[发明专利]太阳能热水器水箱聚氨酯硬泡沫保温材料

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能热水器水箱保温材料，涉及特别采用聚氨酯类泡沫作为太阳能热水器水箱的保温材料。

背景技术

随着能源日益紧缺和环保压力的不断增大，世界各国都开始力推开发可再生能源，其中太阳能为利用和开发最广、发展前景最好的可再生能源，现已广泛应用于各行各业，太阳能热水器行业就是其中之一。我国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔，目前已是世界上太阳能热水器的第一使用国和生产国。

众所周知，对太阳能热水器来说，水箱保温材料的选择是至关重要的，目前能用作水箱的保温材料主要有聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、超细纤维等。聚氨酯泡沫是由异氰酸酯与聚醚组合物混合浇注至模具或水箱空腔内发泡制得，其中聚醚组合物含有聚醚多元醇、发泡剂、催化剂、固化剂、阻燃剂、稳定剂等，由于聚氨酯泡沫具有成型工艺简单、导热系数低等优势，是水箱主要采用的保温材料。

聚氨酯硬泡沫行业在不断发展过程中，发泡剂的选择是该行业一个研究的热点。早期主要采用的发泡剂是CFC-11（三氯一氟甲烷），但因其散发的CFC-11严重破坏大气臭氧层，已被世界各国禁止采用。目前，应用较多的发泡剂主要有：HCFC（氢氯氟烃）、HFC（氢氟烃）、HC（烷烃）、CO₂或水。HCFC因其ODP（臭氧损耗值）小于CFC-11，被当作CFC类发泡剂的第一代替代产品，在过度时期内暂时使用，但其对大气臭氧层仍然具有破坏性，现已逐渐被各国明令禁止使用。HFC和HC类发泡剂的ODP值为0，可替代CFC类发泡剂，但其易燃，生产操作不方便。采用CO₂发泡剂，或利用异氰酸酯和水反应生产的CO₂（水发泡）作为发泡剂，具有无毒、安全、不存在回收利用问题及不需要投资改造发泡设备的优点，是目前一种比较理想的发泡剂，例如文献（中国发明专利；专利号：CN 200910199487.X；专利名称：一种全水型组合聚醚及使用方法，聚氨酯硬质泡沫组合物；申请人：上海东大聚氨酯有限公司）便公开了一种全水型组合聚醚和利用水发泡生产的聚氨酯硬泡沫。

聚氨酯硬泡沫在生产过程中，因其本身特性、生产工艺以及生产工人操作技能等各方面的原因，普遍存在泡沫收缩的问题，容易导致泡沫与外壳部分脱落或全部脱落，最终导致外壳变形，真空管口泡沫开裂，更有甚者，内胆和外壳之间的聚氨酯硬泡沫横向或纵向开裂，大大地降低了水箱的保温效果。其收缩机理主要是：

1、聚氨酯硬泡沫的形成需经历发泡过程和熟化过程两个阶段。从物料混合到泡沫体积膨胀停止这个过程称为发泡过程，发泡过程结束直至泡沫体系内部化学反应结束，泡沫体达到最终强度这个过程称为熟化过程。发泡过程中，体系放出大量的反应热，反应热使发泡剂汽化进入泡沫体形成泡孔并不断膨胀，这时每个泡孔都受到外压大气压力和内压发泡剂膨胀力的作用。当泡孔内压大于外压时，发泡体系的体积就不断膨胀；当内外压力相等时，泡沫体不再膨胀。泡沫体积膨胀停止标志着熟化过程的开始。在熟化过程中，泡沫体不再放出反应热，温度慢慢降低(最终会降至环境温度)，这时泡孔内压力亦降低，产生内外压差。压差对泡沫体的形成产生一定的影响：若泡孔壁的强度足以支撑压差，则泡沫体不会发生明显的变形；若泡孔壁强度较弱，则泡沫体在压差作用下发生收缩。这种收缩现象通常用“成型收缩率”来表示，一般在1％ 以下，严重时可达5％，甚至更大。

2、目前，太阳热水器用聚氨酯硬泡沫发泡工艺都是采用一次或多次浇注自由发泡而成，以多次浇注为主。聚氨酯硬泡沫在生产过程中，生产原料必须在凝胶化时间（在制备高分子材料时，其反应体系粘度随高分子的链增长而增加，当分子链开始形成网络结构时，粘度会突然骤增，这个粘度开始骤增的点称为凝胶点，凝胶点对应的时间称为凝胶化时间）到来之前完全填满发泡空间（模具或水箱空腔内），凝胶化时间之后，虽然泡沫体积仍在继续膨胀，但所形成的泡沫，其手感软，泡孔将明显拉长，严重者可呈纤维状，其物理机械性能很差，本领域称之为“不良泡沫”。多次浇注的发泡方式因工艺步骤多，需要较长的时间才能完全填满，使得这种“不良泡沫”所占比例增大。再者相邻两次浇注形成的交界处泡沫，因收缩率的不同，受冷时，易造成泡沫开裂。

3、由于生产操作工人技术水平低、生产设施差、生产工艺不规范等其他原因，造成原料配比不科学或混合不匀等不规范操作，严重影响聚氨酯硬泡沫的使用性能。