專利名稱：太陽(yáng)能熱水器水箱發(fā)泡組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能熱水器水箱保溫材料，特別是聚醚發(fā)泡劑為主要成分的組合物。
背景技術(shù)：
由于全球大力提倡環(huán)保節(jié)能，太陽(yáng)能熱水器已經(jīng)成為家庭熱水的主要來(lái)源，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器已經(jīng)成為世界上太陽(yáng)能熱水器的第一使用國(guó)和生產(chǎn)國(guó)。眾所周知，對(duì)太陽(yáng)能熱水器來(lái)說(shuō)，尤其是真空管太陽(yáng)能熱水器，目前水箱的保溫材料主要采用聚氨酯硬泡沫，因?yàn)榫郯滨ビ才菽瓕?dǎo)熱系數(shù)較低，成型方便，但是聚氨酯硬泡沫的主要缺陷之一是成型后收縮性較大(完成成型反應(yīng)后泡沫體積小于成型過(guò)程中最大體積)，成型收縮性的存在，常使得泡沫體最終體積小于所填充的腔體體積，發(fā)生泡沫與殼體剝離現(xiàn)象；而且由于聚氨酯硬泡沫發(fā)泡時(shí)表面張力的原因，泡泡的孔壁間連接不好，使得孔徑和連通性減小，反應(yīng)成型后泡沫消失和坍陷，導(dǎo)致水箱變形、起鼓起楞甚至開裂，也即是太陽(yáng)熱水器生產(chǎn)廠家經(jīng)常所說(shuō)的“脫皮”、“脫殼”、“抽出一條脊梁骨”等現(xiàn)象。嚴(yán)重影響了制品的外觀、保溫效果甚至使用壽命。因此，在多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，有的采用加厚聚氨酯硬泡沫層，有的采用提高填充泡沫密度、 采取模塑成型等方式來(lái)解決，但是加厚聚氨酯硬泡沫層增加了水箱外體積，成本提高，而采取模塑成型，也增加了制造難度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于制造太陽(yáng)能熱水器水箱的改進(jìn)的聚醚硬泡沫的組合物，可以減少聚氨酯物料從氣霧罐中噴出成型后收縮性較大、影響熱水器水箱保溫效果、 避免水箱變形和起鼓起楞甚至開裂的現(xiàn)象。
本發(fā)明的太陽(yáng)能熱水器保溫水箱聚醚發(fā)泡組合物的主要原料和重量份數(shù)為 聚醚發(fā)泡劑70-90份；碳酸氫鈉3-8份；殼聚糖3-6份；空心玻璃微珠5-8份；以上所述的聚醚發(fā)泡劑全稱單組分聚醚泡沫填縫劑俗稱發(fā)泡劑、發(fā)泡膠、填縫劑，是氣霧技術(shù)和聚醚泡沫技術(shù)交叉結(jié)合的產(chǎn)物。它是一種將聚醚預(yù)聚物、發(fā)泡劑、催化劑等組分裝填于耐壓氣霧罐中的特殊聚醚產(chǎn)品。當(dāng)物料從氣霧罐中噴出時(shí)，沫狀的聚醚物料會(huì)迅速膨脹并與空氣或接觸到的基體中的水分發(fā)生固化反應(yīng)形成泡沫。固化后的泡沫具有填縫、粘結(jié)、密封、隔熱等多種效果，本發(fā)明使用目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的聚醚發(fā)泡劑，可以到市場(chǎng)上購(gòu)買，也可以直接向廠家訂貨，國(guó)內(nèi)廠家有很多家，例如上海東大聚氨酯有限公司、常州市武進(jìn)洛陽(yáng)新型保溫材料廠等，只要是用于目前太陽(yáng)能熱水器水箱的氣霧型聚醚發(fā)泡劑都可以使用。公開文獻(xiàn)也介紹過(guò)上海東大聚氨酯有限公司的全水型組合聚醚(中國(guó)專利CN 102079803 A)，所以本發(fā)明人采用水溶性的聚醚發(fā)泡劑。
所述的水溶性聚醚發(fā)泡劑可以采用市場(chǎng)上購(gòu)買的水溶性聚醚發(fā)泡劑，或者采用以下重量份數(shù)的原料甘油聚醚樹脂5—7份、乙二醇醚樹脂3—5份，泡沫穩(wěn)定劑水溶性硅油0. 2-0. 3份， 催化劑N，N—二甲基環(huán)己胺0. 1-0. 3份，固化劑二月桂酸二丁基錫0. 1-0. 3份，多苯基多異氰酸酯10份，水3— 5份。
以上所述的碳酸氫鈉是一種無(wú)機(jī)發(fā)泡劑，白色粉末，比重2. 16，分解溫度約為 100-140°C，并放出部分CO2,到270°C時(shí)失去全部CO2，加入到發(fā)泡劑中可以在物料迅速膨脹溫度提高時(shí)放出部分(X)2泡沫，增加間隙，增強(qiáng)保溫效果。
以上所述的殼聚糖為分子量(聚合度)1萬(wàn)至3萬(wàn)的低分子量的殼聚糖，使用前用 1-3%的乙酸溶解，加入低分子量的殼聚糖，能夠使得發(fā)泡后的聚醚物料具有相互連通的孔隙，大孔壁間還具有小孔，殼聚糖吸附在孔內(nèi)表面，產(chǎn)生的泡孔不容易破滅，還可以使孔徑增大，從而使聚醚物料的膨脹率提高，保溫效果明顯提高。
以上所述的空心玻璃微珠可以用納米SiA替換，空心玻璃微珠和納米SiA的粒徑在10-100納米之間，加入空心玻璃微珠和納米SiO2，使得復(fù)合泡沫材料的開孔率增大，密度減小，說(shuō)明所制得泡沫比較理想。這可歸功于空心玻璃微珠和納米SiO2，在泡沫形成過(guò)程中發(fā)揮了開孔劑的作用，同時(shí)也防止泡沫發(fā)生收縮。同樣，空心玻璃微珠和納米SiO2,對(duì)于胺醚類復(fù)合泡沫也具有開孔作用，但硬質(zhì)泡沫在發(fā)泡過(guò)程中的收縮性對(duì)開孔作用的依賴程度要小些。本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得，加入空心玻璃微珠和納米SiA可明顯延長(zhǎng)柔軟性泡沫和胺醚類硬質(zhì)泡沫的固化時(shí)間，還可以使孔徑增大。
本發(fā)明的太陽(yáng)能熱水器保溫水箱聚醚發(fā)泡組合物能夠取代現(xiàn)有發(fā)泡聚氨酯的機(jī)理以及優(yōu)點(diǎn)是聚醚泡沫的形成需經(jīng)歷發(fā)泡過(guò)程和熟化過(guò)程兩個(gè)階段。從物料混合到泡沫體積膨脹停止，這個(gè)過(guò)程可稱為發(fā)泡過(guò)程。發(fā)泡過(guò)程中，體系放出大量的反應(yīng)熱，反應(yīng)熱使發(fā)泡劑汽化進(jìn)入泡沫體的每個(gè)泡孔，驅(qū)使泡孔體積不斷膨脹。這時(shí)每個(gè)泡孔都受到兩個(gè)力的作用大氣壓力和發(fā)泡劑膨脹產(chǎn)生的壓力。當(dāng)內(nèi)壓大于外壓時(shí)，發(fā)泡體系的體積就不斷膨脹；當(dāng)泡孔內(nèi)外壓力相等時(shí)，泡沫體不再膨脹，即達(dá)到所謂的“升脹時(shí)間”泡沫停止膨脹后，體系內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)并未完全結(jié)束，而是在進(jìn)行著速度較慢的交鏈反應(yīng)，直至泡沫體達(dá)到最終強(qiáng)度。這個(gè)過(guò)程稱為泡沫體的熟化過(guò)程。泡沫體積膨脹停止標(biāo)志著發(fā)泡過(guò)程的結(jié)束，熟化過(guò)程的開始。 在熟化過(guò)程中，泡沫體不再放出大量的反應(yīng)熱，溫度慢慢降低(最終會(huì)降至環(huán)境溫度)。這時(shí)泡孔內(nèi)壓力亦降低，產(chǎn)生內(nèi)外壓差。壓差對(duì)泡沫體的形成產(chǎn)生一定的影響若泡孔壁的強(qiáng)度足以支撐壓差，則泡沫體不會(huì)發(fā)生明顯的變形；若泡孔壁強(qiáng)度較弱，則泡沫體在壓差作用下發(fā)生收縮。通常稱之為“成型收縮率”，一般在以下，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)5%，甚至更大。
從理論上講，讓泡沫體生長(zhǎng)停止后泡孔結(jié)構(gòu)立即達(dá)到穩(wěn)定是解決泡沫收縮的最佳辦法。而事實(shí)上，這對(duì)于目前聚氨酯行業(yè)來(lái)說(shuō)是不可能實(shí)現(xiàn)的，即成型收縮率不會(huì)為零，但通過(guò)調(diào)整發(fā)泡料的生產(chǎn)配方再輔以科學(xué)的發(fā)泡工藝則完全可以將成型收縮率控制在以內(nèi)。
目前，有人在發(fā)泡料中加入開孔劑，形成保溫效果很差的開孔泡沫。此法雖然消除了泡沫熟化過(guò)程中的壓差，從而降低泡沫成型收縮率，但開孔劑選擇不好時(shí)，泡沫的保溫性能大大降低，冬天存在水箱冰凍的可能性。不良泡沫是造成泡沫收縮的主要原因之一，其尺寸收縮率為2% 10%。
所以本發(fā)明采用聚醚發(fā)泡劑，并在物料中再加入無(wú)機(jī)發(fā)泡劑碳酸氫鈉、低分子量的殼聚糖、空心玻璃微珠或納米SiO2，可以增加泡沫和使泡沫孔徑增大，泡沫不易在固化前萎縮，也不容易使保溫層與水箱分離，更不會(huì)造成“脫皮”、“脫殼”、“抽出一條脊梁骨”等現(xiàn)象。
目前，太陽(yáng)熱水器用聚氨酯泡沫都是一次或多次澆注自由發(fā)泡而成，以多次澆注為主，發(fā)泡過(guò)程中，除受大氣壓作用外，不受其他任何外界壓力的作用。聚氨酯泡沫填充空間在凝膠過(guò)程到來(lái)之前必須完全填滿，凝膠之后，若泡沫體積仍在繼續(xù)膨脹，所形成的泡沫，泡孔將明顯拉長(zhǎng)，嚴(yán)重者可呈纖維狀，其物理機(jī)械性能很差，本領(lǐng)域稱之為“不良泡沫”。 它降溫后，因泡孔中氣體冷凝而嚴(yán)重收縮，受熱后隨泡孔中氣體膨脹而膨脹。多次澆注的發(fā)泡方式使得這種“不良泡沫”所占比例增大。再者相鄰兩次澆注形成的交界處泡沫，因收縮率的不同，受冷時(shí)，易造成泡沫開裂。本發(fā)明加入碳酸氫鈉、低分子量的殼聚糖、空心玻璃微珠或納米S^2可以使泡沫在凝膠之前填滿部分空間，凝膠之后因空間受限，泡沫體積無(wú)法繼續(xù)膨脹，且自行產(chǎn)生的發(fā)泡壓力，有利于形成圓球型結(jié)構(gòu)的泡孔，這種形式的泡沫體泡孔強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，不易變形。
而且由于聚氨酯泡沫的溶劑大多數(shù)還使用氟利昂，對(duì)地球大氣層造成的嚴(yán)重破壞，目前國(guó)內(nèi)的聚氨酯發(fā)泡劑已經(jīng)用另一些有機(jī)溶劑代替氟利昂類發(fā)泡劑，本發(fā)明由于采用水溶性的聚醚，不再使用氟利昂，保護(hù)了地球的生態(tài)環(huán)境。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1先將甘油聚醚樹脂5份、乙二醇醚樹脂3份，泡沫穩(wěn)定劑水溶性硅油0. 2份，催化劑N， N—二甲基環(huán)己胺0. 1份，固化劑二月桂酸二丁基錫0. 1份，多苯基多異氰酸酯10份，水3 份，反應(yīng)后得到聚氨酯發(fā)泡劑，然后按照80公斤聚氨酯發(fā)泡劑加入碳酸氫鈉5公斤，殼聚糖 5. 5公斤，空心玻璃微珠8公斤，然后澆注到太陽(yáng)能熱水器水箱內(nèi)，固化5-10小時(shí)，即可得到保溫效果很好的太陽(yáng)能熱水器水箱，安裝真空管就能使用。
實(shí)施例2先將甘油聚醚樹脂6份、乙二醇醚樹脂4份，泡沫穩(wěn)定劑水溶性硅油0. 25份，催化劑N， N—二甲基環(huán)己胺0. 2份，固化劑二月桂酸二丁基錫0. 25份，多苯基多異氰酸酯10份，水4 份，反應(yīng)后得到聚氨酯發(fā)泡劑，然后按照70公斤聚氨酯發(fā)泡劑加入碳酸氫鈉6公斤，殼聚糖 6公斤，空心玻璃微珠6公斤，然后澆注到太陽(yáng)能熱水器水箱內(nèi)，固化5-10小時(shí)，即可得到保溫效果很好的太陽(yáng)能熱水器水箱，安裝真空管就能使用。
實(shí)施例3先將甘油聚醚樹脂7份、乙二醇醚樹脂5份，泡沫穩(wěn)定劑水溶性硅油0. 3份，催化劑N， N—二甲基環(huán)己胺0. 3份，固化劑二月桂酸二丁基錫0. 3份，多苯基多異氰酸酯10份，水5 份，反應(yīng)后得到聚氨酯發(fā)泡劑，然后按照85公斤聚氨酯發(fā)泡劑加入碳酸氫鈉7公斤，殼聚糖 5公斤，納米SiO2IO公斤，然后澆注到太陽(yáng)能熱水器水箱內(nèi)，固化5-10小時(shí)，即可得到保溫效果很好的太陽(yáng)能熱水器水箱，安裝真空管就能使用。
實(shí)施例4先將甘油聚醚樹脂7份、乙二醇醚樹脂5. 5份，泡沫穩(wěn)定劑水溶性硅油0. 28份，催化劑 N，N—二甲基環(huán)己胺0. 15份，固化劑二月桂酸二丁基錫0. 26份，多苯基多異氰酸酯10份， 水4. 5份，反應(yīng)后得到聚氨酯發(fā)泡劑，然后按照75公斤聚氨酯發(fā)泡劑加入碳酸氫鈉4公斤， 殼聚糖4公斤，納米公斤，然后澆注到太陽(yáng)能熱水器水箱內(nèi)，固化5-10小時(shí)，即可得到保溫效果很好的太陽(yáng)能熱水器水箱，安裝真空管就能使用。
應(yīng)用實(shí)施例12011年10月，本申請(qǐng)人制造了 2臺(tái)太陽(yáng)能熱水器，熱水箱采用市場(chǎng)上購(gòu)買的浙江省某公司生產(chǎn)的聚氨酯發(fā)泡劑作為保溫材料，由于發(fā)泡劑填充不好，箱體與發(fā)泡保溫材料有分離現(xiàn)象，多云天氣(氣溫18-25°C)，最高水溫70°C;2011年11月，采用本發(fā)明的太陽(yáng)能熱水器水箱發(fā)泡組合物填充，多云天氣(氣溫15- °C )，最高水溫80°C，發(fā)泡組合物原料成本基本相同，說(shuō)明本發(fā)明的太陽(yáng)能熱水器水箱發(fā)泡組合物保溫效果有明顯提高。
以下是本發(fā)明的500mm太陽(yáng)能熱水器蓄熱水箱的性能500mm外徑蓄熱水箱性能附表
權(quán)利要求
1. 一種太陽(yáng)能熱水器水箱發(fā)泡組合物，其特征在于它的主要原料和重量份數(shù)為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能熱水器水箱發(fā)泡組合物，其特征在于所述的水溶性聚醚發(fā)泡劑可以采用市場(chǎng)上購(gòu)買的水溶性聚醚發(fā)泡劑，或者采用以下重量份數(shù)的原料甘油聚醚樹脂5—7份、乙二醇醚樹脂3—5份，泡沫穩(wěn)定劑水溶性硅油0. 2-0. 3份， 催化劑N，N—二甲基環(huán)己胺0. 1-0. 3份，固化劑二月桂酸二丁基錫0. 1-0. 3份，多苯基多異氰酸酯10份，水3— 5份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能熱水器水箱發(fā)泡組合物，其特征在于所述的殼聚糖為分子量1萬(wàn)至3萬(wàn)，使用前用1-3%的乙酸溶解。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能熱水器水箱發(fā)泡組合物，其特征在于所述的空心玻璃微珠可以用納米SiA替換，空心玻璃微珠和納米SiA的粒徑在10-100納米之間。聚醚發(fā)泡劑碳酸氫鈉殼聚糖空心玻璃微珠70-90 份； 3-8 份； 3-6 份； 5-8 份。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽(yáng)能熱水器水箱發(fā)泡組合物，其特征在于它的主要原料為聚醚發(fā)泡劑、碳酸氫鈉、殼聚糖和空心玻璃微珠，該改進(jìn)的聚醚硬泡沫的組合物，可以減少聚氨酯物料從氣霧罐中噴出成型后收縮性較大、影響熱水器水箱保溫效果、避免水箱變形以及起鼓起楞甚至開裂的現(xiàn)象。
文檔編號(hào)C08J9/08GK102516494SQ201110418919
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者楊明慧, 謝剛, 馬昭鍵 申請(qǐng)人:廣西吉寬太陽(yáng)能設(shè)備有限公司