本發(fā)明屬于太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著能源資源的日益緊缺和環(huán)保壓力的不斷增大，世界各國都開始大力開發(fā)可再生能源，其中，太陽能作為開發(fā)利用最廣、發(fā)展前景最好的可再生能源之一，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，太陽能熱水器行業(yè)就是其中之一。

目前，太陽能熱水器的集熱系統(tǒng)中常用的保溫材料為聚氨酯保溫材料，由于生產(chǎn)聚氨酯保溫材料的原材料存放環(huán)境一般較為簡陋，很容易使原料發(fā)生緩慢失效，降低聚氨酯保溫材料的保溫性能。聚氨酯保溫材料在生產(chǎn)過程中，因其自身特性、生產(chǎn)工藝及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(dǎo)致太陽能熱水器的集熱系統(tǒng)中泡沫與外殼部分脫落或全部脫落，最終導(dǎo)致外殼變形，真空管口泡沫開裂，甚至?xí)霈F(xiàn)內(nèi)膽和外殼之間的聚氨酯硬泡沫橫向或縱向開裂，大大降低了保溫效果。生產(chǎn)聚氨酯保溫材料常用的發(fā)泡劑如CFC-11(一氟三氯甲烷)等均為含氟發(fā)泡劑，容易在生產(chǎn)聚氨酯保溫材料的過程中，產(chǎn)生大量的含氟物質(zhì)，對(duì)大氣臭氧層具有耗散作用，破壞生態(tài)環(huán)境。雖然也有企業(yè)用HCFC-141b(一氟二氯乙烷)替代CFC-11作為發(fā)泡劑，使大氣臭氧層的耗散指數(shù)有所降低，但仍會(huì)對(duì)大氣臭氧層產(chǎn)生破壞，并日益積累，因而并不能完全解決發(fā)泡劑對(duì)大氣臭氧層破壞的問題。而歐洲等一些地區(qū)也有用環(huán)戊烷作為無氟發(fā)泡劑，但其生產(chǎn)的聚氨酯保溫材料易燃，安全性較低，使其應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種安全環(huán)保的用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料及其制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料，該保溫材料由包括以下重量份含量的組分制備而成：聚氨酯樹脂60-75份、聚丙烯酸20-30份、引發(fā)劑2-4份、助劑20-30份、催化劑1-3份、穩(wěn)定助劑2-4份、發(fā)泡劑9-15份及填料11-19份，所述的發(fā)泡劑包括對(duì)苯磺酰肼或?qū)妆交酋ｋ轮械囊环N或兩種。

所述的聚氨酯樹脂包括聚醚型聚氨酯樹脂或聚烯烴型聚氨酯樹脂中的一種或兩種。

所述的聚丙烯酸為多羥基聚丙烯酸。

所述的引發(fā)劑包括過氧化二叔丁基、過氧化二異丙苯或過氧化甲乙酮中的一種或多種。這幾種物質(zhì)在常溫下具有良好的穩(wěn)定性，能夠與穩(wěn)定劑配合并分散在樹脂中。

所述的助劑包括正庚烷或正丁醇中的一種或兩種。正庚烷及正丁醇均具有良好的溶解效果，并能夠在密煉反應(yīng)過程中自然揮發(fā)，將催化劑分散，使反應(yīng)更加充分。

所述的催化劑包括鈦酸正丁酯、鈦酸異丙酯或鈦酸乙酯中的一種或多種。以鈦酸酯作為催化劑，能夠通過烷氧基直接和羥基或羧基進(jìn)行化學(xué)作用，促進(jìn)聚氨酯樹脂發(fā)生內(nèi)交聯(lián)作用，并與聚丙烯酸發(fā)生酯化反應(yīng)。

所述的穩(wěn)定助劑包括2-乙基乙酸鉛、乙酰丙酮、二苯基硫脲或2-苯基吲哚中的一種或多種。穩(wěn)定助劑具有良好的交聯(lián)材料穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，能夠保證交聯(lián)反應(yīng)的成鍵穩(wěn)定。

所述的填料包括納米二氧化硅或納米碳酸鈣中的一種或兩種。

一種用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料的制備方法，該方法具體包括以下步驟：

(1)將聚氨酯樹脂與引發(fā)劑混合后，在攪拌狀態(tài)下滴加聚丙烯酸，之后在80-110℃下進(jìn)行密封反應(yīng)3-8h；

(2)分別加入催化劑及助劑，并在90-105℃下進(jìn)行密煉反應(yīng)2-4h；

(3)加入發(fā)泡劑，并在30-40℃下反應(yīng)1-2h；

(4)分別加入填料及穩(wěn)定助劑，攪拌1-2h后靜置，即得到所述的用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料。

步驟(1)中，攪拌速率為700-1000r/min，所述的聚丙烯酸的滴加速率為5-8g/min，所述的密封反應(yīng)的壓力為大氣壓的110-150％；

步驟(2)中，所述的密煉反應(yīng)在攪拌狀態(tài)下進(jìn)行，攪拌速率為1000-1500r/min；

步驟(3)中，所述的反應(yīng)在攪拌狀態(tài)下進(jìn)行，攪拌速率為500-800r/min；

步驟(4)中，所述的攪拌為常溫密封攪拌，攪拌速率為300-500r/min，攪拌后靜置8-10h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

1)采用二段式交聯(lián)，通過聚氨酯樹脂與聚丙烯酸的雙鏈交聯(lián)，不僅能夠保留聚氨酯樹脂導(dǎo)熱系數(shù)低的特性，還能保留聚丙烯酸優(yōu)良的力學(xué)性能，同時(shí)，利用催化劑使聚氨酯樹脂發(fā)生內(nèi)交聯(lián)，形成交錯(cuò)型連接鍵，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，并使保溫材料具有良好的保溫隔熱性能、耐高溫性能及耐腐蝕性能；

2)本發(fā)明采用對(duì)苯磺酰肼或?qū)妆交酋ｋ伦鳛榘l(fā)泡劑，使聚氨酯樹脂內(nèi)形成細(xì)微閉孔結(jié)構(gòu)，保證聚氨酯樹脂具有較小的收縮率及較大的抗撕裂強(qiáng)度；

3)制備方法簡便，反應(yīng)工藝條件溫和，安全環(huán)保，由于反應(yīng)溫度適中，避免了對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞，使材料性能更加穩(wěn)定，并降低了生產(chǎn)成本，易于進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1：

一種用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料，該保溫材料由包括以下重量份含量的組分制備而成：

聚氨酯樹脂60份、聚丙烯酸20份、引發(fā)劑2份、助劑20份、催化劑1份、穩(wěn)定助劑2份、發(fā)泡劑9份及填料11份。聚氨酯樹脂采用聚醚型聚氨酯，聚丙烯酸采用多羥基聚丙烯酸，引發(fā)劑采用過氧化二叔丁基，助劑采用正庚烷，催化劑采用鈦酸正丁酯，穩(wěn)定助劑采用2-乙基乙酸鉛，發(fā)泡劑采用對(duì)苯磺酰肼，填料采用納米二氧化硅。

其制備步驟如下：

步驟1，將聚氨酯樹脂與引發(fā)劑加入至反應(yīng)釜中，在攪拌狀態(tài)下緩慢滴加聚丙烯酸，加溫密封反應(yīng)3h，聚丙烯酸的滴加速率為5g/min，攪拌速率為700r/min，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)壓力為大氣壓的110％；

步驟2，將催化劑與助劑加入至反應(yīng)釜中，進(jìn)行密煉反應(yīng)2h，反應(yīng)溫度為90℃，攪拌速率為1000r/min；

步驟3，將發(fā)泡劑加入反應(yīng)釜中，在攪拌下進(jìn)行低溫反應(yīng)1h，反應(yīng)溫度為30℃，攪拌速率為500r/min；

步驟4，將填料與穩(wěn)定助劑加入至反應(yīng)釜中，密封攪拌1h，靜置8h，即可得到用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料，其中，密封攪拌采用常溫?cái)嚢瑁瑪嚢杷俾蕿?00r/min。

實(shí)施例2：

一種用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料，該保溫材料由包括以下重量份含量的組分制備而成：

聚氨酯樹脂75份、聚丙烯酸30份、引發(fā)劑4份、助劑30份、催化劑3份、穩(wěn)定助劑4份、發(fā)泡劑15份及填料19份。聚氨酯樹脂采用聚烯烴型聚氨酯，聚丙烯酸采用多羥基聚丙烯酸，引發(fā)劑采用過氧化二異丙苯，助劑采用正丁醇，催化劑采用鈦酸異丙酯，穩(wěn)定助劑采用乙酰丙酮，發(fā)泡劑采用對(duì)甲苯磺酰肼，填料采用納米碳酸鈣。

其制備步驟如下：

步驟1，將聚氨酯樹脂與引發(fā)劑加入至反應(yīng)釜中，在攪拌狀態(tài)下緩慢滴加聚丙烯酸，加溫密封反應(yīng)8h，聚丙烯酸的滴加速率為8g/min，攪拌速率為1000r/min，反應(yīng)溫度為110℃，反應(yīng)壓力為大氣壓的150％；

步驟2，將催化劑與助劑加入至反應(yīng)釜中，進(jìn)行密煉反應(yīng)4h，反應(yīng)溫度為105℃，攪拌速率為1500r/min；

步驟3，將發(fā)泡劑加入反應(yīng)釜中，在攪拌下進(jìn)行低溫反應(yīng)2h，反應(yīng)溫度為40℃，攪拌速率為800r/min；

步驟4，將填料與穩(wěn)定助劑加入至反應(yīng)釜中，密封攪拌2h，靜置10h，即可得到用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料，其中，密封攪拌采用常溫?cái)嚢瑁瑪嚢杷俾蕿?00r/min。

實(shí)施例3：

一種用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料，該保溫材料由包括以下重量份含量的組分制備而成：

聚氨酯樹脂65份、聚丙烯酸25份、引發(fā)劑3份、助劑25份、催化劑2份、穩(wěn)定助劑3份、發(fā)泡劑12份、填料15份。聚氨酯樹脂采用聚醚型聚氨酯，聚丙烯酸采用多羥基聚丙烯酸，引發(fā)劑采用過氧化甲乙酮，助劑采用正庚烷，催化劑采用鈦酸乙酯，穩(wěn)定助劑采用二苯基硫脲，發(fā)泡劑采用對(duì)苯磺酰肼，填料采用納米二氧化硅。

其制備步驟如下：

步驟1，將聚氨酯樹脂與引發(fā)劑加入至反應(yīng)釜中，在攪拌狀態(tài)下緩慢滴加聚丙烯酸，加溫密封反應(yīng)6h，聚丙烯酸的滴加速率為7g/min，攪拌速率為900r/min，反應(yīng)溫度為100℃，反應(yīng)壓力為大氣壓的135％；

步驟2，將催化劑與助劑加入至反應(yīng)釜中，進(jìn)行密煉反應(yīng)3h，反應(yīng)溫度為97℃，攪拌速率為1400r/min；

步驟3，將發(fā)泡劑加入反應(yīng)釜中，在攪拌下進(jìn)行低溫反應(yīng)1h，反應(yīng)溫度為35℃，攪拌速率為700r/min；

步驟4，將填料與穩(wěn)定助劑加入至反應(yīng)釜中，密封攪拌1h，靜置9h，即可得到用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料，其中，密封攪拌采用常溫?cái)嚢瑁瑪嚢杷俾蕿?00r/min。

對(duì)比例：

將聚氨酯硬泡材料作為對(duì)比例，與實(shí)施例1-3制備得到的用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料一起進(jìn)行性能測試，結(jié)果如下表所示：

由上表數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)施例1-3制備得到的用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料具有較小的導(dǎo)熱系數(shù)，因而保溫隔熱性能好；阻燃等級(jí)達(dá)到了B1級(jí)，具有良好的阻燃和耐高溫性能；密度較大，抗壓強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)更為緊實(shí)，耐用性好。

實(shí)施例4：

一種用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料，該保溫材料由包括以下重量份含量的組分制備而成：聚氨酯樹脂60份、聚丙烯酸30份、引發(fā)劑2份、助劑30份、催化劑1份、穩(wěn)定助劑4份、發(fā)泡劑9份及填料19份。

其中，聚氨酯樹脂為聚醚型聚氨酯樹脂；聚丙烯酸為多羥基聚丙烯酸；引發(fā)劑為過氧化二叔丁基；助劑包括正庚烷和正丁醇；催化劑為鈦酸正丁酯；穩(wěn)定助劑為2-乙基乙酸鉛；發(fā)泡劑為對(duì)苯磺酰肼；填料為納米碳酸鈣。

一種用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料的制備方法，該方法具體包括以下步驟：

(1)將聚氨酯樹脂與引發(fā)劑混合后，在700r/min的攪拌速率下，以5g/min的速率滴加聚丙烯酸，之后在90℃下進(jìn)行密封反應(yīng)5h，密封反應(yīng)的壓力為大氣壓的130％；

(2)分別加入催化劑及助劑，并在90℃、1000r/min的攪拌速率下進(jìn)行密煉反應(yīng)4h；

(3)加入發(fā)泡劑，并在35℃、600r/min的攪拌速率下反應(yīng)1.5h；

(4)分別加入填料及穩(wěn)定助劑，在300r/min下常溫密封攪拌2h，之后靜置10h，即得到用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料。

實(shí)施例5：

一種用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料，該保溫材料由包括以下重量份含量的組分制備而成：聚氨酯樹脂75份、聚丙烯酸20份、引發(fā)劑4份、助劑20份、催化劑3份、穩(wěn)定助劑2份、發(fā)泡劑15份及填料11份。

其中，聚氨酯樹脂為聚烯烴型聚氨酯樹脂；聚丙烯酸為多羥基聚丙烯酸；引發(fā)劑為過氧化甲乙酮；助劑為正庚烷；催化劑為鈦酸乙酯；穩(wěn)定助劑為乙酰丙酮；發(fā)泡劑為對(duì)甲苯磺酰肼；填料包括納米二氧化硅和納米碳酸鈣。

一種用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料的制備方法，該方法具體包括以下步驟：

(1)將聚氨酯樹脂與引發(fā)劑混合后，在1000r/min的攪拌速率下，以8g/min的速率滴加聚丙烯酸，之后在110℃下進(jìn)行密封反應(yīng)3h，密封反應(yīng)的壓力為大氣壓的150％；

(2)分別加入催化劑及助劑，并在105℃、1500r/min的攪拌速率下進(jìn)行密煉反應(yīng)2h；

(3)加入發(fā)泡劑，并在40℃、800r/min的攪拌速率下反應(yīng)1h；

(4)分別加入填料及穩(wěn)定助劑，在500r/min下常溫密封攪拌1h，之后靜置8h，即得到用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料。

實(shí)施例6：

一種用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料，該保溫材料由包括以下重量份含量的組分制備而成：聚氨酯樹脂68份、聚丙烯酸25份、引發(fā)劑3份、助劑25份、催化劑2份、穩(wěn)定助劑3份、發(fā)泡劑12份及填料17份。

其中，聚氨酯樹脂包括聚醚型聚氨酯樹脂和聚烯烴型聚氨酯樹脂；聚丙烯酸為多羥基聚丙烯酸；引發(fā)劑包括過氧化二叔丁基和過氧化二異丙苯；助劑為正丁醇；催化劑包括鈦酸正丁酯和鈦酸異丙酯；穩(wěn)定助劑包括二苯基硫脲和2-苯基吲哚；發(fā)泡劑為對(duì)苯磺酰肼和對(duì)甲苯磺酰肼；填料為納米二氧化硅。

一種用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料的制備方法，該方法具體包括以下步驟：

(1)將聚氨酯樹脂與引發(fā)劑混合后，在800r/min的攪拌速率下，以6g/min的速率滴加聚丙烯酸，之后在80℃下進(jìn)行密封反應(yīng)8h，密封反應(yīng)的壓力為大氣壓的110％；

(2)分別加入催化劑及助劑，并在97℃、1200r/min的攪拌速率下進(jìn)行密煉反應(yīng)3h；

(3)加入發(fā)泡劑，并在30℃、500r/min的攪拌速率下反應(yīng)2h；

(4)分別加入填料及穩(wěn)定助劑，在400r/min下常溫密封攪拌1.5h，之后靜置9h，即得到用于太陽能集熱系統(tǒng)的保溫材料。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。