CN111423717A - 一种水上光伏系统用浮体材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水上光伏系统用浮体材料及其制备方法，该材料的原料由A料和B料组成，所述A料包括下述重量份的原料：聚醚多元醇40‑50份、催化剂0.5‑1份、固化交联剂3‑5份；所述B料包括下述重量份的原料：多异氰酸酯45‑55份、多异氰酸酯‑SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠40‑50份、环氧树脂20‑30份；所述A料与B料的重量比为1：(2.5‑3)。本发明通过对基体树脂以及轻质填料的优化选择，实现了低密度、高抗压强度、低吸水率三大特性的统一，使制得的浮体材料具有优良的耐久性以及使用可靠性，适合应用于水上光伏系统。

Description

一种水上光伏系统用浮体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种水上光伏系统用浮体材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着光伏产业的迅速发展，对光伏电站建设的需求大幅增加，而可用于建设光伏电站的土地逐渐减少,水上光伏发电成为一个重要的发展趋势。水上漂浮式光伏电站是将光伏发电组件安装在水面浮体上，其不占用土地资源，并且水体对光伏组件及电缆的降温冷却可明显提高发电效率。作为水面漂浮式光伏电站系统的一个重要组成部分，浮体材料的性能对光伏电站运行的安全性、可靠性起到至关重要的影响。由于需要长期在水体复杂环境下工作，对浮体材料的抗压强度、吸水率等性能指标都有较高的要求。
目前，为了提高光伏系统用浮体材料的使用可靠性，通常需要添加空心玻璃微珠作为填料。现有的生产方法主要是将空心玻璃微珠直接添加或经过硅烷偶联剂表面处理后添加，其与基体之间结合力较低，对材料的抗压强度改善有限；而且，空心玻璃微珠与树脂的界面相容性较差，容易导致材料中的缺陷增加，吸水率上升，从而使材料的漂浮性能容易受到破坏，影响了材料的使用耐久性。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种水上光伏系统用浮体材料及其制备方法。
本发明提出的一种水上光伏系统用浮体材料，其原料由A料和B料组成，所述A料包括下述重量份的原料：聚醚多元醇40-50份、催化剂0.5-1份、固化交联剂3-5份；所述B料包括下述重量份的原料：多异氰酸酯45-55份、多异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠40-50份、环氧树脂20-30份；
所述A料与B料的重量比为1：(2.5-3)。
优选地，所述多异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠的制备方法如下：
S1、将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、乙醇和水混合均匀，用HCl溶液将pH调至3-5，然后在40-60℃搅拌水解1-3h，再用氨水溶液将pH调至7-8，在40-60℃搅拌缩聚0.5-1h，然后加入空心玻璃微珠混合均匀，静置老化后形成SiO2湿凝胶-空心玻璃微珠体系，经过溶剂置换、干燥，得到SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠；
S2、将所述SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠加入多异氰酸酯溶液中，充分浸渍处理，取出、干燥后，即得多异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠。
优选地，在所述多异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠的制备方法中，SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠与多异氰酸酯的重量比为100：(0.5-1)。
优选地，所述空心玻璃微珠为经过表面刻蚀处理的空心玻璃微珠；优选地，所述表面刻蚀处理的具体方法为：将空心玻璃微珠在浓度为5-10％的氢氧化钠溶液中浸泡处理2-4h，洗涤、干燥后即可。
优选地，所述正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、乙醇和水的重量比为1：(0.05-0.2)：(15-18)：(2-3)。
优选地，所述空心玻璃微珠与正硅酸乙酯的重量比为100：(0.5-3)。
优选地，所述聚醚多元醇的分子量为500-800，官能度为2-3。
优选地，所述多异氰酸酯为二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、聚亚甲基多苯异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。
优选地，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的至少一种。
优选地，所述固化交联剂为三乙醇胺。
一种所述的水上光伏系统用浮体材料的制备方法，包括下述步骤：
S1、按配方称取聚醚多元醇、催化剂、固化交联剂混合均匀，得到A料；
S2、按配方称取多异氰酸酯、多异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠混合分散均匀，然后与环氧树脂混合，得到B料；
S3、将所述A料和B料混合后高速搅拌5-10s，得到混合料；
S4、将所述混合料倒入模具中并将模具压实，在110-125℃下固化6-9h，即可。
本发明的有益效果如下：
本发明以聚醚多元醇、催化剂、固化交联剂作为A料，将空心玻璃微珠先进行表面刻蚀形成表面微孔结构，然后采用原位水解法使SiO2气凝胶包覆在空心玻璃微珠表面，再浸渍于含多异氰酸酯的有机溶剂中，利用表面微孔与SiO2气凝胶形成的复合结构，吸附大量多异氰酸酯分子，从而形成多异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠，再与适量多异氰酸酯、环氧树脂混合作为B料。将A料、B料混合，形成以聚氨酯-环氧树脂互穿网络结构为基体树脂，改性空心玻璃微珠为轻质填料的浮体材料，一方面，通过在空心玻璃微珠表面引入SiO2气凝胶，能够提高填料网络的增强效应，从而改善浮体材料的抗压性能；另一方面，改性空心玻璃微珠表面富含大量多异氰酸酯分子，既能提高与树脂之间的相容性，又能参与聚氨酯分子的聚合或交联反应，大大提高了改性空心玻璃微珠在基体树脂中的分散性以及与基体树脂的结合力，从而进一步提高浮体材料的力学性能，同时减少浮体材料内部存在的缺陷，降低吸水率。本发明通过对基体树脂以及轻质填料的优化选择，实现了低密度、高抗压强度、低吸水率三大特性的统一，使制得的浮体材料具有优良的耐久性以及使用可靠性，适合应用于水上光伏系统。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种水上光伏系统用浮体材料，其原料由A料和B料组成，所述A料包括下述重量份的原料：聚醚多元醇(分子量为500，官能度为2)40份、二月桂酸二丁基锡0.5份、三乙醇胺3份；所述B料包括下述重量份的原料：甲苯二异氰酸酯45份、六亚甲基二异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠40份、双酚A型环氧树脂20份；
所述A料与B料的重量比为1：2.5。
其中，六亚甲基二异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠的制备方法如下：
S1、将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、乙醇和水混合均匀，用HCl溶液将pH调至3，然后在40℃搅拌水解1h，再用氨水溶液将pH调至7，在40℃搅拌缩聚0.5h，然后加入表面刻蚀处理的空心玻璃微珠混合均匀，静置老化后形成SiO2湿凝胶-空心玻璃微珠体系，经过溶剂置换、干燥，得到SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠；其中，空心玻璃微珠表面刻蚀处理的具体方法为：将空心玻璃微珠在浓度为5％的氢氧化钠溶液中浸泡处理2h，洗涤、干燥后即可；
S2、将所述SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠加入六亚甲基二异氰酸酯的甲苯溶液中，充分浸渍处理，取出、干燥后，即得六亚甲基二异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠。
其中，正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、乙醇和水的重量比为1：0.05：15：2；空心玻璃微珠与正硅酸乙酯的重量比为100：0.5；SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠与六亚甲基二异氰酸酯的重量比为100：0.5。
其中，空心玻璃微珠的平均直径为100μm。
水上光伏系统用浮体材料的制备方法包括下述步骤：
S1、按配方称取聚醚多元醇、二月桂酸二丁基锡、三乙醇胺混合均匀，得到A料；
S2、按配方称取甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠混合分散均匀，然后与双酚A型环氧树脂混合，得到B料；
S3、将A料和B料混合后高速搅拌5s，得到混合料；
S4、将所述混合料倒入模具中并将模具压实，在110℃下固化9h，即可
实施例2
一种水上光伏系统用浮体材料，其原料由A料和B料组成，所述A料包括下述重量份的原料：聚醚多元醇(分子量为800，官能度为3)50份、二月桂酸二丁基锡1份、三乙醇胺5份；所述B料包括下述重量份的原料：异佛尔酮二异氰酸酯55份、六亚甲基二异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠50份、双酚A型环氧树脂30份；
所述A料与B料的重量比为1：3。
其中，六亚甲基二异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠的制备方法如下：
S1、将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、乙醇和水混合均匀，用HCl溶液将pH调至5，然后在60℃搅拌水解3h，再用氨水溶液将pH调至8，在60℃搅拌缩聚1h，然后加入表面刻蚀处理的空心玻璃微珠混合均匀，静置老化后形成SiO2湿凝胶-空心玻璃微珠体系，经过溶剂置换、干燥，得到SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠；其中，空心玻璃微珠表面刻蚀处理的具体方法为：将空心玻璃微珠在浓度为10％的氢氧化钠溶液中浸泡处理4h，洗涤、干燥后即可；
S2、将所述SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠加入六亚甲基二异氰酸酯的甲苯溶液中，充分浸渍处理，取出、干燥后，即得六亚甲基二异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠。
其中，正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、乙醇和水的重量比为1：0.2：18：3；空心玻璃微珠与正硅酸乙酯的重量比为100：3；SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠与六亚甲基二异氰酸酯的重量比为100：1。
其中，空心玻璃微珠的平均直径为150μm。
水上光伏系统用浮体材料的制备方法包括下述步骤：
S1、按配方称取聚醚多元醇、二月桂酸二丁基锡、三乙醇胺混合均匀，得到A料；
S2、按配方称取异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠混合分散均匀，然后与双酚A型环氧树脂混合，得到B料；
S3、将A料和B料混合后高速搅拌10s，得到混合料；
S4、将所述混合料倒入模具中并将模具压实，在125℃下固化6h，即可
实施例3
一种水上光伏系统用浮体材料，其原料由A料和B料组成，所述A料包括下述重量份的原料：聚醚多元醇(分子量为600，官能度为3)45份、二月桂酸二丁基锡0.8份、三乙醇胺4份；所述B料包括下述重量份的原料：甲苯二异氰酸酯50份、六亚甲基二异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠45份、双酚A型环氧树脂25份；
所述A料与B料的重量比为1：2.8。
其中，多异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠的制备方法如下：
S1、将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、乙醇和水混合均匀，用HCl溶液将pH调至4，然后在50℃搅拌水解2h，再用氨水溶液将pH调至7.5，在50℃搅拌缩聚1h，然后加入表面刻蚀处理的空心玻璃微珠混合均匀，静置老化后形成SiO2湿凝胶-空心玻璃微珠体系，经过溶剂置换、干燥，得到SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠；其中，空心玻璃微珠表面刻蚀处理的具体方法为：将空心玻璃微珠在浓度为10％的氢氧化钠溶液中浸泡处理3h，洗涤、干燥后即可；
S2、将所述SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠加入六亚甲基二异氰酸酯的甲苯溶液中，充分浸渍处理，取出、干燥后，即得六亚甲基二异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠。
其中，正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、乙醇和水的重量比为1：0.1：16：2.5；空心玻璃微珠与正硅酸乙酯的重量比为100：2；SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠与六亚甲基二异氰酸酯的重量比为100：0.75。
其中，空心玻璃微珠的平均直径为100μm。
水上光伏系统用浮体材料的制备方法包括下述步骤：
S1、按配方称取聚醚多元醇、二月桂酸二丁基锡、三乙醇胺混合均匀，得到A料；
S2、按配方称取甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠混合分散均匀，然后与双酚A型环氧树脂混合，得到B料；
S3、将A料和B料混合后高速搅拌10s，得到混合料；
S4、将所述混合料倒入模具中并将模具压实，在115℃下固化8h，即可。
对比例1
一种水上光伏系统用浮体材料，其原料由A料和B料组成，所述A料包括下述重量份的原料：聚醚多元醇(分子量为600，官能度为3)45份、二月桂酸二丁基锡0.8份、三乙醇胺4份；所述B料包括下述重量份的原料：甲苯二异氰酸酯50份、硅烷偶联剂KH-550改性空心玻璃微珠45份、双酚A型环氧树脂25份；
所述A料与B料的重量比为1：2.8。
其中，硅烷偶联剂KH-550改性空心玻璃微珠的制备方法如下：
将表面刻蚀处理的空心玻璃微珠加入硅烷偶联剂KH-550的乙醇溶液中混合均匀，在80℃处理24h，得到硅烷偶联剂改性空心玻璃微珠。其中，空心玻璃微珠表面刻蚀处理的具体方法为：将空心玻璃微珠在浓度为10％的氢氧化钠溶液中浸泡处理3h，洗涤、干燥后即可；其中，表面刻蚀处理的空心玻璃微珠与硅烷偶联剂KH-550的重量比为100:0.75。
其中，空心玻璃微珠的平均直径为100μm。
水上光伏系统用浮体材料的制备方法包括下述步骤：
S1、按配方称取聚醚多元醇、二月桂酸二丁基锡、三乙醇胺混合均匀，得到A料；
S2、按配方称取甲苯二异氰酸酯、硅烷偶联剂改性空心玻璃微珠混合分散均匀，然后与双酚A型环氧树脂混合，得到B料；
S3、将A料和B料混合后高速搅拌10s，得到混合料；
S4、将所述混合料倒入模具中并将模具压实，在115℃下固化8h，即可
试验例
将实施例1-3以及对比例1制得的浮体材料进行性能测试，其中密度采用GB/T1033.1-2008的方法测试，压缩强度采用GB/T 1041-2008的方法测试，吸水率按照GB/T1034-2008的方法测试。测试结果如表1所示:
表1浮体材料性能测试结果
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
密度(g/cm<sup>3</sup>) 0.55 0.49 0.53 0.54
抗压强度(MPa) 122 109 117 83
吸水率(％) 1.34 1.15 1.21 1.72
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水上光伏系统用浮体材料，其特征在于，其原料由A料和B料组成，所述A料包括下述重量份的原料：聚醚多元醇40-50份、催化剂0.5-1份、固化交联剂3-5份；所述B料包括下述重量份的原料：多异氰酸酯45-55份、多异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠40-50份、环氧树脂20-30份；
所述A料与B料的重量比为1：(2.5-3)。
2.根据权利要求1所述的水上光伏系统用浮体材料，其特征在于，所述多异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠的制备方法如下：
S1、将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、乙醇和水混合均匀，用HCl溶液将pH调至3-5，然后在40-60℃搅拌水解1-3h，再用氨水溶液将pH调至7-8，在40-60℃搅拌缩聚0.5-1h，然后加入空心玻璃微珠混合均匀，静置老化后形成SiO2湿凝胶-空心玻璃微珠体系，经过溶剂置换、干燥，得到SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠；
S2、将所述SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠加入多异氰酸酯溶液中，充分浸渍处理，取出、干燥后，即得多异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠。
3.根据权利要求2所述的水上光伏系统用浮体材料，其特征在于，所述正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、乙醇和水的重量比为1：(0.05-0.2)：(15-18)：(2-3)。
4.根据权利要求2或3所述的水上光伏系统用浮体材料，其特征在于，所述空心玻璃微珠为经过表面刻蚀处理的空心玻璃微珠。
5.根据权利要求2-4任一项所述的水上光伏系统用浮体材料，其特征在于，所述空心玻璃微珠与正硅酸乙酯的重量比为100：(0.5-3)。
6.根据权利要求2-5任一项所述的水上光伏系统用浮体材料，其特征在于，所述SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠与多异氰酸酯的重量比为100：(0.5-1)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的水上光伏系统用浮体材料，其特征在于，所述聚醚多元醇的分子量为500-800，官能度为2-3。
8.根据权利要求1-7任一项所述的水上光伏系统用浮体材料，其特征在于，所述多异氰酸酯为二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、聚亚甲基多苯异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的水上光伏系统用浮体材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、按配方称取聚醚多元醇、催化剂、固化交联剂混合均匀，得到A料；
S2、按配方称取多异氰酸酯、多异氰酸酯-SiO2气凝胶改性空心玻璃微珠混合分散均匀，然后与环氧树脂混合，得到B料；
S3、将所述A料和B料混合后高速搅拌5-10s，得到混合料；
S4、将所述混合料倒入模具中并将模具压实，在110-125℃下固化6-9h，即可。
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