專利名稱：采用正戊烷為發泡劑的太陽能熱水器用組合料及其制法的制作方法
技術領域：
本發明屬于聚氨酯泡沫塑料技術領域，具體涉及一種采用正戊烷為發泡劑的太陽能熱水器用組合料及其制法。
背景技術：
2006年世界太陽能總運行保有量168M m2，相當總裝量118GWth，供能700億kWh， 當年中國為90M m2，太陽能熱利用占53.6%。1990后中國逐漸成為生產與使用大國，中國太陽能熱水器的年生產量是歐洲的2倍，北美的4倍，現已成為世界上最大的太陽能熱水器生產國和最大的太陽能熱水器市場，并仍在以每年20% -30%的速度遞增。太陽能行業PU(聚氨酯)用途主要是太陽能熱水器的水箱的夾層腔體的填充和保溫，由于聚氨酯在發泡過程中可以很好的結合成一體，保溫性能高，聚氨酯被得到廣泛應用。太陽能行業在95、96年開始使用聚氨酯發泡，此時該行業大多是用聚苯泡沫成型后塞到夾層里起保溫作用，隨著行業對聚氨酯的逐漸了解和認識，1997-2000年大多還經歷過半發泡保溫過程，也就是緊貼內膽部分用一半聚苯泡沫，再用聚氨酯澆注加以填充，聚氨酯發泡體積約占一半，保溫效果較前者大大提高。2000-2003年太陽能行業開始逐漸轉為全部用聚氨酯泡沫發泡保溫。太陽能行業目前正在制定相關標準，由于在發展前期沒有標準可言，一是高壓發泡設備，環形生產線，少次(1-3次)澆注為主的生產線方式。二是中、低壓發泡設備，多次 (7次以上)澆注為主的生產方式。目前具備規模的逐漸轉為第一種發泡方式。高壓發泡設備少次成型的環形生產方式對于發泡材料技術要求較高，由于太陽能內膽壁較薄，承擔發泡壓力小，一次性澆注方式的推廣受制于內膽的承受壓力和外皮的接縫咬合工藝。要求聚氨酯發泡材料在發泡過程中流動性好，發泡壓力低，熟化快的特點，整體填充密度在40-43kg/m3之間。中、低壓多次澆注成型的方式由于是半自由發泡方式，一端為敞開式澆注，特別是在冬天密閉的發泡空間內，聚氨酯發泡料要求發泡氣味小，發泡料的反應時間較前者要快， 發泡壓力較小，流動性一般，整體填充密度在38_4^g/m3太陽能行業這幾年呈高速發展，現在出現多極化發展的狀況。皇明太陽能目前全部使用141b型組合聚醚，在02年曾試驗過全水發泡體系，沒有批量生產，245fa體系曾關注過，沒有采用。力諾、太陽雨公司06年陸續與霍尼韋爾公司合作采用245fa發泡體系，目前由于成本高原因，僅小批量使用。北京桑普太陽能06-08年出口歐洲的太陽能為使用全水體系組合聚醚，量較小。其他太陽能廠家目前均為141b發泡體系。由于上述所說太陽能行業無氟替代方向出現多極化發展，已經陸續進行了全水、 141b、245fa等體系的實驗級驗證和小批量使用，隨著全球氣候的變化無常和加速變暖，環保問題已經成為重要事宜，也盡管規定2030年全面停止HCFC的生產和消費，到2013年把我國HCFC消費量凍結到2009和2010年的平均水平(基線水平)，并在2015年削減10%，但隨著全球經濟的發展，HCFC-Hlb發泡劑的替代已經顯得很迫切，生產企業應該根據自己企業的特點在產品能效、成本和安全等方面綜合考慮，積極響應國家政策的號召和環保要求，領先一步盡早制定淘汰計劃。
作為第三代的發泡劑，正戊烷具有如下特點 (1) ODP值為零，GffP值較低，符合環保要求，采用戊烷發泡技術，可以一次到位，避
免再次替換。(2)可燃物，容易爆炸。(3)泡沫的密度低，泡沫的芯密度最低可以降到34kg/m3，從而降低泡沫的使用量， 降低了發泡料的成本。(4)泡沫的流動性和脫模性提高，泡沫的密度分布更加均勻，脫模時間降低，提高了工作效率。由于正戊烷具有一定的危險性，所以要做到以下幾點(1)正戊烷應該存放在遠離人員密集的區域，并且儲料罐要埋在地下；(2)正戊烷的使用應該限制在一定的區域內； (3)禁止與生產操作無關的人員進入使用正戊烷的區域內；(4)所有使用設備要具有防爆裝備；(5)生產區內要有防靜電設備；(6)生產區要有正戊烷檢測報警裝置；(7)生產區要有良好的通風、排氣裝置。戊烷類發泡劑在其他領域已經使用了幾十年，甚至在冰箱行業也已經使用了 10 年左右，沒有發生一起安全事故，因此，只要嚴格按照安全操作規程生產，事故是完全可以避免的。各類發泡劑物性參數見下表
名稱CFC-Il141b365mfc245fa環戊烷正戊烷異戊烷CO2分子量137. 4116. 914813470727244沸點°c23.731.740.015.349.536.027.8-78.4閃點。C無無-27無-37-56.2-57無λ (25 °C)mW /'m.K8.2310.110.612.212.0151516ODP10.11000000GWP46006308909501111111目前，市場上應用于太陽能熱水器水箱填充的組合料由于聚醚多元醇、催化劑的選擇不當，存在以其生成的泡沫與基材粘結力差、內部開裂、表面空洞多、導熱系數高、泡空粗大等質量缺陷，而且A組分采用的發泡劑一般為一氟二氯乙烷(HCFC-Hlb)，該發泡劑對大氣臭氧層仍有破壞作用，在3-5年內將會被淘汰。

發明內容
本發明的目的是提供一種采用正戊烷為發泡劑的太陽能熱水器用組合料及其制法，通過多元醇及助劑的選擇，成功解決了太陽能熱水器水箱填充過程的質量缺陷，同時選用了第三代零ODP發泡劑正戊烷，符合環保要求，使用該組合料制得的太陽能熱水器水箱泡沫與基材粘結力強，耐高低溫性能優異、表面光滑、保溫性能優異，完全滿足太陽能熱水器的使用和環保要求。本發明所述的一種采用正戊烷為發泡劑的太陽能熱水器用組合料，由A組份和B 組份組成，其中A組份為，以重量百分數計聚醚多元醇A 42 -一 46% ；
聚醚多元醇B 26 -一 30% ；
聚酯多元醇C 3 5% ；
生物基多元醇D :3 5% ；
泡沫穩定劑1. 2~ 2. 0% ；
水1. 2 1. 6%
發泡劑14 -18% ；
催化劑0. 5~ 2. 0% ；
其中
聚醚多元醇A為6.0官能度，分子量為800 1000的聚環氧丙烷醚多元醇，
聚醚多元醇B為4.0官能度，分子量為500 700的聚環氧丙烷醚多元醇，
聚酯多元醇C為2官能度，分子量為300 400的苯酐聚酯多元醇，
生物基多元醇D為3官能度，分子量為800 1000的蓖麻油多元醇，泡沫穩定劑為SI-C類表面活性劑B-8525，發泡劑為正戊烷，水為去離子水，催化劑為叔胺類催化劑；B組份為多苯基多亞甲基多異氰酸酯。其中，叔胺類催化劑采用N，N, N，，N”，N” -五甲基二乙烯三胺、三乙烯二胺33wt% 的丙二醇溶液和1，3，5-三(二甲基氨基丙基)六氫三嗪，其中三者的質量比是1 3 5 6 10。N，N，N，，N”，N”-五甲基二乙烯三胺選用美國空氣化工的PC-5、三乙烯二胺 33%的丙二醇溶液選用美國空氣化工的A-33、l，3，5-三(二甲基氨基丙基)六氫三嗪選用美國空氣化工的PC-41。泡沫穩定劑B-8525生產廠家為德國高施密特。本發明所述采用正戊烷為發泡劑的太陽能熱水器用組合料的制法，具體制法如下制備A組份料先將稱量好的聚醚多元醇、聚酯多元醇、生物基多元醇裝入反應釜中攪拌，然后加入稱量好的催化劑、發泡劑、水、泡沫穩定劑，在常溫下反應，攪拌2 3小時，即可裝桶；B組份料為多苯基多亞甲基多異氰酸酯，選用市售產品即可；將A、B組份料按A B = 100 100 105的重量比混合，即可制成太陽能熱水器填充用聚氨酯硬質泡沫。本發明的優點在于A、B組份經充分混合后注入太陽能熱水器水箱空腔中，流動性好，發泡過程中壓力低，能夠較好的保持太陽能熱水器水箱的外觀，同時無擠扁內膽現象； 在低至_35°C的低溫環境放置過程中水箱無脫殼、泡沫開裂現象；真空管處泡沫表面光滑無空洞；泡沫泡孔細膩，導熱系數低，保溫性能優異，完全符合客戶的使用和環保要求。A、B 料均是在20-25°C的常溫下進行，既節約能源又減少供能設備和繁瑣的操作。由A、B組份料生產太陽能熱水器用聚氨酯泡沫材料也是在常溫、常壓下進行，工藝簡單，易操作，揮發低，無三廢，產品質量穩定，生產成本低。經檢測太陽能熱水器填充用聚氨酯泡沫產品質量指標，可以達到模塑芯密度32_40Kg/m3壓縮強度彡140kPa導熱系數彡 0. 020mff/m · K尺寸穩定性-20°C,24h ^ 0. 5%IOO0C, 24h ^ 1. 0%閉孔率彡92%性能完全達到了太陽能熱水器填充用硬質聚氨酯泡沫塑料的要求。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明做進一步說明。實施例1 制備A組份料100公斤，分別稱量聚醚多元醇A(6官能度，分子量為850的聚環氧丙烷醚多元醇)44公斤，聚醚多元醇B (4. 0官能度，分子量為610的聚環氧丙烷醚多元醇)28公斤，聚酯多元醇C (2官能度，分子量為340的苯酐聚酯多元醇)4公斤，生物基多元醇D (3官能度，分子量為沈0的蓖麻油多元醇)4公斤，催化劑PC-5 0. 1公斤，催化劑 A-330. 5公斤，催化劑PC-41 0. 6公斤，去離子水1. 3公斤，B-8525 1. 5公斤，正戊烷16公斤。將稱量好的聚醚多元醇裝入反應釜中攪拌，然后分別加入稱好的催化劑、水、穩定劑、發泡劑、，在常溫下攪拌組合反應，攪拌2小時，取出進行檢驗，滿足工藝參數，發出滿意泡沫， 即得A組份合格產品，從反應釜中取出裝桶入庫。B組份料為多苯基多亞甲基多異氰酸酯。將A、B組份料按A B = 100 100重量配比混合制成太陽能熱水器填充用聚氨酯泡沫，檢測產品質量指標。模塑芯密度36.4kg/m3壓縮強度158kPa導熱系數0. 0199mff/m · K尺寸穩定性-20°C,24h 0. 17%IOO0C, 24h 0. 43%閉孔率95.2%實施例2 制備A組份料100公斤，分別稱量聚醚多元醇A(6官能度，分子量為900的聚環氧丙烷醚多元醇)46公斤，聚醚多元醇B (4. 0官能度，分子量為650的聚環氧丙烷醚多元醇)26公斤，聚酯多元醇以2官能度，分子量為320的苯酐聚酯多元醇)5公斤，生物基多元醇D (3官能度，分子量為250的蓖麻油多元醇)5公斤，催化劑PC-5 0. 1公斤，催化劑 A-330. 4公斤，催化劑PC-41 0. 8公斤，去離子水1. 2公斤，B-8525 1. 5公斤，正戊烷14公斤。將稱量好的聚醚多元醇裝入反應釜中攪拌，然后分別加入稱好的催化劑、水、穩定劑、發泡劑、，在常溫下攪拌組合反應，攪拌2小時，取出進行檢驗，滿足工藝參數，發出滿意泡沫， 即得A組份合格產品，從反應釜中取出裝桶入庫。B組份料為多苯基多亞甲基多異氰酸酯。將A、B組份料按A B = 100 105重量配比混合制成太陽能熱水器填充用聚氨酯泡沫，檢測產品質量指標。模塑芯密度35. 4kg/m3壓縮強度162kPa導熱系數0. 0197mff/m · K尺寸穩定性-20°C,24h 0. 13%IOO0C, 24h 0. 35%閉孔率94.2%實施例3 制備A組份料100公斤，分別稱量聚醚多元醇A(6官能度，分子量為880的聚環氧丙烷醚多元醇)45公斤，聚醚多元醇B (4. 0官能度，分子量為600的聚環氧丙烷醚多元醇)27公斤，聚酯多元醇C (2官能度，分子量為340的苯酐聚酯多元醇)4公斤，生物基多元醇D (3官能度，分子量為270的蓖麻油多元醇)5公斤，催化劑PC-5 0. 1公斤，催化劑 A-330. 5公斤，催化劑PC-41 0. 7公斤，去離子水1. 4公斤，B-8525 1. 3公斤，正戊烷15公斤。將稱量好的聚醚多元醇裝入反應釜中攪拌，然后分別加入稱好的催化劑、水、穩定劑、發泡劑、，在常溫下攪拌組合反應，攪拌2小時，取出進行檢驗，滿足工藝參數，發出滿意泡沫， 即得A組份合格產品，從反應釜中取出裝桶入庫。 B組份料為多苯基多亞甲基多異氰酸酯。
將A、B組份料按A B = 100 105重量配比混合制成太陽能熱水器填充用聚氨酯泡沫，檢測產品質量指標。
模塑芯密度35. 8kg/m3
壓縮強度168kPa
導熱系數0. 0198mff/m · K
尺寸穩定性
-20°C,24h 0. 08%
IOO0C, 24h 0. 24%
閉孔率94. 8%。
權利要求
1. 一種采用正戊烷為發泡劑的太陽能熱水器用組合料，其特征在于由A組份和B組份組成，其中A組份為，以重量百分數計聚醚多元醇A 42 -一 46% ；聚醚多元醇B 26 -一 30% ；聚酯多元醇C 3 5% ；生物基多元醇D 3 5% ；泡沫穩定劑1. 2 2. 0%水1. 2 1. 6%發泡劑14 -18% ；催化劑0. 5 2. 0%其中聚醚多元醇A為6. 0官能度，分子量為800 1000的聚環氧丙烷醚多元醇， 聚醚多元醇B為4. 0官能度，分子量為500 700的聚環氧丙烷醚多元醇， 聚酯多元醇C為2官能度，分子量為300 400的苯酐聚酯多元醇， 生物基多元醇D為3官能度，分子量為800 1000的蓖麻油多元醇， 泡沫穩定劑為SI-C類表面活性劑B-8525， 發泡劑為正戊烷， 水為去離子水， 催化劑為叔胺類催化劑； B組份為多苯基多亞甲基多異氰酸酯。
2.根據權利要求1所述的采用正戊烷為發泡劑的太陽能熱水器用組合料，其特征在于叔胺類催化劑采用N，N, N，，N”，N”-五甲基二乙烯三胺、三乙烯二胺33wt%的丙二醇溶液和1，3，5_三(二甲基氨基丙基)六氫三嗪，其中三者的質量比是1 3 5 6 10。
3.一種制備權利要求1所述采用正戊烷為發泡劑的太陽能熱水器用組合料的制法，其特征在于制備A組份料先將稱量好的聚醚多元醇、聚酯多元醇、生物基多元醇裝入反應釜中攪拌，然后加入稱量好的催化劑、發泡劑、水、泡沫穩定劑，在常溫下反應，攪拌2 3小時，即可裝桶；將A、B組份料按A B = 100 100 105的重量比混合，即可制成太陽能熱水器填充用聚氨酯硬質泡沫。
全文摘要
本發明屬于聚氨酯泡沫塑料技術領域，具體涉及一種采用正戊烷為發泡劑的太陽能熱水器用組合料及其制法，由A組份和B組份組成，其中A組份由多元醇、泡沫穩定劑、水、發泡劑和催化劑組成；B組份為聚合二苯基甲烷二異氰酸酯。使用時，將A、B組份料混合即可制成太陽能熱水器填充用聚氨酯硬質泡沫。本發明的A、B組份經充分混合后注入太陽能熱水器水箱空腔中，流動性好，發泡過程中壓力低，能夠較好的保持太陽能熱水器水箱的外觀，同時無擠扁內膽現象；在低至-35℃的低溫環境放置過程中水箱無脫殼、泡沫開裂現象；真空管處泡沫表面光滑無空洞；導熱系數低，保溫性能優異，完全符合客戶的使用和環保要求。
文檔編號C08G101/00GK102558492SQ201110431299
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者劉軍, 李曉芳, 王新莉, 王玉 申請人:山東東大一諾威新材料有限公司