CN107778518A - 一种太阳能热水器水箱的保温材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能热水器水箱的保温材料及其制备方法，材料由DMI和聚醚多元醇组合物以1～1.5:1比例混合发泡制得。所述聚醚多元醇组合物包括丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇、水、壳聚糖、甲基磷酸二甲酯、HFC‑356、N，N‑二甲基环己胺和泡沫稳定剂。本发明所采用的原料无毒无害，对人体和环境无不良影响。本发明的保温材料克服了发泡成型后收缩性大的缺点，避免水箱变形、起鼓起楞甚至开裂的现象，并保证了热水器水箱的保温性能和隔热性能。

Description

一种太阳能热水器水箱的保温材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚氨酯保温材料技术领域，更具体地说是涉及一种应用于太阳能热水器水箱的聚氨酯硬泡沫保温材料及其制备方法。
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。
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、稳定剂等。聚氨酯泡沫材料是目前世界上公认最佳保温绝热材料，具有导热系数小、抗压强度高、粘结性好、易于加工等优点，广泛应用于电器冰箱冰柜、建筑墙体、工业管道及交通运输冷藏车的隔热保温是近年来应用需求新的增长点。但是，与传统无机隔热保温材料相比，包括聚氨酯泡沫材料在内的未阻燃高分子泡沫材料，具有易燃、火焰传播速度快等缺点。
聚氨酯硬泡沫在生产过程中，因其本身特性、生产工艺以及生产工人操作技能等各方面的原因，普遍存在泡沫收缩的问题，容易导致泡沫与外壳部分脱落或全部脱落，最终导致外壳变形，真空管口泡沫开裂，更有甚者，内胆和外壳之间的聚氨酯硬泡沫横向或纵向开裂，大大地降低了水箱的保温效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种太阳能热水器水箱的保温材料及其制备方法，该材料克服了发泡成型后收缩性大的缺点，避免水箱变形、起鼓起楞甚至开裂的现象，并保证了热水器水箱的保温性能和隔热性能。
本发明的技术方案如下：
一种太阳能热水器水箱的保温材料及其制备方法，材料由DMI和聚醚多元醇组合物以1～1.5:1比例混合发泡制得。所述聚醚多元醇组合物包括以下重量份数的原料：丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇70～90份、水10～20份、壳聚糖4～8份、甲基磷酸二甲酯6～10份、HFC-3560.5～2份、N，N-二甲基环己胺1～4份和泡沫稳定剂0.5～2份。
所述泡沫稳定剂为带有Si-C链的有机硅。
所述丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇的制备方法包括以下步骤：
（1）将干燥淀粉和丙二醇加入到反应器内，滴加浓盐酸混合均匀；
（2）加热混合物至130℃，保温10～15分钟，混合物即变为糊状粘稠液体；再在130℃继续反应1小时后降温到100℃以下，低真空脱气2.5小时，加热保温过程需要不断进行搅拌；
（3）加入NaHCO3中和，于120℃高真空浓缩直至无丙二醇馏出；
（4）加入NaOH ，并充入氮气于130℃反应30分钟，再降温至110℃导入环氧乙烷气体，反应3.5～4.5小时后结束，每个葡萄糖单位加成6 摩尔环氧乙烷；
（5）将上述所得聚醚经H2O2 漂白脱色处理得到最终产物丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇。
所述壳聚糖为分子量l0万至100万，使用前用l％～3％的乙酸溶解。加入低分子量的壳聚糖，能够使得发泡后的聚醚物料具有相互连通的孔隙，大孔壁间还具有小孔，壳聚糖吸附在孔内表面，产生的泡孔不容易破灭，还可以使孔径增大，从而使聚醚物料的膨胀率提高，保温效果明显提高。
所述保温材料的制备方法包括以下步骤：
（1）取丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇70～90份、水10～20份、壳聚糖4～8份、甲基磷酸二甲酯6～10份、HFC-356 0.5～2份、N，N-二甲基环己胺1～4份和泡沫稳定剂0.5～2份，混合均匀得到聚醚多元醇组合物；
（2）将DMI和聚醚多元醇组合物按质量比1～1.5:1混合浇注到太阳能热水器水箱空腔内进行发泡，经过高温固化后即得。
本发明的有益效果是：
本发明所采用的原料无毒无害，对人体和环境无不良影响。本发明的丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇由淀粉加工合成，原料来源广泛，成本低廉，加工过程安全可靠。本发明加入低分子量的壳聚糖，能够使得发泡后的聚醚物料具有相互连通的孔隙，大孔壁间还具有小孔，壳聚糖吸附在孔内表面，产生的泡孔不容易破灭，还可以使孔径增大，从而使聚醚物料的膨胀率提高，保温效果明显提高。甲基膦酸二甲酯是一种有机磷阻燃剂，具有添加量较少、阻燃性能优良、使用方便等优点；广泛应用于高分子材料的防火、阻燃上。本发明的发泡剂采用HFC-356，无毒、不燃、使用安全，且热导率低，ODP值为零，GWP值接近零。使用HFC-356制备聚氨酯硬质泡沫塑料，有利于提高保温材料的保温性能和隔热性能。
具体实施方式
为了更加详细的介绍本发明，下面结合实施例，对本发明做进一步说明。
实施例1
一种太阳能热水器水箱的保温材料及其制备方法，材料由DMI和聚醚多元醇组合物以1.2:1比例混合发泡制得。所述聚醚多元醇组合物包括以下重量份数的原料：丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇80份、水15份、壳聚糖6份、甲基磷酸二甲酯8份、HFC-356 1份、N，N-二甲基环己胺2份和泡沫稳定剂1份。
所述泡沫稳定剂为带有Si-C链的有机硅。
所述丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇的制备方法包括以下步骤：
（1）将干燥淀粉和丙二醇加入到反应器内，滴加浓盐酸混合均匀；
（2）加热混合物至130℃，保温12分钟，混合物即变为糊状粘稠液体；再在130℃继续反应1小时后降温到100℃以下，低真空脱气2.5小时，加热保温过程需要不断进行搅拌；
（3）加入NaHCO3中和，于120℃高真空浓缩直至无丙二醇馏出；
（4）加入NaOH ，并充入氮气于130℃反应30分钟，再降温至110℃导入环氧乙烷气体，反应4小时后结束，每个葡萄糖单位加成6 摩尔环氧乙烷；
（5）将上述所得聚醚经H2O2 漂白脱色处理得到最终产物丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇。
所述壳聚糖为分子量l0万至100万，使用前用2％的乙酸溶解。
所述保温材料的制备方法包括以下步骤：
（1）取丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇80份、水15份、壳聚糖6份、甲基磷酸二甲酯8份、HFC-356 1份、N，N-二甲基环己胺2份和泡沫稳定剂1份，混合均匀得到聚醚多元醇组合物；
（2）将DMI和聚醚多元醇组合物按质量比1.2:1混合浇注到太阳能热水器水箱空腔内进行发泡，经过高温固化后即得。
实施例2
一种太阳能热水器水箱的保温材料及其制备方法，材料由DMI和聚醚多元醇组合物以1:1比例混合发泡制得。所述聚醚多元醇组合物包括以下重量份数的原料：丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇70份、水10份、壳聚糖4份、甲基磷酸二甲酯6份、HFC-356 0.5份、N，N-二甲基环己胺1份和泡沫稳定剂0.5份。
所述泡沫稳定剂为带有Si-C链的有机硅。
所述丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇的制备方法包括以下步骤：
（1）将干燥淀粉和丙二醇加入到反应器内，滴加浓盐酸混合均匀；
（2）加热混合物至130℃，保温12分钟，混合物即变为糊状粘稠液体；再在130℃继续反应1小时后降温到100℃以下，低真空脱气2.5小时，加热保温过程需要不断进行搅拌；
（3）加入NaHCO3中和，于120℃高真空浓缩直至无丙二醇馏出；
（4）加入NaOH ，并充入氮气于130℃反应30分钟，再降温至110℃导入环氧乙烷气体，反应3.5小时后结束，每个葡萄糖单位加成6 摩尔环氧乙烷；
（5）将上述所得聚醚经H2O2 漂白脱色处理得到最终产物丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇。
所述壳聚糖为分子量l0万至100万，使用前用l％的乙酸溶解。
所述保温材料的制备方法包括以下步骤：
（1）取丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇70份、水10份、壳聚糖4份、甲基磷酸二甲酯6份、HFC-356 0.5份、N，N-二甲基环己胺1份和泡沫稳定剂0.5份，混合均匀得到聚醚多元醇组合物；
（2）将DMI和聚醚多元醇组合物按质量比1:1混合浇注到太阳能热水器水箱空腔内进行发泡，经过高温固化后即得。
实施例3
一种太阳能热水器水箱的保温材料及其制备方法，材料由DMI和聚醚多元醇组合物以1.5: 1比例混合发泡制得。所述聚醚多元醇组合物包括以下重量份数的原料：丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇90份、水、壳聚糖8份、甲基磷酸二甲酯10份、HFC-356 2份、N，N-二甲基环己胺4份和泡沫稳定剂2份。
所述泡沫稳定剂为带有Si-C链的有机硅。
所述丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇的制备方法包括以下步骤：
（1）将干燥淀粉和丙二醇加入到反应器内，滴加浓盐酸混合均匀；
（2）加热混合物至130℃，保温12分钟，混合物即变为糊状粘稠液体；再在130℃继续反应1小时后降温到100℃以下，低真空脱气2.5小时，加热保温过程需要不断进行搅拌；
（3）加入NaHCO3中和，于120℃高真空浓缩直至无丙二醇馏出；
（4）加入NaOH ，并充入氮气于130℃反应30分钟，再降温至110℃导入环氧乙烷气体，反应4.5小时后结束，每个葡萄糖单位加成6 摩尔环氧乙烷；
（5）将上述所得聚醚经H2O2 漂白脱色处理得到最终产物丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇。
所述壳聚糖为分子量l0万至100万，使用前用3％的乙酸溶解。
所述保温材料的制备方法包括以下步骤：
（1）取丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇90份、水20份、壳聚糖8份、甲基磷酸二甲酯10份、HFC-356 2份、N，N-二甲基环己胺4份和泡沫稳定剂2份，混合均匀得到聚醚多元醇组合物；
（2）将DMI和聚醚多元醇组合物按质量比1.5:1混合浇注到太阳能热水器水箱空腔内进行发泡，经过高温固化后即得。
应用实施例
为更充分阐述本发明，本申请人制造了两台太阳能热水器进行性能测试，其中一台太阳能热水器水箱采用市场上购买的广东省某公司生产的聚氨酯发泡材料作为保温材料（对照组），另一台采用本发明的保温材料（实验组）。在多云天气（气温18～25℃）条件下，对照组的最高水温达80℃，实验组的最高水温达86℃，这说明本发明的保温材料保温效果更加好。
分别取对照组和实验组的模塑泡沫并检测其性能参数，性能指标如下表：
由表可见，本发明保温材料保温层的压缩强度、成型收缩率等指标都比现有的保温材料有明显地提高，经冷冻或高温条件下无收缩、变形、膨胀、开裂等现象，是一种性能优异的保温材料。
本发明的太阳能热水器水箱的保温材料在防火上的应用实施例：
将本发明的保温材料和与之厚度、大小一样的现有聚氨酯硬泡沫材料（黑料+白料）同时置于天然液化气炉灶的火焰下灼烧10 分钟，结果发现，现有聚氨酯硬泡沫材料起火燃烧，本发明的保温材料不燃烧。

Claims (5)

1.一种太阳能热水器水箱的保温材料，其特征在于，所述保温材料由DMI和聚醚多元醇组合物以1～1.5:1比例混合发泡制得。
2.根据权利要求1所述太阳能热水器水箱的保温材料，其特征在于，所述聚醚多元醇组合物包括以下重量份数的原料：
丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇70～90份；
水10～20份；
壳聚糖4～8份；
甲基磷酸二甲酯6～10份；
HFC-356 0.5～2份；
N，N-二甲基环己胺1～4份；
泡沫稳定剂0.5～2份；
所述泡沫稳定剂为带有Si-C链的有机硅。
3.根据权利要求1所述太阳能热水器水箱的保温材料，其特征在于，所述丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇的制备方法包括以下步骤：
（1）将干燥淀粉和丙二醇加入到反应器内，滴加浓盐酸混合均匀；
（2）加热混合物至130℃，保温10～15分钟，混合物即变为糊状粘稠液体；再在130℃继续反应1小时后降温到100℃以下，低真空脱气2.5小时，加热保温过程需要不断进行搅拌；
（3）加入NaHCO3中和，于120℃高真空浓缩直至无丙二醇馏出；
（4）加入NaOH ，并充入氮气于130℃反应30分钟，再降温至110℃导入环氧乙烷气体，反应3.5～4.5小时后结束；
（5）将上述所得聚醚经H2O2 漂白脱色处理得到最终产物丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇。
4.根据权利要求1所述太阳能热水器水箱的保温材料，其特征在于，所述壳聚糖为分子量l0万至100万，使用前用l％～3％的乙酸溶解。
5.根据权利要求1所述太阳能热水器水箱的保温材料，其特征在于，所述保温材料的制备方法包括以下步骤：
（1）取丙三醇葡萄糖甙聚醚多元醇70～90份、水10～20份、壳聚糖4～8份、甲基磷酸二甲酯6～10份、HFC-356 0.5～2份、N，N-二甲基环己胺1～4份和泡沫稳定剂0.5～2份，混合均匀得到聚醚多元醇组合物；
（2）将DMI和聚醚多元醇组合物按质量比1～1.5:1混合浇注到太阳能热水器水箱空腔内进行发泡，经过高温固化后即得。
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