一种用于氢燃料电池膜电极粘接的紫外光固化胶粘剂的制作方法

本发明属于氢燃料电池膜电极，涉及一种用于氢燃料电池膜电极粘接的紫外光固化胶粘剂。

背景技术：

1、膜电极(mea)是氢燃料电池的最核心部件，由阴/阳极催化层、质子交换膜以及阴/阳极扩散层5部分组成。扩散层起到水管理、物料的分配、传递电子等作用；催化层是电化学反应的主要场所，涉及反应的发生和生成物的传递及排放等；质子交换膜则起到传递质子、防止阴阳极短路等作用。膜电极(mea)是多项物质传输和电化学反应的核心场所，其制备技术不但直接影响电池性能，而且对降低电池成本、提高电池比功率与比能量至关重要，被形象地称为燃料电池的“心脏”。

2、目前质子交换膜燃料电池的膜电极结构依据催化层的担载方式可以分为两种，一种是gde膜电极；另一种是ccm膜电极。ccm(catalyst-coated membrane)意为催化剂涂覆膜，制备过程中，首先将催化剂涂覆在质子交换膜两侧，形成ccm，然后再把气体扩散层热压在ccm两侧形成膜电极。与gde膜电极相比，ccm膜电极中催化剂与质子膜结合牢固，不容易脱落，可以有效改善催化层与质子膜之间的界面电阻，降低质子在界面上的传输阻力，性能更加优异。

3、ccm(catalyst coated membrane，催化剂涂布膜)膜电极制备工艺现已被广泛采用，是目前主流的商业化制备方法。在膜电极(mea)制备过程中，需要将ccm粘接在支撑材料上，以达到密封和固定的作用。而膜电极(mea)需长期处于高温高湿的弱酸性的工作环境中，并保持良好的气密性，这就需要有一款吸水率低、耐高温高湿、耐酸、耐氧化的胶黏剂。由于ccm由催化剂层和质子交换膜组成，膜一般是全氟磺酸树脂膜，支撑材料一般是pet、pi、pen、pp、pe以及pc等碳氢类聚合物。而全氟磺酸树脂膜和支撑材料(pc除外)表面能都很低，都比较难粘，尤其是pp、pe，传统体系的uv胶粘接力很差、吸水率高、耐水煮性差，无法在长期高温高湿的环境下保持良好的剥离力和气密性。

4、ccm与支撑材料的粘接性能直接影响膜电极的生产效率以及使用寿命。因此，提供一种适用于氢燃料电池膜电极中粘接ccm和支撑材料的胶粘剂十分有必要。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种用于氢燃料电池膜电极粘接的紫外光固化胶粘剂。

2、一方面，本发明提供了一种紫外光固化胶粘剂，其特征在于，所述胶粘剂包括如下组分：丙烯酸单体、热塑性弹性体、增粘树脂、光引发剂、触变剂以及硅烷偶联剂；

3、其中，所述胶粘剂以所述热塑性弹性体作为主体树脂。

4、在一些实施方案中，所述胶粘剂包括如下重量份数的组分：丙烯酸单体20-85份、热塑性弹性体10-55份、增粘树脂5-25份、光引发剂1-15份、触变剂1-10份以及硅烷偶联剂0.1-8份；优选地，包含如下重量份数的组分：丙烯酸单体30-80份、热塑性弹性体10-50份、增粘树脂5-20份、光引发剂1-10份、触变剂1-9份以及硅烷偶联剂0.5-7份；优选地，包含如下重量份数的组分：丙烯酸单体50-80份、热塑性弹性体15-45份、增粘树脂5-15份、光引发剂1-8份、触变剂1-5份以及硅烷偶联剂0.5-5份；优选地，包含如下重量份数的组分：丙烯酸单体60-75份、热塑性弹性体15-30份、增粘树脂5-10份、光引发剂1-6份、触变剂1-4份以及硅烷偶联剂1-4份；优选地，包含如下重量份数的组分：丙烯酸单体65-70份、热塑性弹性体20-25份、增粘树脂7-9份、光引发剂3-5份、触变剂1-3份以及硅烷偶联剂1-3份。

5、在一些实施方案中，所述丙烯酸酯单体选自单官能团丙烯酸酯、双官能团丙烯酸酯、多官能团丙烯酸酯的一种或多种。

6、在一些实施方案中，所述单官能团丙烯酸酯选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸四氢呋喃酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、2-苯氧乙基丙烯酸酯、4-叔丁基环已基丙烯酸酯、苄基丙烯酸脂、3，3，5-三甲基环己烷丙烯酸酯中的一种或者多种。

7、在一些实施方案中，所述双官能团丙烯酸酯选自1.6-己二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、戊二醇二丙烯酸醋、三环葵烷二甲醇二丙烯酸酯中的一种或者多种。

8、在一些实施方案中，所述多官能团丙烯酸酯选自三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇三烯丙基醚、三(2-羟乙基)异氰尿酸三丙烯酸酯、二季戊六醇五丙烯酸酯中的一种或者多种。

9、在一些实施方案中，所述丙烯酸酯单体选自丙烯酸异冰片酯与2-苯氧乙基丙烯酸酯的组合。

10、在一些实施方案中，所述丙烯酸异冰片酯与2-苯氧乙基丙烯酸酯的重量比为5-15：45-65；优选地，所述丙烯酸异冰片酯与2-苯氧乙基丙烯酸酯的重量比为8-12：50-60；优选地，所述丙烯酸异冰片酯与2-苯氧乙基丙烯酸酯的重量比为10：57-60。

11、在一些实施方案中，所述热塑性弹性体选自sbs、sis、sebs、seps中的一种或者多种。

12、在一些实施方案中，所述热塑性弹性体选自sbs和/或sis。

13、在一些实施方案中，所述热塑性弹性体中sbs与sis的组合重量比为5-15:10-20；优选地，所述热塑性弹性体中sbs与sis的组合重量比为8-12:12-18；优选地，所述热塑性弹性体中sbs与sis的组合重量比为10:15。

14、在一些实施方案中，所述增粘树脂选自萜烯树脂、石油树脂、氢化石油树脂、氯化聚烯烃、松香树脂、氢化松香树脂中的一种或者多种。

15、在一些实施方案中，所述增粘树脂选自氯化聚烯烃或松香树脂。

16、在一些实施方案中，所述光引发剂选自2-羟基-2-甲基-1-苯基甲酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮、二苯甲酮、安息香甲醚、安息香乙醚、安息香丁醚、a，a-二甲氧基-a-苯基苯乙酮、(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗琳基-1-丙酮、2-异丙基硫杂蔥酮(2,4异构体混合物)、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮等中的一种或多种；优选地，所述光引发剂选自1-羟基-环己基-苯基甲酮和(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦的组合；优选地，所述1-羟基-环己基-苯基甲酮和(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦的组合重量比为：2-8：1-5；优选地，所述1-羟基-环己基-苯基甲酮和(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦的组合重量比为：3-5：1-4。

17、在一些实施方案中，所述触变剂选自气相白炭黑、聚酰胺腊、氢化蓖麻油中的一种或者多种；优选地，所述触变剂选自气相白炭黑。

18、在一些实施方案中，所述硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧硅烷、乙烯基三乙氧氧硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、n-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷中的一种或者多种；优选地，所述硅烷偶联剂选自γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。

19、另一方面，本发明还提供了一种所述胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

20、(1)将丙烯酸单体、热塑性弹性体、增粘树脂加到带加热和可以抽真空的动力混合机的釜内，加热将固体进行溶解；

21、(2)固体溶解后，停止加热，加入光引发剂、触变剂、以及硅烷偶联剂，避光，继续搅拌将光引发剂完全溶解，使得触变剂均匀分散，最后真空脱泡，得到上述紫外光固化胶粘剂。

22、在一些实施方案中，所述步骤(1)中，将所述固体进行溶解的加热温度为：65-70℃。

23、再另一方面，本发明还提供了一种所述的胶粘剂在氢燃料电池领域的应用；

24、在一些实施方案中，所述氢燃料电池领域包括膜电极的制备。

25、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

26、(1)本发明提供了一种对全氟磺酸树脂膜以及pp、pe类材料具有较好粘接力、较低吸水率、以及较好耐候性的紫外光固化胶粘剂，所述胶粘剂能够长期在高温高湿环境下保持良好的剥离力和气密性，并且实现批量自动化生产。

27、(2)在本发明提供的紫外光固化胶粘剂，是以丙烯酸酯单体作为稀释剂，采用热塑性弹性体作为主体树脂，用增粘树脂作为附着力促进剂提高对全氟磺酸树脂膜和pp、pe的粘接力，加适量触变剂使胶液具有一定触变性，便于施胶，通过硅烷偶联剂使气相白炭黑分散的更均匀稳定，用光引发剂引发固化，进行组合制备得到，本发明对胶粘剂的配方进行改进，相较于传统的以聚氨酯丙烯酸酯为主体树脂进行制备得到的uv胶粘剂，具有较优异的性能。