CN107619464A - 太阳能保温水箱用聚氨酯复合保温材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能保温水箱用聚氨酯复合保温材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：复合聚醚多元醇90‑100份、异氰酸酯110‑130份、纳米高岭土1‑3份、发泡剂2‑5份、泡沫稳定剂0.1‑0.5份、催化剂0.5‑3份、交联剂0.5‑1份、复合阻燃剂0.1‑0.5份；所述复合聚醚多元醇包括山梨醇聚醚多元醇、甘油聚醚多元醇和二苯基甲烷二胺聚醚多元醇。本发明通过优化基础配方，采用复合复合聚醚多元醇，添加纳米高岭土，增强了聚氨酯保温材料的拉伸强度和抗压强度，克服了发泡成型后收缩性大的缺点，同时降低了聚氨酯保温材料的导热系数，提高了保温性能。
Description
技术领域
本发明涉及保温材料技术领域，更具体地说是涉及一种应用于太阳能热水器水箱保温的聚氨酯复合保温材料。
背景技术
随着能源日益紧缺和环保压力的不断增大，世界各国都开始力推开发可再生能源，其中太阳能为利用和开发最广、发展前景最好的可再生能源，现已广泛应用于各行各业，太阳能热水器行业就是其中之一。我国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔，目前已是世界上太阳能热水器的第一使用国和生产国。众所周知，对太阳能热水器来说，水箱保温材料的选择是至关重要的，目前能用作水箱的保温材料主要有聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、超细纤维等。聚氨酯泡沫是由异氰酸酯与聚醚组合物混合浇注至模具或水箱空腔内发泡制得，其中聚醚组合物含有聚醚多元醇、发泡剂、催化剂、固化剂、阻燃剂、稳定剂等，由于聚氨酯泡沫具有成型工艺简单、导热系数低等优势，是水箱主要采用的保温材料。
聚氨酯是一类应用广泛的聚合物材料，通过调节分子链的结构或加入无机、有机填料可以提高材料强度，但同时不可避免地降低了聚氨酯的保温能。另外，聚氨酯硬泡沫还存在无阻燃性的缺点，由于有的太阳能热水器还安装电加热器，如果电路老化，会造成短路引起火灾，而聚氨酯硬泡沫正是容易燃烧的物质，所以将聚氨酯硬泡沫做成有阻燃性才能够避免容易燃烧的现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有优良的强度及保温性能，同时克服了发泡成型后收缩性大的缺点，并且具有良好阻燃性能的太阳能保温水箱用聚氨酯复合保温材料。
本发明是这样实现的：
一种太阳能保温水箱用聚氨酯复合保温材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：复合聚醚多元醇90-100份、异氰酸酯110-130份、纳米高岭土1-3份、发泡剂2-5份、泡沫稳定剂0.1-0.5份、催化剂0.5-3份、交联剂0.5-1份、复合阻燃剂0.1-0.5份；
所述复合聚醚多元醇包括山梨醇聚醚多元醇、甘油聚醚多元醇和二苯基甲烷二胺聚醚多元醇，所述山梨醇聚醚多元醇、甘油聚醚多元醇和二苯基甲烷二胺聚醚多元醇的质量比为：2-3:1:0.5；
所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或/和者二苯基甲烷二异氰酸酯。
进一步优选，所述纳米高岭土的制备方法为将活化高岭土与二甲基亚砜按质量比1:4-6混合后置于球磨机中研磨，然后将研磨后的高岭土-二甲基亚砜胶体溶液在150℃-160℃磁力搅拌反应4-5h，转速为500r/min，得到高岭土插层前驱体；再将陶瓷高岭土插层前驱体与三乙醇胺按质量比1:3混合，在170℃磁力搅拌反应2h，转速为600r/min，最后用无水乙醇冲洗3-4次、干燥后得到纳米高岭土。
高岭土是指多种含水铝硅酸盐矿物组成的集合体，主要是高岭石，高岭石的化学组成为Al4（Si4O10）-（OH）8，晶体属三斜晶系的层状结构的硅酸盐矿物，高岭石具有l：l型层状硅酸盐结构，基本结构单元层是由Si-O四面体和Al-（O，OH）八面体层连接而成。高岭土存储量丰富且是一种环境友好的天然矿物材料，可用作有机聚合物填料，能提高聚合物气密性和拉伸强度。
进一步优选，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、二氯氟乙烷或反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯。
进一步优选，所述泡沫稳定剂为硅氧烷类泡沫稳定剂。
进一步优选，所述催化剂为二甲基乙醇胺、二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺和四甲基己二胺、二甲基环已胺、二醋酸二丁基锡、二甲基苄胺和三甲基甲酸铵的一种或多种组成。
进一步优选，所述交联剂为甘油、基丙烷、三羟甲基乙烷、1，2，6‐三羟基己烷、三乙醇胺、三异丙醇胺、季戊四醇和聚醚三元醇中的一种或多种。
进一步优选，所述复合阻燃剂由聚磷酸铵、膨胀石墨和膨润土制成，聚磷酸铵、膨胀石墨和膨润土的质量比为3：1:1。
本发明太阳能保温水箱用聚氨酯复合保温材料，其制备方法为：
(1)按配方比将复合聚醚多元醇与纳米高岭土加入到反应器中，调节搅拌机的转速保持在2000r/min，使其混合均匀；
(2)再把发泡剂、泡沫稳定剂、催化剂、交联剂、复合阻燃剂和适量的水加入到反应器中，用搅拌机混合均匀；
(3)最后往反应器中加入异氰酸酯搅拌混合均匀，当反应器里的混合物产生气泡、泡体颜色发白时，马上注入到太阳能热水器水箱空腔内进行发泡，经过高温固化后即可得到聚氨酯复合保温材料。
本发明突出的实质性特点和显著的进步是：
1、本发明通过优化基础配方，采用复合聚醚多元醇粘度小，反应速度平缓，流动性及粘接性良好；添加纳米高岭土，能够提高泡沫的强度，且制备出的泡沫泡孔细腻，而且能够降低泡沫的导热系数，增强了聚氨酯复合保温材料的拉伸强度和抗压强度，克服了发泡成型后收缩性大的问题，同时降低了聚氨酯保温材料的导热系数，提高了保温性能。
2、本发明通过加入微量的泡沫稳定剂、交联剂和复合阻燃剂，能够确保保温材料反应过程的稳定性，以及提高保温材料的强度和阻燃性能；并且采用的复合阻燃剂阻燃性能优异，还能提高聚氨酯复合保温材料的力学性能和热稳定性。
具体实施方式
实施例1
按照质量份数称取复合聚醚多元醇90份、异氰酸酯110份、纳米高岭土1份、发泡剂2份、泡沫稳定剂0.1份、催化剂0.5份、交联剂0.5份、复合阻燃剂0.1份。
(1)按配方比将复合聚醚多元醇与纳米高岭土加入到反应器中，调节搅拌机的转速保持在2000r/min，使其混合均匀；
(2)再把发泡剂、泡沫稳定剂、催化剂、交联剂、复合阻燃剂和适量的水加入到反应器中，用搅拌机混合均匀；
(3)最后往反应器中加入异氰酸酯搅拌混合均匀，当反应器里的混合物产生气泡、泡体颜色发白时，马上注入到太阳能热水器水箱空腔内进行发泡，经过高温固化后即可得到聚氨酯复合保温材料。
实施例2
按照质量份数称取复合聚醚多元醇95份、异氰酸酯120份、纳米高岭土2份、发泡剂3份、泡沫稳定剂0.2份、催化剂1份、交联剂0.6份、复合阻燃剂0.2份。
制备过程与实施例1相同。
实施例3
按照质量份数称取复合聚醚多元醇98份、异氰酸酯125份、纳米高岭土2.5份、发泡剂4份、泡沫稳定剂0.4份、催化剂2份、交联剂0.8份、复合阻燃剂0.3份。
制备过程与实施例1相同。
实施例4
按照质量份数称取复合聚醚多元醇100份、异氰酸酯130份、纳米高岭土3份、发泡剂5份、泡沫稳定剂0.5份、催化剂3份、交联剂1份、复合阻燃剂0.5份。
制备过程与实施例1相同。
分别对实施例1-4制备得到的聚氨酯复合保温材料的物理性能参数进行检测，并购买一台广西某公司的太阳能热水器，以太阳能水箱内的聚氨酯发泡原料作为保温材料（对照组），测试结果如表1所示。参考以下标准检测：GB/T3399、GB/T8813、JGJ144、GB/T8811、GB/T6343、GB/T10799。
由表可见，本发明以上实施例制备的聚氨酯复合保温材料的导热系数、抗压强度、拉伸粘结强度以及尺寸稳定性能等指标都比现有的保温材料有明显地提高，是一种性能优异的太阳能水箱保温材料。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (8)
1.一种太阳能保温水箱用聚氨酯复合保温材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：复合聚醚多元醇90-100份、异氰酸酯110-130份、纳米高岭土1-3份、发泡剂2-5份、泡沫稳定剂0.1-0.5份、催化剂0.5-3份、交联剂0.5-1份、复合阻燃剂0.1-0.5份；
所述复合聚醚多元醇包括山梨醇聚醚多元醇、甘油聚醚多元醇和二苯基甲烷二胺聚醚多元醇，所述山梨醇聚醚多元醇、甘油聚醚多元醇和二苯基甲烷二胺聚醚多元醇的质量比为：2-3:1:0.5；
所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或/和者二苯基甲烷二异氰酸酯。
2.根据权利要求1所述的太阳能保温水箱用聚氨酯复合保温材料，其特征在于：所述纳米高岭土的制备方法为将活化高岭土与二甲基亚砜按质量比1:4-6混合后置于球磨机中研磨，然后将研磨后的高岭土-二甲基亚砜胶体溶液在150℃-160℃磁力搅拌反应4-5h，转速为500r/min，得到高岭土插层前驱体；再将陶瓷高岭土插层前驱体与三乙醇胺按质量比1:3混合，在170℃磁力搅拌反应2h，转速为600r/min，最后用无水乙醇冲洗3-4次、干燥后得到纳米高岭土。
3.根据权利要求1所述的太阳能保温水箱用聚氨酯复合保温材料，其特征在于：所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、二氯氟乙烷或反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯。
4.根据权利要求1所述的太阳能保温水箱用聚氨酯复合保温材料，其特征在于：所述泡沫稳定剂为硅氧烷类泡沫稳定剂。
5.根据权利要求1所述的太阳能保温水箱用聚氨酯复合保温材料，其特征在于：所述催化剂为二甲基乙醇胺、二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺和四甲基己二胺、二甲基环已胺、二醋酸二丁基锡、二甲基苄胺和三甲基甲酸铵的一种或多种组成。
6.根据权利要求1所述的太阳能保温水箱用聚氨酯复合保温材料，其特征在于：所述交联剂为甘油、基丙烷、三羟甲基乙烷、1，2，6‐三羟基己烷、三乙醇胺、三异丙醇胺、季戊四醇和聚醚三元醇中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的太阳能保温水箱用聚氨酯复合保温材料，其特征在于：所述复合阻燃剂由聚磷酸铵、膨胀石墨和膨润土制成，聚磷酸铵、膨胀石墨和膨润土的质量比为3：1:1。
8.根据权利要求1所述的太阳能保温水箱用聚氨酯复合保温材料，其特征在于，所述聚氨酯复合保温材料的制备方法为：
(1)按配方比将复合聚醚多元醇与纳米高岭土加入到反应器中，调节搅拌机的转速保持在2000r/min，使其混合均匀；
(2)再把发泡剂、泡沫稳定剂、催化剂、交联剂、复合阻燃剂和适量的水加入到反应器中，用搅拌机混合均匀；
(3)最后往反应器中加入异氰酸酯搅拌混合均匀，当反应器里的混合物产生气泡、泡体颜色发白时，马上注入到太阳能热水器水箱空腔内进行发泡，经过高温固化后即可得到聚氨酯复合保温材料。
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