CN109438645A - 一种环保型组合聚醚、太阳能热水器用保温材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种环保型组合聚醚，以重量份数为基准计，其由下述原料组分制成：第一聚醚多元醇25‑40份，第二聚醚多元醇40‑55份，聚酯多元醇20‑35份，表面活性剂1.5‑3.0份，第一催化剂0.1‑0.4份，第二催化剂1.5‑2.6份，化学发泡剂1.5‑2.0份，添加剂1.6‑3.0份，物理发泡剂10‑15份；其中，第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和聚酯多元醇的用量之和为100份；且所述聚酯多元醇为一种芳香族聚酯多元醇，所述添加剂为脂肪族酮。本申请还涉及一种太阳能热水器用保温材料，其由第一组分和第二组分制成，其中第一组分由如上所述的环保型组合聚醚的原料组分混合而成；第二组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。本申请还涉及一种制备太阳能热水器用保温材料的方法。

Description

一种环保型组合聚醚、太阳能热水器用保温材料及其制备 方法
技术领域
本申请涉及化学合成技术领域，具体来说，本申请涉及一种环保型组合聚醚、源自该环保型组合聚醚的太阳能热水器用保温材料及其制备方法。
背景技术
随着全球传统能源供应的日趋紧张，新能源不仅受到众多企业的追捧，也受到国家和各级政府的高度重视，其中太阳能产业尤其备受青睐。受益于太阳能热水器开始受到社会广泛认可、太阳能热水器技术和产品结构实现突破，以及国家政策大力推动和地方政府的强力支持，我国太阳能热水器市场增长迅猛，面临巨大的发展商机。
同时随着中高温太阳能热水器的开发以及太阳能与建筑一体化技术的日益完善，太阳能热水器的应用领域不再局限于提供热水，正逐步向取暖、制冷、烘干和工业应用方向拓展，中国太阳能热水器市场潜力巨大。
目前我国太阳能热水器保温材料以聚氨酯材料为主，其保温效果好，吸水率低、耐候性强，是太阳能热水器的保温结构中不可缺少的一环。目前太阳能热水器用组合聚醚中主流的发泡剂为HCFC-141b，也有少许厂家使用HFC-245fa、HFC-365mfc、戊烷等作为其发泡剂，HCFC-141b由于其对臭氧层有较大的破坏作用，在该行业已经基本禁用。HFC-245fa和HFC-365mfc的臭氧消耗潜值(ODP)为0，全球变暖潜能值(GWP)分别为820和840，属于过渡产品，也面临替代的问题。
目前主流的零ODP值、低GWP值发泡剂中，戊烷由于其自身易燃易爆，危险性高，且其热导率高，制得的泡沫阻燃性能差，使用限制较大。水的热导率非常高，且相比其他使用物理发泡剂的体系用料量多，只在个别行业中有使用。第四代发泡剂如霍尼韦尔公司的LBA或者科慕公司的Opteon1100，目前的生产规模很小，且价格昂贵，也没有推广开来。甲酸甲酯的沸点及溶解度与HCFC-141b极为接近，且其成本低廉，又不含有挥发性有机物(VOC)，是目前非常理想的发泡剂替代品。
不过影响甲酸甲酯使用的最大问题是甲酸甲酯在组合聚醚体系中极易水解，生成甲酸和甲醇，而甲酸与胺类催化剂发生不可逆的化学反应，导致原料反应活性变慢，制品密度升高，体系存储时间短。即使其在制品体系之中，也会发生缓慢的水解，水解产物甲酸和甲醇对泡沫制品有较大的溶解效应，在三个月之内即会出现泡沫收缩、制品压缩强度大幅下降等现象的发生。解决甲酸甲酯水解及对泡沫制品的溶解效应，是甲酸甲酯发泡剂应用的最大难点。
为此，本领域迫切需要开发一种可以有效抑制甲酸甲酯水解的环保型组合聚醚、太阳能热水器用保温材料及其制备方法。
发明内容
在已有的甲酸甲酯发泡解决方案中，一般通过特殊催化剂及减少甲酸甲酯的用量来解决甲酸甲酯水解的问题，但是实际应用中仍不能完全解决，储存稳定性夏季最多在10天左右，仍有变质的情况发生，且泡沫制品溶解效应依然存在，使用非常受限。
本申请之目的在于提供一种可以有效抑制甲酸甲酯水解的环保型组合聚醚，从而解决现有技术中的问题。本发明通过引入特殊的添加剂，将甲酸甲酯溶解在其中，降低其水解情况，得到了很好的使用效果，保质期可以延长到90天以上，可以适用于绝大多数客户的生产。同时，在泡沫制品中的溶解效应也有了相当大的改善，制品最多放置1年后仍保持性能基本没有下降。前述两个问题均有了良好的解决的方案，甲酸甲酯发泡剂在太阳能热水器体系中的后期推广将会更加顺利。
本申请之目的还在于提供一种源自所述环保型组合聚醚的太阳能热水器用保温材料。
本申请之目的还在于提供一种制备太阳能热水器用保温材料的方法。
为了实现上述目的，本申请提供下述技术方案。
在第一方面中，本申请提供一种环保型组合聚醚，以重量份数为基准计，其由下述原料组分制成：
其中，第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和聚酯多元醇的用量之和为100份；
其中，所述聚酯多元醇为一种芳香族聚酯多元醇；
其中，所述添加剂为脂肪族酮。
在第一方面的一种实施方式中，所述脂肪族酮包括丁酮。
在第一方面的一种实施方式中，所述第一聚醚多元醇为以蔗糖为起始剂的聚氧化丙烯醇，其官能度为4.5-5，羟值472～512mgKOH/g，粘度7700～10700mPa·s；
和/或，所述第二聚醚多元醇为以山梨醇为起始剂的聚氧化丙烯醇，其官能度为4-5，羟值360～400mgKOH/g，粘度2000～3000mPa·s；
和/或，所述聚酯多元醇为一种芳香族聚酯多元醇，其官能度为2-2.5，羟值230～250mgKOH/g，粘度2000～4500mPa·s。
在第一方面的一种实施方式中，所述表面活性剂包括泡沫稳定剂；
和/或，所述第一催化剂和所述第二催化剂为胺类催化剂；
和/或，所述化学发泡剂为水；
和/或，所述物理发泡剂包括甲酸甲酯。
在第一方面的一种实施方式中，所述第一聚醚多元醇为句容宁武新材料股份有限公司生产的聚醚多元醇NJ-8305；
和/或，所述第二聚醚多元醇为句容宁武新材料股份有限公司生产的聚醚多元醇NJ-6209；
和/或，所述聚酯多元醇为南京金陵斯泰潘化学有限公司的生产的聚酯多元醇PS-2412；
和/或，所述第一催化剂为空气化工产品公司生产的PC5；
和/或，所述第二催化剂为空气化工产品公司生产的Dabco 33-LV；
和/或，所述泡沫稳定剂为迈图高新材料(中国)有限公司生产的L-6863和/或江苏美思德化学股份有限公司生产的AK-8863；
和/或，所述化学发泡剂为去离子水。
在第二方面中，本申请提供一种太阳能热水器用保温材料，其特征在于，其由第一组分和第二组分制成，其中第一组分由如权利要求1-6中任一项所述的环保型组合聚醚的原料组分混合而成；第二组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
在第二方面的一种实施方式中，所多亚甲基多苯基多异氰酸酯为烟台万华聚氨酯股份有限公司生产的PM200、PM400；拜耳公司生产的的44V20；或者巴斯夫股份公司生产的M20S中的一种或几种。
在第二方面的一种实施方式中，第一组分和第二组分的重量比例为1:1.0-1.1。
在第三方面中，本申请提供一种制备如第一方面所述的太阳能热水器用保温材料的方法，所述方法包括混合预定重量比例的第一组分和第二组分，恒温发泡后得到所述太阳能热水器用保温材料。
在第三方面的一种实施方式中，恒温发泡的发泡温度为35-45℃。
与现有技术相比，本申请的有益效果在于解决了甲酸甲酯在太阳能热水器组合聚醚体系中出现的水解情况，保质时间可以提高到90天以上，同时，生产出来的泡沫制品没有收缩、变形等情况发生，有助于甲酸甲酯在太阳能热水器组合聚醚体系中的推广，其安全性及物理性能要优于戊烷体系，综合成本比HFC类及HFO类发泡剂低得多，ODP、GWP、VOC值均为零，环保性在所有发泡剂中也是最佳的。
具体实施方式
除非另有说明、从上下文暗示或属于现有技术的惯例，否则本申请中所有的份数和百分比都基于重量，且所用的测试和表征方法都是与本申请的提交日期同步的。在适用的情况下，本申请中涉及的任何专利、专利申请或公开的内容全部结合于此作为参考，且其等价的同族专利也引入作为参考，特别这些文献所披露的关于本领域中的合成技术、产物和加工设计、聚合物、共聚单体、引发剂或催化剂等的定义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。
本申请中的数字范围是近似值，因此除非另有说明，否则其可包括范围以外的数值。数值范围包括以1个单位增加的从下限值到上限值的所有数值，条件是在任意较低值与任意较高值之间存在至少2个单位的间隔。例如，如果记载组分、物理或其它性质(如分子量，熔体指数等)是100至1000，意味着明确列举了所有的单个数值，例如100，101,102等，以及所有的子范围，例如100到166,155到170,198到200等。对于包含小于1的数值或者包含大于1的分数(例如1.1，1.5等)的范围，则适当地将1个单位看作0.0001，0.001，0.01或者0.1。对于包含小于10(例如1到5)的个位数的范围，通常将1个单位看作0.1。这些仅仅是想要表达的内容的具体示例，并且所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能的组合都被认为清楚记载在本申请中。还应指出，本文中的术语“第一”、“第二”等不限定先后顺序，只是为了区分不同结构的物质。
关于化学化合物使用时，除非明确地说明，否则单数包括所有的异构形式，反之亦然(例如，“己烷”单独地或共同地包括己烷的全部异构体)。另外，除非明确地说明，否则用“一个”，“一种”或“该”形容的名词也包括其复数形式。
术语“包含”，“包括”，“具有”以及它们的派生词不排除任何其它的组分、步骤或过程的存在，且与这些其它的组分、步骤或过程是否在本申请中披露无关。为消除任何疑问，除非明确说明，否则本申请中所有使用术语“包含”，“包括”，或“具有”的组合物可以包含任何附加的添加剂、辅料或化合物。相反，除了对操作性能所必要的那些，术语“基本上由……组成”将任何其他组分、步骤或过程排除在任何该术语下文叙述的范围之外。术语“由……组成”不包括未具体描述或列出的任何组分、步骤或过程。除非明确说明，否则术语“或”指列出的单独成员或其任何组合。
在一种具体实施方式中，本申请提供一种环保型组合聚醚。
本申请的环保型组合聚醚由以下成分构成，所述份数为质量份数，第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和聚酯多元醇的总和为100份：
在一种具体实施方式中，本申请的环保型组合聚醚包括聚醚多元醇。适用于本申请之目的的聚醚多元醇包括但不限于通过使环氧化物(如环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷或四氢呋喃)在多官能度引发剂存在进行聚合而获得的产物。适合的引发剂含有多个活性氢原子，其具体示例包括水、丁二醇、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲苯二胺、二乙基甲苯二胺、苯胺、二苯基甲烷二胺、乙二胺、环己烷二胺、环己烷二甲醇、间苯二酚、双酚A、甘油、三羟甲基丙烷、1,2,6-己三醇、季戊四醇或它们的组合。
在一种具体实施方式中，所述第一聚醚多元醇为以蔗糖为起始剂的聚氧化丙烯醇，其官能度为4.5-5，羟值472～512mgKOH/g，粘度7700～10700mPa·s，其典型型号为句容宁武新材料股份有限公司的聚醚多元醇NJ-8305。
在一种具体实施方式中，所述第二聚醚多元醇为以山梨醇为起始剂的聚氧化丙烯醇，其官能度为4-5，羟值360～400mgKOH/g，粘度2000～3000mPa·s，其典型型号为句容宁武新材料股份有限公司的聚醚多元醇NJ-6209。
在一种具体实施方式中，本申请的环保型组合聚醚还包括带有阻燃结构的芳香族聚酯多元醇。芳香族聚酯多元醇指含有苯环的聚酯多元醇，通常以芳香族二元酸(或酸酐、酯)与二元醇(和/或多元醇)为原料合成的聚酯多元醇。聚酯的原料一般是邻苯二甲酸酐或对苯二甲酸等，常用的二元醇原料是一缩二乙二醇、三元醇等。
在一种具体实施方式中，本申请所述聚酯多元醇为一种芳香族聚酯多元醇，其官能度为2-2.5，羟值230～250mgKOH/g，粘度2000～4500mPa·s，其典型型号为南京金陵斯泰潘化学有限公司的聚酯多元醇PS-2412。
本申请的环保型组合聚醚还包括表面活性剂，表面活性剂通常支持发泡剂和多元醇的均匀化，且调节太阳能热水器用保温材料的孔结构。表面活性剂可包括本领域中已知的任何合适的表面活性剂或者表面活性剂的混合物。
在一种具体实施方式中，本申请的表面活性剂包括泡沫稳定剂。本申请所述泡沫稳定剂为硅氧烷类泡沫稳定剂，本发明优选为迈图高新材料(中国)有限公司的L-6863和/或江苏美思德化学股份有限公司的AK-8863。
在一种具体实施方式中，本文所述的环保型组合聚醚还包括催化剂组合物。催化剂通常用于催化异氰酸酯和多元醇之间的反应，且在反应中不被消耗。在一种具体实施方式中，本申请的环保型组合聚醚包括至少第一催化剂和第二催化剂。本发明所述第一催化剂为聚氨酯领域常用的胺类催化剂，本发明优选PC5(空气化工产品公司生产)。本发明所述第二催化剂为Dabco 33-LV(空气化工产品公司生产)。
在一种具体实施方式中，本申请的环保型组合聚醚还包括添加剂。所述添加剂可用作溶剂，用于溶解甲酸甲酯，且抑制甲酸甲酯的水解。在一种具体实施方式中，本文所述的添加剂为脂肪族酮，其包括但不限于丁酮、戊酮、新戊酮、环己酮等。在一种特别优选地实施方式中，本申请所述的添加剂为丁酮。
在一种具体实施方式中，本申请的环保型组合聚醚还可任选地包括其他常规添加剂，所述常规添加剂包括但不限于扩链剂、链终止剂、加工助剂、粘合促进剂、抗氧化剂、消泡剂、除水剂、分子筛、紫外光稳定剂、填料、触变剂、着色剂、惰性稀释剂或者它们的组合。
本申请所述的环保型组合聚醚还可包括化学发泡剂和物理发泡剂。在本文中，术语“物理发泡剂”指不会与异氰酸酯或者多元醇发生化学反应的发泡剂。物理发泡剂可以是气体或液体。液体物理发泡剂通常在加热时蒸发成气体，且通常在冷却时恢复成液体。在一种具体实施方式中，本申请所述物理发泡剂为甲酸甲酯。
在本文中，术语“化学发泡剂”指与异氰酸酯、多元醇或其它组分发生化学反应且释放用于发泡的气体的发泡剂。在一种具体实施方式中，本文所述的化学发泡剂包括水，特别是去离子水。
本申请还提供了一种太阳能热水器用保温材料，该材料由第一组分和第二组分两种组分以一定比例经过机械搅拌混合后，通过一系列的化学反应而合成。其中，第一组分通过如上所述的环保型组合聚醚的原料组分混合而成。具体来说，第一组分由一定比例的聚醚多元醇、聚酯多元醇、表面活性剂、催化剂、添加剂、发泡剂等经过机械混合而组成；第二组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)。
本发明所述多亚甲基多苯基多异氰酸酯为聚氨酯领域常用的多亚甲基多苯基多异氰酸酯，如烟台万华聚氨酯股份有限公司生产的PM200、PM400，拜耳公司的44V20，巴斯夫股份公司的M20S等。本发明优选烟台万华聚氨酯股份有限公司生产的PM400。
本发明所述第一组分和第二组分的重量比例为1：1.0-1.1。
本申请还提供一种制备太阳能热水器用保温材料的方法，所述方法包括混合预定重量比例的第一组分和第二组分，恒温发泡后得到所述太阳能热水器用保温材料。
实施例
下面将结合本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。如无特别说明，所用的试剂和原材料都可通过商业途径购买。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1-4和对比例1-2
首先，按照下表中的成分制备实施例1-4和对比例1-2的第一组分，表1中所述份数均为质量份数。
表1.实施例1-4和对比例1-2的第一组分配方
原料名称 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
NJ-8305 25 25 35 40 40 20
NJ-6209 40 55 40 40 40 40
PS-2412 35 20 25 20 20 40
L-6863 1.5 1.0 1.0 0 0 2
AK-8863 0 1.0 1.5 3 3 0
PC5 0.1 0.3 0.4 0.2 0.2 0.3
PC8 0 0 0 0 0 2.0
Dabco 33-LV 2.2 2.6 1.5 1.8 1.8 0
去离子水 1.8 1.5 2.0 1.7 1.7 1.9
丁酮 2.4 3.0 2.0 2.6 0 0
甲酸甲酯 12 15 10 13 13 0
环戊烷 0 0 0 0 0 13
PAPI 132 124.4 124.32 122.3 119.7 131.12
将表1所述除PAPI外的其它原料按照规定比例倒入反应容器中，利用电动搅拌器混合均匀，制成第一组分；再将第一组分与第二组分调节温度至22℃，按照相应的重量比例倒入反应容器中，然后利用电动搅拌器搅拌6-10秒钟，将混合均匀后的液体倒入恒温35-45℃的厚度10cm模具中，关好模具，在恒温40℃条件下放置15min后打开模具，可得本发明所述太阳能热水器用保温泡沫。
对实施例1-4和对比例1-2的所得材料进行性能测试，所得结果见下表。
性能测试标准：
乳白时间、凝胶时间、脱粘时间：使用秒表目测；
自由泡密度、模塑泡密度：GB/T 6343-95聚氨酯泡沫塑料的密度测试；
压缩强度：GB/T 8813-2008硬质泡沫塑料压缩性能的测定；
导热系数：GB/T 10295-2008绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法；
尺寸稳定性：GB/T 6342-1996泡沫塑料与橡胶线性尺寸的测定。
表2.实施例1-4及对比例1-2性能测试结果
从表2可知，本发明所得环保型组合聚醚放置30天后，反应时间及自由泡密度均没有太大的变化，可以长期储存使用，且制成泡沫制品后低温放置180天后体积变化率很小，保证了制品长期的性能。在和目前市场主流的环戊烷发泡体系进行对比，也发现其压缩强度、导热系数、尺寸稳定性等物理性能均优于环戊烷体系，再加上其安全性更高，具有大规模推广的价值。本发明所使用原料均为市面上所售原料，原料来源广泛，可进行大规模生产。
上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims (10)

1.一种环保型组合聚醚，以重量份数为基准计，其由下述原料组分制成：
其中，第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和聚酯多元醇的用量之和为100份；
其中，所述聚酯多元醇为一种芳香族聚酯多元醇；
其中，所述添加剂为脂肪族酮。
2.如权利要求1所述的环保型组合聚醚，其特征在于，所述脂肪族酮包括丁酮。
3.如权利要求1所述的环保型组合聚醚，其特征在于，所述第一聚醚多元醇为以蔗糖为起始剂的聚氧化丙烯醇，其官能度为4.5-5，羟值472～512mgKOH/g，粘度7700～10700mPa·s；
和/或，所述第二聚醚多元醇为以山梨醇为起始剂的聚氧化丙烯醇，其官能度为4-5，羟值360～400mgKOH/g，粘度2000～3000mPa·s；
和/或，所述聚酯多元醇为一种芳香族聚酯多元醇，其官能度为2-2.5，羟值230～250mgKOH/g，粘度2000～4500mPa·s。
4.如权利要求1所述的环保型组合聚醚，其特征在于，所述表面活性剂包括泡沫稳定剂；
和/或，所述第一催化剂和所述第二催化剂为胺类催化剂；
和/或，所述化学发泡剂为水；
和/或，所述物理发泡剂包括甲酸甲酯。
5.如权利要求4所述的环保型组合聚醚，其特征在于，所述第一聚醚多元醇为句容宁武新材料股份有限公司生产的聚醚多元醇NJ-8305；
和/或，所述第二聚醚多元醇为句容宁武新材料股份有限公司生产的聚醚多元醇NJ-6209；
和/或，所述聚酯多元醇为南京金陵斯泰潘化学有限公司的生产的聚酯多元醇PS-2412；
和/或，所述第一催化剂为空气化工产品公司生产的PC5；
和/或，所述第二催化剂为空气化工产品公司生产的Dabco 33-LV；
和/或，所述泡沫稳定剂为迈图高新材料(中国)有限公司生产的L-6863和/或江苏美思德化学股份有限公司生产的AK-8863；
和/或，所述化学发泡剂为去离子水。
6.一种太阳能热水器用保温材料，其特征在于，其由第一组分和第二组分制成，其中第一组分由如权利要求1-5中任一项所述的环保型组合聚醚的原料组分混合而成；第二组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
7.如权利要求6所述的太阳能热水器用保温材料，其特征在于，所多亚甲基多苯基多异氰酸酯为烟台万华聚氨酯股份有限公司生产的PM200、PM400；拜耳公司生产的的44V20；或者巴斯夫股份公司生产的M20S中的一种或几种。
8.如权利要求6所述的太阳能热水器用保温材料，其特征在于，第一组分和第二组分的重量比例为1:1.0-1.1。
9.一种制备如权利要求6所述的太阳能热水器用保温材料的方法，所述方法包括混合预定重量比例的第一组分和第二组分，恒温发泡后得到所述太阳能热水器用保温材料。
10.如权利要求9所述的制备太阳能热水器用保温材料的方法，其特征在于，恒温发泡的发泡温度为35-45℃。
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