CN112063236A - 一氧化碳指示油墨及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种一氧化碳指示油墨。以质量份计，其原料组成包括：纳米二氧化铈20份~50份、连接料30份~60份，以及溶剂10份~40份；其中，纳米二氧化铈掺有金属离子杂质。上述纳米二氧化铈可在100℃的相对低温环境下，对一氧化碳的氧化起催化作用，在这个过程中，油墨的颜色因纳米二氧化铈的还原从白色变为金黄色，从而指示一氧化碳气体的存在。此外，本发明还涉及一种一氧化碳指示油墨的制备方法，用于制备上述一氧化碳指示油墨。
Description
技术领域
本发明涉及油墨技术领域，尤其涉及一氧化碳指示油墨及其制备方法。
背景技术
众所周知，当物质燃烧不充分时，容易产生剧毒的一氧化碳气体，由于一氧化碳气体无色无味，人们无法通过视觉、嗅觉等方式进行辨别。因此，尤其在冬天，因在密闭室内烤火导致一氧化碳中毒、甚至死亡的悲剧事件仍时有发生。
目前，二氧化铈作为催化剂应用于一氧化碳的催化反应中，但其反应温度高达500℃，过高的反应温度限制了其在油墨领域的应用，致使现有技术没有一氧化碳指示油墨，从而无法实现通过油墨变色指示一氧化碳。
发明内容
基于此，有必要提供一种适用于相对低温的一氧化碳指示油墨。
此外，还提供一种一氧化碳指示油墨的制备方法。
一种一氧化碳指示油墨，以质量份计，其原料组成包括：
纳米二氧化铈 20份~50份；
连接料 30份~60份；以及
溶剂 10份~40份；
其中，所述纳米二氧化铈掺有金属离子杂质。
在一个实施方式中，所述金属离子与所述二氧化铈的摩尔数配比为10摩尔% ~20摩尔%：40摩尔% ~60摩尔%。
在一个实施方式中，所述金属离子选自镍离子、铜离子、钛离子及锆离子中的至少一种。
在一个实施方式中，所述纳米二氧化铈粒径为10nm~200nm。
在一个实施方式中，所述连接料选自甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸共聚物或丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物中的至少一种。
在一个实施方式中，所述甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸共聚物，其甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯、丙烯酸的摩尔比为1:2:2。
在一个实施方式中，所述的丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物，其丙烯酸丁酯与苯乙烯、丙烯酸羟乙酯的摩尔比为2:1:2。
在一个实施方式中，还包括0.1份~5份的分散剂。
上述一氧化碳指示油墨，起始反应温度大幅降至100℃，当油墨印刷干燥后，连接料分子之间产生大量微孔，一氧化碳分子得以通过微孔进入墨层与纳米二氧化铈接触，当油墨靠近热源且温度达到100℃以后，二氧化铈表面的活性氧原子与一氧化碳发生氧化还原反应，一氧化碳得到氧原子被氧化成二氧化碳，以此同时，二氧化铈失去氧原子被还原成具有氧空穴的三氧化二铈，在这个过程中，其颜色由白色变为金黄色。由于三氧化二铈晶体存在氧空穴，其可吸附空气中的氧气，当氧空穴吸附氧原子后，三氧化二铈再度被氧化成二氧化铈。纳米二氧化铈因其表面具有良好的储氧和释氧能力，在指示油墨中充当催化指示剂的作用。当其设置于热源附近时，可利用热源的热量促进变色反应，当反应开始后，油墨由白色变为金黄色，从而通过可视的颜色变化指示室内是否产生一氧化碳气体，从而决定是否采取防护措施。
一种一氧化碳指示油墨的制备方法，包括如下步骤：
将30份~60份的连接料加入到10份~40份的溶剂中，充分搅拌，制得第一溶液；
将20份~50份的纳米二氧化铈加入所述第一溶液中，充分搅拌，即制得所述一氧化碳指示油墨，其中，所述纳米二氧化铈掺有金属离子杂质。
在一个实施方式中，在所述将30份~60份的连接料加入到10份~40份的溶剂中，充分搅拌，制得第一溶液步骤之后，所述将20份~50份的纳米二氧化铈加入所述第一溶液中，充分搅拌，即制得所述一氧化碳指示油墨步骤之前，还包括加入0.1份~5份的分散剂并进行搅拌的步骤。
上述一氧化碳指示油墨的制备方法，操作简单，常用设备即可完成制作，有利于降低生产成本。
附图说明
图1为一实施方式的一氧化碳指示油墨的制备方法流程图；
图2为另一实施方式的一氧化碳指示油墨的制备方法流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
在本文中，除非有特殊地说明，各原料的份数均指重量份。
一实施方式的一氧化碳指示油墨，以质量份计，其原料组成包括：
纳米二氧化铈 20份~50份；
连接料 30份~60份；以及
溶剂 10份~30份；
其中，所述纳米二氧化铈掺有金属离子杂质。
纳米二氧化铈在一氧化碳指示油墨中起催化指示剂作用，使一氧化碳气体的氧化温度和速率大幅提升，其反应化学式如下：
2CeO2+CO=Ce2O3+CO2
2Ce2O3+O2=4CeO2
二氧化铈具有面心立方体的晶体结构，其各项同性的结构特点使其不易形成一维或二维的结构，而易于形成球形的纳米颗粒。在高于600℃高温下，二氧化铈表面的活性氧原子易与一氧化碳发生氧化还原反应，在氧化还原过程中，二氧化铈失去氧原子被还原成具有氧空穴的三氧化二铈，以此同时，一氧化碳得到氧原子被氧化成二氧化碳，在这个过程中，二氧化铈的颜色由白色变为金黄色。由于三氧化二铈晶体存在氧空穴，其可吸附空气中的氧气，当氧空穴吸附氧原子后，三氧化二铈再度被氧化成二氧化铈。纳米二氧化铈因其表面具有良好的储氧和释氧能力，在指示油墨中充当催化指示剂的作用。
具体地，选择纳米二氧化铈颗粒作为催化指示剂材料，由于颗粒的粒径越小，其总表面积或亚表面积越大，由于该变色反应发生在纳米二氧化铈的表面或者亚表面，因此，选择纳米材料作为催化指示剂材料，可促进其反应速率。
进一步地，选择纳米微球、纳米线及纳米棒等颗粒形状作为催化指示剂材料，实验证明，在相同的温度下，采用纳米微球、纳米线及纳米棒等颗粒形状作为催化指示材料，在变色反应过程中，油墨层的颜色区间明显加大，指示效果更加明显，此外，上述微观结构的二氧化铈颗粒，还有利于降低指示油墨的起始反应温度。
优选地，纳米二氧化铈颗粒为由纳米微球串联而成的纳米线，纳米线结构的二氧化铈颗粒由于其特殊的微观结构，可大幅降低指示油墨的氧化还原起始反应温度。
在一个实施方式中，纳米二氧化铈颗粒的粒径为10nm~200nm，使一氧化碳指示油墨满足不同印刷方式的适印性需求，此外，二氧化铈颗粒粒径的减小，有助于增大二氧化铈的表面或者亚表面，从而促进变色反应的进行。
优选地，纳米二氧化铈的粒径为10nm~30nm，通过限制纳米二氧化铈的粒径，一方面可改善油墨的印刷适性，另一方面可降低指示油墨的起始反应温度。
通过掺杂金属离子，可改变二氧化铈的晶格形态，进而有效降低起始反应温度。不同金属离子之间，其离子半径不同，或是价态不同，在晶格中形成不同的配位情况，通过产生晶格应力进而造成晶格扭曲缺陷，该扭曲缺陷有利于形成氧空穴，使氧化还原反应所需要的能量大幅降低，从而降低起反应温度和完全转化温度。实验证明，掺杂的纳米二氧化铈颗粒与纯二氧化铈颗粒相比，掺杂金属离子可将反应温度降低至100℃，完全转化温度降至300℃。
具体地，金属离子与二氧化铈的摩尔数配比为10摩尔%~20摩尔%：40摩尔%~60摩尔%，在上述比例区间内，金属离子掺杂量的大小与反应活性呈正关联，即掺杂量越高，起始反应温度越低，反之，掺杂量越低，起始反应温度越高。
进一步地，金属离子选自镍离子、铜离子、钛离子及锆离子中的至少一种。
连接料在指示油墨中起成膜作用，可耐高温烘烤，其可在500℃以下的高温中不发生燃烧或碳化反应。使一氧化碳指示油墨在固化后得以牢固附着在物体表面。
具体地，连接料可溶于溶剂，连接料固化后，随着溶剂的挥发，连接料分子之间产生大量的微孔，使一氧化碳气体得以通过微孔进入指示油墨内参与变色反应。由于一氧化碳指示油墨起始反应温度高于100℃，因此，要求连接料具有良好的耐高温性能，其可在300℃以下的高温中不发生燃烧或碳化反应，优选的，可在500℃以下的高温中不发生燃烧或碳化反应。
本实施例中，连接料选自甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸共聚物或丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物中的至少一种。
在一个实施方式中，甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸共聚物，其甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯、丙烯酸的摩尔比为1:2:2。
在一个实施方式中，丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物，其丙烯酸丁酯与苯乙烯、丙烯酸羟乙酯的摩尔比为2:1:2。
在一个实施方式中，甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸共聚物与丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物的比例为1:1。
应当理解，其它可溶解于溶解且耐高温的成膜材料也可作为本发明的连接料。
溶剂用于溶解连接料，使一氧化碳指示油墨具备良好的适印性。
具体地，溶剂选自乙醇、乙二醇、异丙醇、丁醇、戊醇、环己醇、丙酮、环己酮及水中的至少一种。
在本实施例中，溶剂为质量浓度为75%的乙醇溶液。
在一个实施方式中，一氧化碳指示油墨还包括0.1份~5份的分散剂，分散剂可降低液-液和固-液间的界面张力，提高油墨组分在同一体系中的相容性，帮助溶剂润湿颗粒表面，阻止油墨成分粒子发生团聚，使一氧化碳指示油墨保持乳液状态。
具体地，分散剂可为市场上购买的任意一种有机分散剂。
上述一氧化碳指示油墨，起始反应温度大幅降至100℃，当油墨印刷干燥后，连接料分子之间产生大量微孔，一氧化碳分子得以通过微孔进入墨层与纳米二氧化铈接触，当油墨靠近热源且温度达到100℃以后，二氧化铈表面的活性氧原子与一氧化碳发生氧化还原反应，一氧化碳得到氧原子被氧化成二氧化碳，以此同时，二氧化铈失去氧原子被还原成具有氧空穴的三氧化二铈，在这个过程中，其颜色也由白色变为金黄色。由于三氧化二铈晶体存在氧空穴，其可吸附空气中的氧气，当氧空穴吸附氧原子后，三氧化二铈再度被氧化成二氧化铈。纳米二氧化铈因其表面具有良好的储氧和释氧能力，在指示油墨中充当催化剂的作用。当其设置于热源（如灶台或火炉）附近时，可利用热源的热量促进变色反应，当反应开始后，油墨由白色变为金黄色，从而通过可视的颜色变化指示室内是否产生一氧化碳气体，从而决定是否采取防护措施。
本发明的一氧化碳指示油墨成分简单、成本低廉，且耐高温性能好，其反应温度大幅降低至100℃，安全性能高，且反应可重复指示一氧化碳气体。
请参阅图1，一实施方式的一氧化碳指示油墨的制备方法，包括如下步骤：
S10：将30份~60份的连接料加入到10份~40份的溶剂中，充分搅拌，制得第一溶液。
将30份~60份的连接料加入到10份~40份的溶剂中，充分搅拌，直至连接料完全溶解，制得第一溶液。
连接料在指示油墨中起成膜作用，可耐高温烘烤，其可在500℃以下的高温中不发生燃烧或碳化反应。使一氧化碳指示油墨在固化后得以牢固附着在物体表面。
具体地，连接料可溶于溶剂，连接料固化后，随着溶剂的挥发，连接料分子之间产生大量的微孔，使一氧化碳气体得以通过微孔进入指示油墨内参与变色反应。由于一氧化碳指示油墨起始反应温度高于100℃，因此，要求连接料具有良好的耐高温性能，其可在300℃以下的高温中不发生燃烧或碳化反应，优选的，可在500℃以下的高温中不发生燃烧或碳化反应。
本实施例中，连接料选自甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸共聚物或丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物中的至少一种。
在一个实施方式中，甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸共聚物，其甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯、丙烯酸的摩尔比为1:2:2。
在一个实施方式中，丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物，其丙烯酸丁酯与苯乙烯、丙烯酸羟乙酯的摩尔比为2:1:2。
在一个实施方式中，甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸共聚物与丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物的比例为1:1。
应当理解，其它可溶解于溶解且耐高温的成膜材料也可作为本发明的连接料。
溶剂用于溶解连接料，使一氧化碳指示油墨具备良好的适印性。
具体地，溶剂选自乙醇、乙二醇、异丙醇、丁醇、戊醇、环己醇、丙酮、环己酮及水中的至少一种。
在本实施例中，溶剂为质量浓度为75%的乙醇溶液。
S30：将20份~50份的纳米二氧化铈加入所述第一溶液中，充分搅拌，即制得所述一氧化碳指示油墨，其中，所述纳米二氧化铈掺有金属离子杂质。
将20份~50份的纳米二氧化铈加入到第一溶液中，充分搅拌，直至纳米二氧化铈分散均匀，即制得所述一氧化碳指示油墨。
纳米二氧化铈在一氧化碳指示油墨中起催化指示剂作用，使一氧化碳气体的氧化温度和速率大幅提升，其反应化学式如下：
2CeO2+CO=Ce2O3+CO2
2Ce2O3+O2=4CeO2
二氧化铈具有面心立方体的晶体结构，其各项同性的结构特点使其不易形成一维或二维的结构，而易于形成球形的纳米颗粒。在高于600℃高温下，二氧化铈表面的活性氧原子易与一氧化碳发生氧化还原反应，在氧化还原过程中，二氧化铈失去氧原子被还原成具有氧空穴的三氧化二铈，以此同时，一氧化碳得到氧原子被氧化成二氧化碳，在这个过程中，二氧化铈的颜色由白色变为金黄色。由于三氧化二铈晶体存在氧空穴，其可吸附空气中的氧气，当氧空穴吸附氧原子后，三氧化二铈再度被氧化成二氧化铈。纳米二氧化铈因其表面具有良好的储氧和释氧能力，在指示油墨中充当催化指示剂的作用。
具体地，选择纳米二氧化铈颗粒作为催化指示剂材料，由于颗粒的粒径越小，其总表面积或亚表面积越大，由于该变色反应发生在纳米二氧化铈的表面或者亚表面，因此，选择纳米材料作为催化指示剂材料，可促进其反应速率。
进一步地，选择纳米微球、纳米线及纳米棒等颗粒形状作为催化指示剂材料，实验证明，在相同的温度下，采用纳米微球、纳米线及纳米棒等颗粒形状作为催化指示材料，在变色反应过程中，油墨层的颜色区间明显加大，指示效果更加明显，此外，上述微观结构的二氧化铈颗粒，还有利于降低指示油墨的起始反应温度。
优选地，纳米二氧化铈颗粒为由纳米微球串联而成的纳米线，纳米线结构的二氧化铈颗粒由于其特殊的微观结构，可大幅降低指示油墨的氧化还原起始反应温度。
在一个实施方式中，纳米二氧化铈颗粒的粒径为10nm~200nm，使一氧化碳指示油墨满足不同印刷方式的适印性需求，此外，二氧化铈颗粒粒径的减小，有助于增大二氧化铈的表面或者亚表面，从而促进变色反应的进行。
优选地，纳米二氧化铈的粒径为10nm~30nm，通过限制纳米二氧化铈的粒径，一方面可改善油墨的印刷适性，另一方面可降低指示油墨的起始反应温度。
通过掺杂金属离子，可改变二氧化铈的晶格形态，进而有效降低起始反应温度。不同金属离子之间，其离子半径不同，或是价态不同，在晶格中形成不同的配位情况，通过产生晶格应力进而造成晶格扭曲缺陷，该扭曲缺陷有利于形成氧空穴，使氧化还原反应所需要的能量大幅降低，从而降低起反应温度和完全转化温度。实验证明，掺杂的纳米二氧化铈颗粒与纯二氧化铈颗粒相比，掺杂金属离子可将反应温度降低至100℃，完全转化温度降至300℃。
具体地，金属离子与二氧化铈的摩尔数配比为10摩尔%~20摩尔%：40摩尔%~60摩尔%，在上述比例区间内，金属离子掺杂量的大小与反应活性呈正关联，即掺杂量越高，起始反应温度越低，反之，掺杂量越低，起始反应温度越高。
进一步地，金属离子选自镍离子、铜离子、钛离子及锆离子中的至少一种。
在一些实施方式中，请参阅图2，在步骤S10之后与步骤S30之前，还包括加入分散剂的步骤。
步骤S20：向第一溶液中加入0.1份~5份的分散剂，并搅拌溶解，制得第二溶液。
分散剂可降低液-液和固-液间的界面张力，提高油墨组分在同一体系中的相容性，帮助溶剂润湿颗粒表面，阻止油墨成分粒子发生团聚，使一氧化碳指示油墨保持乳液状态。具体地，分散剂可为市场上购买的任意一种有机分散剂。
需要说明的是，步骤S20属于优选步骤，因此，步骤S20是可以省略的。
上述一氧化碳指示油墨的制备方法，操作简单，常用设备即可完成制作，有利于降低生产成本。
可以理解地是，上述所指出的适合于本一氧化碳指示油墨的连接料、溶剂及掺杂金属离子只是一部分优选的材料，任何利用上述原理而制作的一氧化碳指示油墨的其它的材料同样属于本发明的保护范围。
上述任一项的一氧化碳指示油墨或上述任一项的一氧化碳指示油墨的制备方法制备得到的一氧化碳指示油墨至少具有以下优点：
（1）上述一氧化碳指示油墨的反应温度低，在100℃的温度下即可开始催发反应，无需单独设置热源，靠近普通热源即可使用，安全风险低。
（2）组成上述一氧化碳指示油墨的各原料价格便宜，适合在家庭空间内大面积使用。
（3）上述一氧化碳指示油墨催化反应开始后，油墨颜色由白色变为金黄色，指示效果明显、醒目。
以下为具体地实施例。
实施例1
请参阅图1，本实施例提供一种一氧化碳指示油墨的制备方法，步骤如下：
（1）将30份的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸共聚物（连接料），加入到10份乙醇（溶剂）中，充分搅拌，直至连接料完全溶解，制得第一溶液。其中，甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸共聚物的甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯、丙烯酸的摩尔比为1:2:2。
（2）将20份掺杂有镍离子的微球状纳米二氧化铈加入到上述第一溶液中，充分搅拌，即制得所述一氧化碳指示油墨，其中，纳米二氧化铈形状为纳米微球，粒径为10nm，铜离子与二氧化铈的摩尔数配比为10摩尔%:40摩尔%。
实施例1制备得到的一氧化碳指示油墨印刷后呈白色，印刷干燥后，连接料分子之间产生大量微孔，一氧化碳分子得以通过微孔进入墨层与纳米二氧化铈接触。由于指示油墨中二氧化铈掺杂有镍离子，由于不同金属离子之间，其离子半径不同，或是价态不同，在晶格中形成不同的配位情况，通过产生晶格应力进而造成晶格扭曲缺陷，该扭曲缺陷有利于形成氧空穴，使氧化还原反应所需要的能量大幅降低，从而降低起反应温度和完全转化温度，同时，采用纳米微球二氧化铈作为指示催化剂，有利于降低起始反应温度。本实施例中，其起始反应温度降低至100℃，当油墨靠近热源温度达到100℃以后，二氧化铈表面的活性氧原子与一氧化碳发生氧化还原反应，一氧化碳得到氧原子被氧化成二氧化碳，以此同时，二氧化铈失去氧原子被还原成具有氧空穴的三氧化二铈，在这个过程中，其颜色也由白色变为金黄色。由于三氧化二铈晶体存在氧空穴，其可吸附空气中的氧气，当氧空穴吸附氧原子后，三氧化二铈再度被氧化成二氧化铈。纳米二氧化铈因其表面具有良好的储氧和释氧能力，在指示油墨中充当催化剂的作用。当其设置于热源（如灶台或火炉）附近时，可利用热源的热量促进变色反应，当反应开始后，油墨由白色变为金黄色，从而通过可视的颜色变化指示室内是否产生一氧化碳气体，从而决定是否采取防护措施。
上述一氧化碳指示油墨成分简单、成本低廉，且耐高温性能好，其反应温度大幅降低至100℃，安全性高，且反应可逆。
实施例2
请参阅图1，本实施例的提供一种一氧化碳指示油墨的制备方法，步骤如下：
（1）将45份的丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物（连接料）加入到25份异丙醇（溶剂）中，充分搅拌，直至连接料完全溶解，制得第一溶液。其中，丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物的丙烯酸丁酯与苯乙烯、丙烯酸羟乙酯的摩尔比为2:1:2。
（2）将35份掺杂有铜离子的二氧化铈纳米微球加入到上述第一溶液中，充分搅拌，即制得所述一氧化碳指示油墨，其中，纳米二氧化铈形状为有纳米微球串联而成的纳米线，其中，纳米微球的粒径为10nm，纳米线的长度为200nm，，铜离子与二氧化铈的摩尔数配比为15摩尔%：50摩尔%。
实施例2制备得到的一氧化碳指示油墨印刷后呈白色，印刷干燥后，连接料分子之间产生大量微孔，一氧化碳分子得以通过微孔进入墨层与正四价的纳米二氧化铈接触，由于指示油墨中二氧化铈掺杂有铜离子，由于不同金属离子之间，其离子半径不同，或是价态不同，在晶格中形成不同的配位情况，通过产生晶格应力进而造成晶格扭曲缺陷，该扭曲缺陷有利于形成氧空穴，使氧化还原反应所需要的能量大幅降低，从而降低起反应温度和完全转化温度，同时，采用纳米微球二氧化铈作为指示催化剂，有利于降低起始反应温度。本实施例中，其起始反应温度降低至100℃，当油墨靠近热源温度达到100℃以后，二氧化铈表面的活性氧原子与一氧化碳发生氧化还原反应，一氧化碳得到氧原子被氧化成二氧化碳，以此同时，二氧化铈失去氧原子被还原成具有氧空穴的三氧化二铈，在这个过程中，其颜色也由白色变为金黄色。由于三氧化二铈晶体存在氧空穴，其可吸附空气中的氧气，当氧空穴吸附氧原子后，三氧化二铈再度被氧化成二氧化铈。纳米二氧化铈因其表面具有良好的储氧和释氧能力，在指示油墨中充当催化剂的作用。当其设置于热源（如灶台或火炉）附近时，可利用热源的热量促进变色反应，当反应开始后，油墨由白色变为金黄色，从而通过可视的颜色变化指示室内是否产生一氧化碳气体，从而决定是否采取防护措施。
上述一氧化碳指示油墨成分简单、成本低廉，且耐高温性能好，其反应温度大幅降低至100℃，安全性高，且反应可逆。
实施例3
请参阅图2，本实施例的一氧化碳指示油墨的制备步骤如下：
（1）将60份的丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物（连接料）加入到40份75%的异丙醇溶液（溶剂）中，充分搅拌，直至连接料完全溶解，制得第一溶液。其中，丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物的丙烯酸丁酯与苯乙烯、丙烯酸羟乙酯的摩尔比为2:1:2。
（2）将0.1份的分散剂加入到第一溶液中，充分搅拌，制得第二溶液。
（3）将50份掺杂有钛离子的二氧化铈纳米线加入到上述第二溶液中，充分搅拌，即制得所述一氧化碳指示油墨，其中，纳米二氧化铈形状为纳米棒，其中，其棒端宽度为20nm，长度为150nm，钛离子与二氧化铈的摩尔数配比为20摩尔%：60摩尔%。
实施例3制备得到的一氧化碳指示油墨印刷后呈白色，印刷干燥后，连接料分子之间产生大量微孔，一氧化碳分子得以通过微孔进入墨层与正四价的纳米二氧化铈接触，由于指示油墨中二氧化铈掺杂有钛离子，由于不同金属离子之间，其离子半径不同，或是价态不同，在晶格中形成不同的配位情况，通过产生晶格应力进而造成晶格扭曲缺陷，该扭曲缺陷有利于形成氧空穴，使氧化还原反应所需要的能量大幅降低，从而降低起反应温度和完全转化温度，同时，采用纳米微球二氧化铈作为指示催化剂，有利于降低起始反应温度。本实施例中，其起始反应温度降低至100℃，当油墨靠近热源温度达到100℃以后，二氧化铈表面的活性氧原子与一氧化碳发生氧化还原反应，一氧化碳得到氧原子被氧化成二氧化碳，以此同时，二氧化铈失去氧原子被还原成具有氧空穴的三氧化二铈，在这个过程中，其颜色也由白色变为金黄色。由于三氧化二铈晶体存在氧空穴，其可吸附空气中的氧气，当氧空穴吸附氧原子后，三氧化二铈再度被氧化成二氧化铈。纳米二氧化铈因其表面具有良好的储氧和释氧能力，在指示油墨中充当催化剂的作用。当其设置于热源（如灶台或火炉）附近时，可利用热源的热量促进变色反应，当反应开始后，油墨由白色变为金黄色，从而通过可视的颜色变化指示室内是否产生一氧化碳气体，从而决定是否采取防护措施。
上述一氧化碳指示油墨成分简单、成本低廉，且耐高温性能好，其反应温度大幅降低至100℃，安全性高，且反应可逆。
实施例4
请参参阅图2，本实施例提供一氧化碳指示油墨的制备方法，步骤如下：
（1）将30份的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸共聚物（连接料）及30份的丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物（连接料）加入到40份乙二醇（溶剂）中，充分搅拌，直至连接料完全溶解，制得第一溶液。
（2）将2份的分散剂加入到第一溶液中，充分搅拌，制得第二溶液。
（3）将50份粒径掺杂有锆离子的二氧化铈纳米线加入到上述第二溶液中，充分搅拌，即制得所述一氧化碳指示油墨。其中，纳米二氧化铈形状为有纳米棒，其棒端宽度为15nm，长度为200nm，锆离子与二氧化铈的摩尔数配比为16摩尔%：50摩尔%。
实施例4制备得到的一氧化碳指示油墨印刷后呈白色，印刷干燥后，连接料分子之间产生大量微孔，一氧化碳分子得以通过微孔进入墨层与正四价的纳米二氧化铈接触，由于指示油墨中二氧化铈掺杂有钛离子，由于不同金属离子之间，其离子半径不同，或是价态不同，在晶格中形成不同的配位情况，通过产生晶格应力进而造成晶格扭曲缺陷，该扭曲缺陷有利于形成氧空穴，使氧化还原反应所需要的能量大幅降低，从而降低起反应温度和完全转化温度，同时，采用纳米微球二氧化铈作为指示催化剂，有利于降低起始反应温度。本实施例中，其起始反应温度降低至100℃，当油墨靠近热源温度达到100℃以后，二氧化铈表面的活性氧原子与一氧化碳发生氧化还原反应，一氧化碳得到氧原子被氧化成二氧化碳，以此同时，二氧化铈失去氧原子被还原成具有氧空穴的三氧化二铈，在这个过程中，其颜色也由白色变为金黄色。由于三氧化二铈晶体存在氧空穴，其可吸附空气中的氧气，当氧空穴吸附氧原子后，三氧化二铈再度被氧化成二氧化铈。纳米二氧化铈因其表面具有良好的储氧和释氧能力，在指示油墨中充当催化剂的作用。当其设置于热源（如灶台或火炉）附近时，可利用热源的热量促进变色反应，当反应开始后，油墨由白色变为金黄色，从而通过可视的颜色变化指示室内是否产生一氧化碳气体，从而决定是否采取防护措施。
上述一氧化碳指示油墨成分简单、成本低廉，且耐高温性能好，其反应温度大幅降低至100℃，安全性高，且反应可逆。
实施例5
本实施例提供的一氧化碳指示油墨与实施例4相似，不同之处在于：（1）指示油墨的连接料为甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸共聚物和丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物的混合物，其重量百分比为1:1，（2）分散剂的含量为5份。
实施例5制备得到的一氧化碳指示油墨印刷后呈白色，印刷干燥后，连接料分子之间产生大量微孔，一氧化碳分子得以通过微孔进入墨层与正四价的纳米二氧化铈接触，由于指示油墨中二氧化铈掺杂有钛离子，由于不同金属离子之间，其离子半径不同，或是价态不同，在晶格中形成不同的配位情况，通过产生晶格应力进而造成晶格扭曲缺陷，该扭曲缺陷有利于形成氧空穴，使氧化还原反应所需要的能量大幅降低，从而降低起反应温度和完全转化温度，同时，采用纳米微球二氧化铈作为指示催化剂，有利于降低起始反应温度。本实施例中，其起始反应温度降低至100℃，当油墨靠近热源温度达到100℃以后，二氧化铈表面的活性氧原子与一氧化碳发生氧化还原反应，一氧化碳得到氧原子被氧化成二氧化碳，以此同时，二氧化铈失去氧原子被还原成具有氧空穴的三氧化二铈，在这个过程中，其颜色也由白色变为金黄色。由于三氧化二铈晶体存在氧空穴，其可吸附空气中的氧气，当氧空穴吸附氧原子后，三氧化二铈再度被氧化成二氧化铈。纳米二氧化铈因其表面具有良好的储氧和释氧能力，在指示油墨中充当催化剂的作用。当其设置于热源（如灶台或火炉）附近时，可利用热源的热量促进变色反应，当反应开始后，油墨由白色变为金黄色，从而通过可视的颜色变化指示室内是否产生一氧化碳气体，从而决定是否采取防护措施。
上述一氧化碳指示油墨成分简单、成本低廉，且耐高温性能好，其反应温度大幅降低至100℃，安全性高，且反应可逆。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种一氧化碳指示油墨，其特征在于，以质量份计，其原料组成包括：
纳米二氧化铈 20份~50份；
连接料 30份~60份；以及
溶剂 10份~40份；
其中，所述纳米二氧化铈掺有金属离子杂质。
2.根据权利要求1所述的一氧化碳指示油墨，其特征在于，所述金属离子与所述二氧化铈的摩尔数配比为10摩尔% ~20摩尔%：40摩尔% ~60摩尔%。
3.根据权利要求2所述的一氧化碳指示油墨，其特征在于，所述金属离子选自镍离子、铜离子、钛离子及锆离子中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的一氧化碳指示油墨，其特征在于，所述纳米二氧化铈粒径为10nm~200nm。
5.根据权利要求4所述的一氧化碳指示油墨，其特征在于，所述连接料选自甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸共聚物或丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的一氧化碳指示油墨，其特征在于，所述甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸共聚物，其甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯、丙烯酸的摩尔比为1:2:2。
7.根据权利要求5所述的一氧化碳指示油墨，其特征在于，所述的丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物，其丙烯酸丁酯与苯乙烯、丙烯酸羟乙酯的摩尔比为2:1:2。
8.根据权利要求1所述的一氧化碳指示油墨，其特征在于，还包括0.1份~5份的分散剂。
9.一种一氧化碳指示油墨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将30份~60份的连接料加入到10份~40份的溶剂中，充分搅拌，制得第一溶液；
将20份~50份的纳米二氧化铈加入所述第一溶液中，充分搅拌，即制得所述一氧化碳指示油墨，其中，所述纳米二氧化铈掺有金属离子杂质。
10.根据权利要求9所述的一氧化碳指示油墨的制备方法，其特征在于，在所述将30份~60份的连接料加入到10份~40份的溶剂中，充分搅拌，制得第一溶液步骤之后，所述将20份~50份的纳米二氧化铈加入所述第一溶液中，充分搅拌，即制得所述一氧化碳指示油墨步骤之前，还包括加入0.1份~5份的分散剂并进行搅拌的步骤。
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