[發明專利]太陽能水箱聚氨酯硬泡沫有機防火保溫材料

有效

• 申請號: 201310294721.3
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN103342792A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 馬昭鍵;來光業;陸俊行;周帆;謝剛;林成剛;楊明慧;李證良;孟慶良;馬慶;黃秋和;莫明鑫
• 申請（專利權）人: 廣西吉寬太陽能設備有限公司
• 主分類號: C08G18/61
• 分類號: C08G18/61;C08G18/48;C08K7/14;C08K7/26;C08K5/521;C08G81/00;C08G101/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及太陽能熱水器水箱保溫材料，涉及特別采用聚氨酯類泡沫作為太陽能熱水器水箱的保溫材料。

背景技術

隨著能源日益緊缺和環保壓力的不斷增大，世界各國都開始力推開發可再生能源，其中太陽能為利用和開發最廣、發展前景最好的可再生能源，現已廣泛應用于各行各業，太陽能熱水器行業就是其中之一。我國蘊藏著豐富的太陽能資源，太陽能利用前景廣闊，目前已是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，水箱保溫材料的選擇是至關重要的，目前能用作水箱的保溫材料主要有聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、超細纖維等。聚氨酯泡沫是由異氰酸酯與聚醚組合物混合澆注至模具或水箱空腔內發泡制得，其中聚醚組合物含有聚醚多元醇、發泡劑、催化劑、固化劑、阻燃劑、穩定劑等，由于聚氨酯泡沫具有成型工藝簡單、導熱系數低等優勢，是水箱主要采用的保溫材料。

聚氨酯硬泡沫行業在不斷發展過程中，發泡劑的選擇是該行業一個研究的熱點。早期主要采用的發泡劑是CFC-11（三氯一氟甲烷），但因其散發的CFC-11嚴重破壞大氣臭氧層，已被世界各國禁止采用。目前，應用較多的發泡劑主要有：HCFC（氫氯氟烴）、HFC（氫氟烴）、HC（烷烴）、CO₂或水。HCFC因其ODP（臭氧損耗值）小于CFC-11，被當作CFC類發泡劑的第一代替代產品，在過度時期內暫時使用，但其對大氣臭氧層仍然具有破壞性，現已逐漸被各國明令禁止使用。HFC和HC類發泡劑的ODP值為0，可替代CFC類發泡劑，但其易燃，生產操作不方便。采用CO₂發泡劑，或利用異氰酸酯和水反應生產的CO₂（水發泡）作為發泡劑，具有無毒、安全、不存在回收利用問題及不需要投資改造發泡設備的優點，是目前一種比較理想的發泡劑，例如文獻（中國發明專利；專利號：CN?200910199487.X；專利名稱：一種全水型組合聚醚及使用方法，聚氨酯硬質泡沫組合物；申請人：上海東大聚氨酯有限公司）便公開了一種全水型組合聚醚和利用水發泡生產的聚氨酯硬泡沫。

聚氨酯硬泡沫在生產過程中，因其本身特性、生產工藝以及生產工人操作技能等各方面的原因，普遍存在泡沫收縮的問題，容易導致泡沫與外殼部分脫落或全部脫落，最終導致外殼變形，真空管口泡沫開裂，更有甚者，內膽和外殼之間的聚氨酯硬泡沫橫向或縱向開裂，大大地降低了水箱的保溫效果。其收縮機理主要是：

1、聚氨酯硬泡沫的形成需經歷發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稱為發泡過程，發泡過程結束直至泡沫體系內部化學反應結束，泡沫體達到最終強度這個過程稱為熟化過程。發泡過程中，體系放出大量的反應熱，反應熱使發泡劑汽化進入泡沫體形成泡孔并不斷膨脹，這時每個泡孔都受到外壓大氣壓力和內壓發泡劑膨脹力的作用。當泡孔內壓大于外壓時，發泡體系的體積就不斷膨脹；當內外壓力相等時，泡沫體不再膨脹。泡沫體積膨脹停止標志著熟化過程的開始。在熟化過程中，泡沫體不再放出反應熱，溫度慢慢降低(最終會降至環境溫度)，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生收縮。這種收縮現象通常用“成型收縮率”來表示，一般在1％?以下，嚴重時可達5％，甚至更大。

2、目前，太陽熱水器用聚氨酯硬泡沫發泡工藝都是采用一次或多次澆注自由發泡而成，以多次澆注為主。聚氨酯硬泡沫在生產過程中，生產原料必須在凝膠化時間（在制備高分子材料時，其反應體系粘度隨高分子的鏈增長而增加，當分子鏈開始形成網絡結構時，粘度會突然驟增，這個粘度開始驟增的點稱為凝膠點，凝膠點對應的時間稱為凝膠化時間）到來之前完全填滿發泡空間（模具或水箱空腔內），凝膠化時間之后，雖然泡沫體積仍在繼續膨脹，但所形成的泡沫，其手感軟，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”。多次澆注的發泡方式因工藝步驟多，需要較長的時間才能完全填滿，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。

3、由于生產操作工人技術水平低、生產設施差、生產工藝不規范等其他原因，造成原料配比不科學或混合不勻等不規范操作，嚴重影響聚氨酯硬泡沫的使用性能。