一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶及其制备方法与流程

本发明涉及聚氨酯热熔胶，尤其涉及一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶及其制备方法。

背景技术：

1、在“双碳”目标的驱动下，风、光、水、氢等多种可再生能源在祖国大地上蓬勃发展。其中，氢能是各类可再生能源的重要转换枢纽。氢能全产业链涉及制、储、运、用等多个环节，其中与我们的日常生活最接近的就是“用氢”环节。氢气作为能源既可用于驱动汽车，也可用于发电，而实现氢能与电能转换的关键装置就是燃料电池。因此，一个以氢气作为燃料，以质子交换膜(pem)作为电解质，通过电化学反应将化学能转化为电能的发电装置，成为发展的主流，燃料电池有七层结构组成，中间是pem,两侧为催化剂层，再往外是气体扩散层，这五层构成膜电极，膜电极的两侧为双极板。而膜电极作为燃料电池心脏，决定着燃料电池的使用寿命，因此在膜电极边框的密封、粘接显得尤其重要，而市面上多数在膜电极粘接上使用的都是uv紫外固化胶，而uv胶是一种反应型的胶粘剂，固化时的收缩容易使pem膜出现翘曲现象，同时uv胶在固化后可能出现残留金属杂质，在铂金催化剂的催化下氢气和氧气形成过氧化氢，会与残留的金属离子发生自由基聚合，从而影响密封胶的气密性，而湿气反应型聚氨酯热熔胶不仅能提供粘接加固作用，还能提供很好的密封效果；且反应过程种中的收缩几乎为0，能最大程度保障膜电极的使用寿命，除此之外，耐高温、耐水煮的湿气反应型热熔胶还能防止边框片和双极板粘接时产生的高温使胶粘剂失效降低燃料电池的使用寿命。

2、本发明即是在此背景基础上开始了研发工作。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶，以解决在膜电极粘接上使用的uv紫外固化胶气密性不好以及高温使胶粘剂失效降低燃料电池的使用寿命的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶，按重量份数计包括以下组分：多元醇50-60份、异氰酸酯20-25份、增粘树脂rx-80 5-10份、不饱和聚酯树脂5-10份、固体丙烯酸树脂10-18份、催化剂0.1-0.5份，消泡剂0.5-1份。

3、优选的，多元醇为聚酯多元醇pcl 220n、聚醚三元醇to330、聚碳酸酯二醇t5652中的至少一种，选择这几种多元醇是因为复配后起到协同作用，赋予胶黏剂有较好的附着力、机械强度及良好的耐水性跟耐候性等特点，同时提高塑料、金属等有较高的粘接力。

4、优选的，异氰酸酯为三聚体hdi hi 100、纯mdi mr200中的至少一种，这两种异氰酸酯是有机合成的必要中间体，三聚体的异氰脲酸酯与羟基反应时形成致密的交联网状结构，这种致密网状结构极其稳定，在高温下胶层不易分解，具有热稳定性好、不溶不熔的特点；mdi具有苯环结构，复配使用后能提高胶层的力学性能。

5、优选的，不饱和聚酯树脂为198耐热不饱和聚酯树脂、199耐化学性不饱和聚酯树脂中的至少一种，在复配使用时进一步提高胶黏剂的耐温性，抗冲击性，同时也赋予胶黏剂一定的耐热性和耐溶剂性。

6、优选的，固体丙烯酸树脂为固体丙烯酸树脂br-116，增加胶黏剂的硬度、耐候性，耐温性且高温不泛黄，提高耐水性。

7、优选的，催化剂为双二甲基氨基乙基醚叔胺类催化剂、t-12有机锡类催化剂中的至少一种，在保证整体性不下降的前提下，增加反应活性、减少反应时间，有利于增加企业产能，提高工作效率。

8、优选的，消泡剂为byk-054、byk-056中的至少一种，消除生产过程中产生的气泡，进一步稳定胶黏剂的性能，使其稳定。

9、本发明还提供了上述用于用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶的制备方法，包括以下步骤：

10、a.将多元醇按配方比例加入搅拌器中，加热条件下进行搅拌脱水处理，然后降温，通入氮气，一段时间后加入异氰酸酯，在氮气保护下搅拌一段时间，得到预聚体；

11、b.升高温度，将增粘树脂、固体丙烯酸树脂，聚酯树脂、催化剂，消泡剂按配方比例加入搅拌器搅拌一段时间。

12、优选的，所述步骤a中搅拌器为50l双行星真空搅拌器，搅拌脱水处理时温度为100℃、时长2h，降温为温度调至85℃，通入氮气后的一段时间为5min，在氮气保护下搅拌一段时间的时长为2h，搅拌时设置参数：搅拌速度为2000-2500r/min，分散速度为1500-2000r/min。

13、优选的，所述步骤b中升高温度为将温度升至140℃，搅拌时长为90分钟，搅拌时设置参数：搅拌速度为1500-2500r/min，分散速度为1000-1500r/min。

14、本发明针对uv胶是一种反应型的胶粘剂，固化时的收缩容易使pem膜出现翘曲现象，同时uv胶在固化后可能出现残留金属杂质，在铂金催化剂的催化下氢气和氧气形成过氧化氢，会与残留的金属离子发生自由基聚合，从而影响密封胶的气密性，进而降低了膜电极的使用寿命。因此，本发明设计湿气反应型聚氨酯热熔胶，不仅能提供粘接加固作用，还能提供很好的密封效果；且反应过程种中的收缩几乎为0，能最大程度保障膜电极的使用寿命，除此之外，耐高温、耐水煮的湿气反应型热熔胶还能防止边框片和双极板粘接时产生的高温使胶粘剂失效，降低燃料电池的使用寿命。

技术特征：

1.一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶，其特征在于，按重量份数计包括以下组分：多元醇50-60份、异氰酸酯20-25份、增粘树脂rx-805-10份、不饱和聚酯树脂5-10份、固体丙烯酸树脂10-18份、催化剂0.1-0.5份，消泡剂0.5-1份。

2.如权利要求1所述一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶，其特征在于，所述多元醇为聚酯多元醇pcl 220n、聚醚三元醇to330、聚碳酸酯二醇t5652中的至少一种。

3.如权利要求1所述一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶，其特征在于，所述异氰酸酯为三聚体hdi hi 100、纯mdi mr200中的至少一种。

4.如权利要求1所述一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶，其特征在于，所述不饱和聚酯树脂为198耐热不饱和聚酯树脂、199耐化学性不饱和聚酯树脂中的至少一种。

5.如权利要求1所述一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶，其特征在于，所述固体丙烯酸树脂为固体丙烯酸树脂br-116。

6.如权利要求1所述一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶，其特征在于，所述催化剂为双二甲基氨基乙基醚叔胺类催化剂、t-12有机锡类催化剂中的至少一种。

7.如权利要求1所述一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶，其特征在于，所述消泡剂为byk-054、byk-056中的至少一种。

8.一种制备如权利要求1-7任一项所述一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶的制备方法，其特征在于，步骤a中搅拌器为50l双行星真空搅拌器，搅拌脱水处理时温度为100℃、时长2h，降温为温度调至85℃，通入氮气后的一段时间为5min，在氮气保护下搅拌一段时间的时长为2h，搅拌时设置参数：搅拌速度为2000-2500r/min，分散速度为1500-2000r/min。

10.如权利要求8所述一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶的制备方法，其特征在于，步骤b中升高温度为将温度升至140℃，搅拌时长为90分钟，搅拌时设置参数：搅拌速度为1500-2500r/min，分散速度为1000-1500r/min。

技术总结
本发明涉及聚氨酯热熔胶技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池膜电极粘接的反应型聚氨酯热熔胶及其制备方法，该聚氨酯热熔胶按重量份数计包括以下组分：多元醇50‑60份、异氰酸酯20‑25份、增粘树脂RX‑80 5‑10份、不饱和聚酯树脂5‑10份、固体丙烯酸树脂10‑18份、催化剂0.1‑0.5份，消泡剂0.5‑1份。本发明的聚氨酯热熔胶生产工艺简单，能满足现代工业化快速生产需求，其优异的耐水性和耐高温性，能给予燃料电池在更严苛的环境下工作，提高燃料电池的使用寿命。

技术研发人员：郑健保,何志航,赖育南,李锦青,熊前程
受保护的技术使用者：惠州市杜科新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13