则会影响复合物的灵敏度，使其降低染料的相对浓度；若环糊精过少会对染料的分散造成影响，也会影响复合物的品质。

在本发明中，可喷溶液中可溶性聚合物的质量分数为4-40wt％，染料/环糊精包络复合物的质量分数为1-20wt％，这个比例范围可以优化成膜性，若可溶性聚合物过少会造成成膜有孔洞，若可溶性聚合物过多会造成局部富集不均一。

在一些实施方式中，所述环糊精为a-环糊精、b-环糊精、g-环糊精、羟丙基-b-环糊精、羟丙基-g-环糊精和甲基-b-环糊精中的一种，但不限于此；所述染料为孔雀绿、中性红、甲基红、甲基橙、间甲酚紫、亚甲基蓝、酚酞、百里酚蓝、溴甲酚紫、罗丹明b和石蕊中的一种或多种，但不限于此。

在一些实施方式中，所述可溶性聚合物为聚乙烯醇、聚氨酯、聚己内酯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯中的一种或多种，但不限于此；所述溶剂为四氢呋喃、二甲基亚砜、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈、N,N-二甲基乙酰胺、乙醇、环己烷、二氯甲烷、丙酮和水中的一种或多种，但不限于此。

在一些实施方式中，所述预定温度为20-80℃，但不限于此。

在一些实施方式中，将所述可喷溶液用喷枪喷涂到干净底物表面上的步骤中，喷枪工作条件为喷射操作压力为1-6bar，喷嘴尺寸为0.5-2.0mm，喷涂时间为5-30min。

在一些实施方式中，还提供一种氨气可视化响应涂层，其采用本发明所述氨气可视化响应涂层的制备方法制得。

在一些实施方式中，还提供一种氨气可视化响应涂层的应用，将本发明所述的氨气可视化响应涂层用于固体储氨SSCR系统的氨气泄露检测。本发明可通过喷涂方式将附着力强的高分子与染料/环糊精包络复合物涂敷在载储氨材料容器以及管道上，所述染料/环糊精包络复合物可有效提高染料在涂层中的牢固性，提高氨气响应效率和使用寿命，并且可满足固态储氨SSCR系统实际运行过程中快速、可视检测氨气泄露的需求。

下面通过具体实施例对本发明作进一步的解释说明：

实施例1

1)、将b-环糊精加入水中至完全溶解后，将罗丹明b加入b-环糊精水溶液中搅拌12小时，混合溶液用液氮冷冻后进行冷冻干燥，得到罗丹明b/b-环糊精包络复合物(如图2所示)，其中b-环糊精的质量分数为20wt％、罗丹明b的质量分数为25wt％。

2)、将聚甲基丙烯酸甲酯、罗丹明b/b-环糊精包络复合物溶解于二甲基亚砜中，其中聚甲基丙烯酸甲酯的质量分数为4wt％、罗丹明b/b-环糊精包络复合物的质量分数为1wt％，混合溶液在20℃下高速搅拌12小时后得到可喷溶液；

3)、将步骤2)得到的可喷溶液用喷枪在6bar工作压力下喷涂(喷嘴:0.5mm)到干净底物表面上(喷涂时间：10min)，将喷涂的底物置于烤箱中干燥，得到氨气可视化响应涂层。

实施例2

1)、将羟丙基-b-环糊精加入水中至完全溶解后，将百里酚蓝加入羟丙基-b-环糊精水溶液中搅拌12小时，混合溶液用液氮冷冻后进行冷冻干燥，得到百里酚蓝/羟丙基-b-环糊精包络复合物，其中羟丙基-b-环糊精的质量分数为35wt％、百里酚蓝的质量分数为20wt％。

2)、将聚苯乙烯、百里酚蓝/羟丙基-b-环糊精包络复合物溶解于N,N-二甲基甲酰胺，其中聚苯乙烯的质量分数为15wt％、羟丙基-b-环糊精包络复合物的质量分数为20wt％，混合溶液在40℃下高速搅拌12小时后得到可喷溶液；

3)、将步骤2)得到的可喷溶液用喷枪在1bar工作压力下喷涂(喷嘴:2.0mm)到干净底物表面上(喷涂时间：20min)，将喷涂的底物置于烤箱中干燥，得到氨气可视化响应涂层，图3为本实施例制得的氨气可视化响应涂层的截面SEM图。

实施例3

1)、将g-环糊精加入水中至完全溶解后，将中性红加入g-环糊精水溶液中搅拌12小时，混合溶液用液氮冷冻后进行冷冻干燥，得到中性红/g-环糊精包络复合物，其中g-环糊精的质量分数为1wt％、中性红的质量分数为0.5wt％。

2)、将聚乙烯醇、中性红/g-环糊精包络复合物溶解于水中，其中聚乙烯醇的质量分数为40wt％、中性红/g-环糊精包络复合物的质量分数为15wt％，混合溶液在80℃下高速搅拌12小时后得到可喷溶液；

3)、将步骤2)得到的可喷溶液用喷枪在3bar工作压力下喷涂(喷嘴:1.5mm)到干净底物表面上(喷涂时间：30min)，将喷涂的底物置于烤箱中干燥，得到氨气可视化响应涂层。

将本实施例制得的氨气可视化响应涂层用于可视化氨气检测，结果如图4所示，从图4可以看出，样品颜色变深，证明已经有吸附氨气，响应迅速且明显。

实施例4

1)、将甲基-b-环糊精加入水中至完全溶解后，将石蕊加入甲基-b-环糊精水溶液中搅拌12小时，混合溶液用液氮冷冻后进行冷冻干燥，得到石蕊/甲基-b-环糊精包络复合物，其中甲基-b-环糊精的质量分数为10wt％、石蕊的质量分数为13wt％。

2)、将聚丙烯腈、石蕊/甲基-b-环糊精包络复合物溶解于N,N-二甲基乙酰胺中，其中聚丙烯腈的质量分数为8wt％、石蕊/甲基-b-环糊精包络复合物的质量分数为10wt％，混合溶液在60℃下高速搅拌12小时后得到可喷溶液；

3)、将步骤2)得到的可喷溶液用喷枪在2bar工作压力下喷涂(喷嘴:0.8mm)到干净底物表面上(喷涂时间：5min)，将喷涂的底物置于烤箱中干燥，得到氨气可视化响应涂层。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。