一种聚氨酯基吸氢材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及功能高分子材料技术领域，具体为一种聚氨酯基吸氢材料及其制备方法。该方法包括步骤1)将端羟基聚丁二烯与二异氰酸酯混合并反应得到聚氨酯预聚体；2)将聚氨酯预聚体与钯碳充分混合均匀；3)将得到的材料进一步与二元醇进一步反应，或直接进行浇筑、压制或旋涂可得到不同形态的聚氨酯基吸氢材料。本方法通过富含碳碳双键的羟基封端的聚丁二烯与二异氰酸酯交联固化，将钯碳均匀负载和封装，在使材料拥有吸氢性能的同时，提升了吸氢材料可塑性，同时避免了掉粉现象的发生。制备方法绿色环保，制备的聚氨酯基吸氢材料成本低廉、吸氢速率快、吸氢容量大、易成型、不掉粉；大大提高了实际使用的方便性。

【技术实现步骤摘要】
一种聚氨酯基吸氢材料及其制备方法
本专利技术涉及功能高分子材料
，具体涉及的是一种室温下具有不可逆消氢功能的高分子材料，具体为一种聚氨酯基吸氢材料及其制备方法。
技术介绍
氢气作为一种可再生能源逐渐在人们生产生活中的广泛使用，其安全储存和使用等
一直是关注的焦点与挑战。当氢气浓度达到一定程度时，还存在火灾以及爆炸隐患，而氢的同位素---氘和氚的产生、聚集也会对环境和人体健康造成严重危害。氢气还具有极强的渗透能力，对金属材料造成点蚀，会对材料及精密系统造成损伤。因此，采用吸氢材料在室温下实现氢气浓度在安全范围内的控制，从而保证日常的安全生产生活以及密闭环境下材料结构性能的稳定性。目前，己有的吸氢剂材料主要分为无机和有机材料两种。无机化合物吸氢剂包括两类，第一类为贵金属如Pt，Pd以及Rh等，通过催化氢气与氧气的反应生成水来去除氢气。第二类是可与氢气反应生成氢化物的金属以及金属化合物。如Mg，U，ZrCo，Mg2Ni等。但此类金属吸氢剂对环境气氛非常敏感，易中毒，且易燃易爆，应用受到许多限制。另一种是有机化合物吸氢剂，与无机吸氢剂相比，该类吸氢剂具有许多优点，例如，引发火灾或爆炸的风险低，环境耐受性强，较低温度下也可有效吸氢，对水和二氧化碳等气氛不敏感等；所以，有机吸氢剂具有更为广泛的应用前景。其原理在于含有不饱和双键以及三键的有机分子在贵金属钯或铂的催化下与氢气发生不可逆反应生成饱和烷烃类化合物。常用的不饱和有机分子包括对二苯乙炔基苯(DEB)，1,4-二苯基丁二炔(DPB)，1,6-二苯氧基-2,4-己二炔等以及聚丁二烯类。但这些不可逆吸氢材料多以粉体状为主，粉体状吸氢剂虽然具有吸氢速率快、吸氢容量大的优点，但是现有粉体状有机吸氢剂必须加以透气的外包装才能使用，包装破损时有粉尘污染、导致元器件短路等风险。目前已有的几种吸氢剂成型技术，包括DEB吸氢剂添加入硅橡胶经过3D打印成型，DEB吸氢剂添加入双连续相高分子基底刻蚀法以及基于硅醇缩合固化成型等，虽然解决了粉体成型的问题，但多数制备方法工艺繁琐，制备得到材料仍然有着吸氢速率慢、吸氢容量小以及环境相容性的问题。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于针对以上技术问题，提供了一种聚氨酯基吸氢材料的制备方法，该方法通过富含碳碳双键的羟基封端的聚丁二烯与二异氰酸酯交联固化，将钯碳均匀负载和封装，在使材料拥有吸氢性能的同时，提升了吸氢材料可塑性，同时避免了掉粉现象的发生；制备方法绿色环保。本专利技术的另外一个专利技术目的是提供以上所述方法制备得到的聚氨酯基吸氢材料。通过本专利技术所制备的聚氨酯基吸氢材料具有成本低廉、吸氢速率快、吸氢容量大、易成型、不掉粉等优点，而且材料的可塑性也大大提高了实际使用的方便性。为了实现以上专利技术目的，本专利技术的具体技术方案为：一种聚氨酯基吸氢材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将端羟基聚丁二烯与二异氰酸酯按比例均匀混合并反应得到聚氨酯预聚体；(2)将步骤1)制备的聚氨酯预聚体与负载在碳材料上的贵金属催化剂和适量二元醇按比例充分混合均匀，并发生进一步反应；(3)将步骤2)中制备得到的材料进行浇筑、压制或旋涂等工艺方法可得到不同形态的聚氨酯基吸氢材料。作为本申请中一种较好的实施方式，步骤(1)中所述的二异氨酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、3,3’-二甲基4,4’-联苯二异氰酸酯或环己烷二亚甲基二异氰酸酯等。作为本申请中一种较好的实施方式，所述的端羟基聚丁二烯为具有不同羟值的聚丁二烯的的混合物。作为本申请中一种较好的实施方式，所述步骤(1)中，所述聚氨酯预聚体的化学反应通式如下：作为本申请中一种较好的实施方式，所述步骤(2)中，所述的负载在碳材料上的贵金属催化剂，为不同含量的钯碳或铂碳等贵金属催化剂。作为本申请中一种较好的实施方式，所述步骤(2)中，所述的二元醇为1,4-丁二醇、乙二醇、丙二醇、甲基丙二醇、二乙二醇、新戊二醇或1,6-己二醇等。作为本申请中一种较好的实施方式，所述步骤(1)和(2)中，所述的混合方法为机械搅拌混合或匀浆设备混合。作为本申请中一种较好的实施方式，端羟基聚丁二烯与二异氰酸酯的质量比为50：1-1：50；更进一步优选10：1-1：10。作为本申请中一种较好的实施方式，聚氨酯预聚体、负载在碳材料上的贵金属催化剂和二元醇的质量比为1-50:1-50：1-50；更进一步优选为1-10:1-10：1-10。作为本申请中一种较好的实施方式，该材料具有较好的吸氢性能，在298K，1bar条件下的吸氢容量达到102.0ml/g。前述本专利技术主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本专利技术可采用并要求保护的方案；且本专利技术，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本专利技术方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本专利技术所要保护的技术方案，在此不做穷举。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(一)本专利技术制备得到的聚氨酯基吸氢材料具有吸氢速率快、吸氢容量大等优点。与此同时，底物羟基封端聚丁二烯经过改性得到聚氨酯类高分子材料，改变了高分子模量，增加了材料上的可塑性和韧性，与钯碳催化剂均匀混合后，可用于高效吸氢。吸氢薄膜材料的龟裂和掉粉污染现象得到解决，材料本身的可塑性也得到了提高。(二)本专利技术制备工艺简单、原料来源广泛、成本低廉、技术效果俱佳，且工艺重复性易于控制和操作；同时，底物羟基封端聚丁二烯为液体，可直接添加交联剂制成材料，该专利技术可以不涉及有机溶剂的使用，绿色环保。因此，相比现有技术来说，本专利技术在氢能、核能等领域的密闭条件场景下的不可逆吸氢具有重要生产意义，非常适合大规模推广应用。附图说明图1为本专利技术制备的聚氨酯基吸氢薄膜的光学图片和SEM表征示意图。图2为本专利技术制备的不同聚氨酯基吸氢材料以及与DEB吸氢剂的SEM表征示意图。图3为本专利技术制备的不同聚氨酯基吸氢材料吸氢前后SEM表征示意图。图4为本专利技术制备的聚氨酯基1-4号吸氢材料在298K下吸氢容量对比图。图5为本专利技术制备的聚氨酯基2号吸氢材料298K下的吸氢性能等温线以及Langmuir拟合等温线。图6为本专利技术制备的聚氨酯基2号吸氢材料298K下的吸氢动力学曲线图7为本专利技术制备的聚氨酯基3号吸氢材料298K下的吸氢性能等温线以及Langmuir拟合等温线。图8为本专利技术制备的聚氨酯基3号吸氢材料298K下的吸氢动力学曲线图9为本专利技术制备的聚氨酯基4号吸氢材料298K下的吸氢性能等温线以及Langmuir拟合等温线。图10为本专利技术制备的聚氨酯基4号吸氢材料298K下的吸氢动力学曲线。具体实施方式一种聚氨酯基吸氢材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将端羟基聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚氨酯基吸氢材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将端羟基聚丁二烯与二异氰酸酯按比例均匀混合并反应得到聚氨酯预聚体；/n(2)将步骤1)制备的聚氨酯预聚体、负载在碳材料上的贵金属催化剂和适量二元醇按比例充分混合均匀，并发生进一步反应；/n(3)将步骤2)中反应得到的材料进行浇筑、压制或旋涂等工艺方法可得到不同形态的聚氨酯基吸氢材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯基吸氢材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将端羟基聚丁二烯与二异氰酸酯按比例均匀混合并反应得到聚氨酯预聚体；
(2)将步骤1)制备的聚氨酯预聚体、负载在碳材料上的贵金属催化剂和适量二元醇按比例充分混合均匀，并发生进一步反应；
(3)将步骤2)中反应得到的材料进行浇筑、压制或旋涂等工艺方法可得到不同形态的聚氨酯基吸氢材料。


2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯基吸氢材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中所述的端羟基聚丁二烯为不同羟值的聚丁二烯。


3.根据权利要求1所述聚氨酯基吸氢材料的制备方法，其特征在于：所述的二异氨酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、3,3’-二甲基4,4’-联苯二异氰酸酯或环己烷二亚甲基二异氰酸酯中的任意一种或几种的混合物。


4.根据权利要求1所述聚氨酯基吸氢材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述聚氨酯预聚体的化学反应通式如下：





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【专利技术属性】
技术研发人员：岳国宗，郭亚昆，杨丽军，帅茂兵，王小英，黄德顺，赵鹏翔，赵晓冲，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51