專利名稱：太陽能熱水器水箱發(fā)泡組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽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：
由于全球大力提倡環(huán)保節(jié)能，太陽能熱水器已經成為家庭熱水的主要來源，我國太陽能熱水器已經成為世界上太陽能熱水器的第一使用國和生產國。眾所周知，對太陽能熱水器來說，尤其是真空管太陽能熱水器，目前水箱的保溫材料主要采用聚氨酯硬泡沫，因為聚氨酯硬泡沫導熱系數(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(完成成型反應后泡沫體積小于成型過程中最大體積)，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，反應成型后泡沫消失和坍陷，導致水箱變形、起鼓起楞甚至開裂，也即是太陽熱水器生產廠家經常所說的“脫皮”、“脫殼”、“抽出一條脊梁骨”等現(xiàn)象。嚴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)應用場合，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)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用于制造太陽能熱水器水箱的改進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，是氣霧技術和聚醚泡沫技術交叉結合的產物。它是一種將聚醚預聚物、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品。當物料從氣霧罐中噴出時，沫狀的聚醚物料會迅速膨脹并與空氣或接觸到的基體中的水分發(fā)生固化反應形成泡沫。固化后的泡沫具有填縫、粘結、密封、隔熱等多種效果，本發(fā)明使用目前國內生產的聚醚發(fā)泡劑，可以到市場上購買，也可以直接向廠家訂貨，國內廠家有很多家，例如上海東大聚氨酯有限公司、常州市武進洛陽新型保溫材料廠等，只要是用于目前太陽能熱水器水箱的氣霧型聚醚發(fā)泡劑都可以使用。公開文獻也介紹過上海東大聚氨酯有限公司的全水型組合聚醚(中國專利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)泡劑可以采用市場上購買的水溶性聚醚發(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機發(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放出部分(X)2泡沫，增加間隙，增強保溫效果。
以上所述的殼聚糖為分子量(聚合度)1萬至3萬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，殼聚糖吸附在孔內表面，產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，使得復合泡沫材料的開孔率增大，密度減小，說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，在泡沫形成過程中發(fā)揮了開孔劑的作用，同時也防止泡沫發(fā)生收縮。同樣，空心玻璃微珠和納米SiO2,對于胺醚類復合泡沫也具有開孔作用，但硬質泡沫在發(fā)泡過程中的收縮性對開孔作用的依賴程度要小些。本發(fā)明在實驗中測得，加入空心玻璃微珠和納米SiA可明顯延長柔軟性泡沫和胺醚類硬質泡沫的固化時間，還可以使孔徑增大。
本發(fā)明的太陽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)泡聚氨酯的機理以及優(yōu)點是聚醚泡沫的形成需經歷發(fā)泡過程和熟化過程兩個階段。從物料混合到泡沫體積膨脹停止，這個過程可稱為發(fā)泡過程。發(fā)泡過程中，體系放出大量的反應熱，反應熱使發(fā)泡劑汽化進入泡沫體的每個泡孔，驅使泡孔體積不斷膨脹。這時每個泡孔都受到兩個力的作用大氣壓力和發(fā)泡劑膨脹產生的壓力。當內壓大于外壓時，發(fā)泡體系的體積就不斷膨脹；當泡孔內外壓力相等時，泡沫體不再膨脹，即達到所謂的“升脹時間”泡沫停止膨脹后，體系內部的化學反應并未完全結束，而是在進行著速度較慢的交鏈反應，直至泡沫體達到最終強度。這個過程稱為泡沫體的熟化過程。泡沫體積膨脹停止標志著發(fā)泡過程的結束，熟化過程的開始。 在熟化過程中，泡沫體不再放出大量的反應熱，溫度慢慢降低(最終會降至環(huán)境溫度)。這時泡孔內壓力亦降低，產生內外壓差。壓差對泡沫體的形成產生一定的影響若泡孔壁的強度足以支撐壓差，則泡沫體不會發(fā)生明顯的變形；若泡孔壁強度較弱，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，嚴重時可達5%，甚至更大。
從理論上講，讓泡沫體生長停止后泡孔結構立即達到穩(wěn)定是解決泡沫收縮的最佳辦法。而事實上，這對于目前聚氨酯行業(yè)來說是不可能實現(xiàn)的，即成型收縮率不會為零，但通過調整發(fā)泡料的生產配方再輔以科學的發(fā)泡工藝則完全可以將成型收縮率控制在以內。
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，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機發(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，更不會造成“脫皮”、“脫殼”、“抽出一條脊梁骨”等現(xiàn)象。
目前，太陽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程到來之前必須完全填滿，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，嚴重者可呈纖維狀，其物理機械性能很差，本領域稱之為“不良泡沫”。 它降溫后，因泡孔中氣體冷凝而嚴重收縮，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，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，泡沫體積無法繼續(xù)膨脹，且自行產生的發(fā)泡壓力，有利于形成圓球型結構的泡孔，這種形式的泡沫體泡孔強度高，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，對地球大氣層造成的嚴重破壞，目前國內的聚氨酯發(fā)泡劑已經用另一些有機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，保護了地球的生態(tài)環(huán)境。
具體實施方式
實施例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，然后澆注到太陽能熱水器水箱內，固化5-10小時，即可得到保溫效果很好的太陽能熱水器水箱，安裝真空管就能使用。
實施例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，然后澆注到太陽能熱水器水箱內，固化5-10小時，即可得到保溫效果很好的太陽能熱水器水箱，安裝真空管就能使用。
實施例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，然后澆注到太陽能熱水器水箱內，固化5-10小時，即可得到保溫效果很好的太陽能熱水器水箱，安裝真空管就能使用。
實施例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，然后澆注到太陽能熱水器水箱內，固化5-10小時，即可得到保溫效果很好的太陽能熱水器水箱，安裝真空管就能使用。
應用實施例12011年10月，本申請人制造了 2臺太陽能熱水器，熱水箱采用市場上購買的浙江省某公司生產的聚氨酯發(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，說明本發(fā)明的太陽能熱水器水箱發(fā)泡組合物保溫效果有明顯提高。
以下是本發(fā)明的500mm太陽能熱水器蓄熱水箱的性能500mm外徑蓄熱水箱性能附表
權利要求
1. 一種太陽能熱水器水箱發(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)權利要求1所述的太陽能熱水器水箱發(fā)泡組合物，其特征在于所述的水溶性聚醚發(fā)泡劑可以采用市場上購買的水溶性聚醚發(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)權利要求1所述的太陽能熱水器水箱發(fā)泡組合物，其特征在于所述的殼聚糖為分子量1萬至3萬，使用前用1-3%的乙酸溶解。
4.根據(jù)權利要求1所述的太陽能熱水器水箱發(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C08J9/08GK102516494SQ201110418919
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權日2011年12月15日
發(fā)明者楊明慧, 謝剛, 馬昭鍵 申請人:廣西吉寬太陽能設備有限公司