CN107857865A - 一种汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫及其制备方法,其包括聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C、聚醚多元醇D、化学发泡剂、复合催化剂、泡沫稳定剂、交联/扩链剂、以及全MDI体系异氰酸酯。本发明通过合理配比各反应性组分用量,采用全水发泡、低气味反应型环保助剂,选择合适的经过复配而成的异氰酸酯,所得泡沫自身是阻燃的,无需添加任何阻燃剂,且泡沫气味较低,应用于汽车座椅可提升环保性。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯软质泡沫领域,涉及一种汽车座椅用形状记忆聚氨酯泡沫及其制备方法。具体来说,该软质泡沫具有形状记忆功能,泡沫本身是环保阻燃的,由不含任何阻燃剂的组合物形成。
背景技术
目前,汽车行业发展迅速,人们对乘坐舒适性要求也越来越高。慢回弹泡沫又被称为记忆泡沫,由于其具有形状记忆功能,阻尼性好,良好的吸音减震功能,将其作为座椅软垫材料时,能够依顺人体不同部位的形状,与人体接触,体压分布均匀,应力得到分散,有利于人体血液循环,减少人体疲劳感,增加乘坐舒适性。
常规慢回弹模塑泡沫制备时主要是在高活性聚醚中按一定比例掺混低分子量低活性聚醚(市场称之为慢回弹聚醚),制备的慢回弹泡沫较容易闭孔,造成泡沫收缩变形,因此在制备泡沫时往往依靠添加一定比例开孔剂来进行开孔,用这种方法制备的泡沫泡孔结构大小不一,强度低、手感差。为提升泡沫阻燃性还需要在原料中添加阻燃剂,造成泡沫气味较大,燃烧时发烟量大,毒性强。同时制备泡沫时还往往需要采用相对较低的异氰酸酯指数,组合多元醇组分与异氰酸酯组分间反应不充分,尤其是一些低分子量、低官能度小分子物质不能有效参与反应,导致泡沫压变性能较差,力学性能降低、支撑性差且泡沫气味较大,不利于在汽车座椅上推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种胀气记忆海绵的制作方法,该泡沫为气囊型设计,对低分子量聚醚及异氰酸酯指数具有较低的依赖性,配方宽容度大,泡沫手感好,胀气感足,低回弹效果好且力学性能高,应用于汽车座椅上兼具支撑性与阻尼吸能性,提升舒适性。
本发明的目的是通过合理配比各反应性组分用量,采用全水发泡、低气味反应型环保助剂,选择合适的经过复配而成的异氰酸酯,所得泡沫自身是阻燃的,无需添加任何阻燃剂,且泡沫气味较低,应用于汽车座椅可提升环保性。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫,包括组分A和组分B,所述组分A包括以下重量份的组分:
组分B为全MDI体系异氰酸酯;
其中,组分B的用量按照异氰酸酯指数为70~110确定,异氰酸酯指数为组分B中的NCO基团与组分A中聚醚多元醇中的OH或活性H基团的比例;实际应用中,组分B的用量可通过异氰酸酯指数结合反应体系中存在的反应性组分的总的物质的量来确定;
聚醚多元醇A是由含活性氢基团的小分子量多元醇化合物为起始剂,端基为氧化乙烯封端的氧化丙烯与氧化乙烯开环聚合共聚物,聚醚官能度为3,羟值32~50mgKOH/g,氧化丙烯含量小于30%,氧化乙烯含量小于75%;
聚醚多元醇B是由含活性氢基团的小分子量多元醇化合物为起始剂,与氧化丙烯开环聚合反应合成,聚醚官能度为3,羟值105~280mgKOH/g,氧化丙烯含量大于90%;
聚醚多元醇C是由含活性氢基团的小分子量多元醇化合物为起始剂,端基为氧化乙烯封端的氧化丙烯与氧化乙烯开环聚合共聚物,聚醚官能度为3,羟值32~40mgKOH/g,氧化丙烯含量小于30%,氧化乙烯含量大于50%;
聚醚多元醇D是由聚醚多元醇与乙烯基单体在引发剂作用下接枝共聚而成,官能度为2.7~3,羟值20~30mgKOH/g,氧化乙烯含量65~90%,氧化丙烯含量10~30%;聚醚多元醇D是一种改性聚醚多元醇,或称为聚合物多元醇或接枝聚醚多元醇;
化学发泡剂为水;
复合催化剂为叔胺催化剂;
泡沫稳定剂为非水解型低雾化有机硅表面活性剂;
交联/扩链剂中交联剂为小分子量三醇或醇胺类化合物,具有三个或三个以上官能度;扩链剂为具有两个异氰酸酯-反应性基团的羟基二醇或醚,所述交联/扩链剂混合物中交联剂和扩链剂的重量比为3∶7~7∶3。
化学发泡剂为水,无杂质、无色透明,代替传统的对大气层有破坏作用的发泡剂,与改性MDI反应产生二氧化碳气体,用来控制泡沫密度。
优选的,聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C中小分子量多元醇化合物的起始剂为丙三醇或三羟甲基丙烷。通常情况下,小分子量指相对分子量小于400的称为小分子量。
优选的,聚醚多元醇D是由聚醚多元醇与乙烯基单体在引发剂作用下接枝共聚而成,所述乙烯基单体为丙烯腈、苯乙烯、醋酸乙烯酯中的一种。
优选的,所述叔胺催化剂为美国气体化工公司的三乙烯二胺含量为33%的创新二醇溶液(33LX),奥斯佳材料科技公司的NA-720,美国亨斯迈公司的羟基叔胺中二甲基乙醇胺(DMEA)、二甲氨基乙氧基乙醇(DMAEE)、N,N,N’-三甲基-N’-羟乙基双氨乙基醚(ZF-10)、N,N-双(二甲氨基丙基)异丙醇胺(ZR-50),迈图新材料公司的NIAXEF﹣600中的任意一种或两种以上组合物。
复合催化剂为上述几种催化剂中的一种或几种复合而成,在反应过程中催化剂可平衡发泡反应与凝胶反应,保证聚合物的形成和二氧化碳气体的产生速率相协调,在发泡反应的同时,泡沫体已具备适当的强度,支撑泡沫不发生塌泡,同时又能将气体包裹在泡沫体内却又不至于造成泡沫收缩。反应速率和凝胶速率间平衡的协调,依赖于合适催化剂的选择或复合及其相互间产生的协同效应。
优选的,所述泡沫稳定剂为美国迈图新材料集团的L-580或L-3635、德国赢创工业集团的B-8002或B-8715LF2或B-8870、奥斯佳材料科技(上海)有限公司的UF-5766、南京美思德公司的AK-6688LV、AK-6628LV中的任意一种。
泡沫稳定剂可起到乳化反应物料,降低反应体系表面张力,稳定泡沫及调节泡孔的作用。上述泡沫稳定剂为普通聚氨酯软块泡、慢回弹泡沫及高回弹模塑泡沫用高活性或中低活性非水解型低雾化有机硅表面活性剂。
优选的,所述交联/扩链剂中交联剂为丙三醇(GLY)、三羟甲基丙烷(TMP)、二乙醇胺(DEOA)、三乙醇胺(TEOA)中的任意一种或两种以上组合物。
优选的,所述交联/扩链剂中扩链剂为1,4-丁二醇(BDO)、乙二醇(EG)、二甘醇(DEG)、1,3-丙二醇(DPG)、液化氢醌-二β-羟乙基醚(HQEE﹣L)和平均分子量最高为250的聚乙二醇中的任意一种或两种以上组合物。
所述交联/扩链剂可增加泡孔的支撑强度,增强发泡体系的稳定性,避免泡沫塌泡等质量问题的发生。其中,交联剂为具有三个及三个以上官能度。扩链剂增加了泡沫的玻璃化转变温度,它与异氰酸酯组分反应以形成泡沫中的聚氨酯硬性链段。
优选的,所述组分A中还包括泡沫增强剂、弹力剂中的一种或两种。
优选的,所述泡沫增强剂为改性植物油或植物脂,用量为以100重量份聚醚多元醇混合计,泡沫增强剂为2~15份,泡沫增强剂增加泡沫的空气流通,增强泡沫强度及手感,具有较低的指痕残留。
优选的,组分B的用量按照异氰酸酯指数为75~100确定。
优选的,全MDI体系异氰酸酯为MDI-50、氨基甲酸酯改性MDI、碳化二亚胺改性MDI、多苯基多亚甲基多异氰酸酯的混合物,平均官能度为2.0~2.2。上述三种改性MDI为二苯基甲烷二异氰酸酯和多羟基化合物反应制得的。
一种所述的汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C、聚醚多元醇D、复合催化剂、泡沫稳定剂、水、交联/扩链剂按重量份依次投入搅拌釜中,常温下充分混合均匀,得到组分A;
(2)将组分A和组分B按重量份在22~26℃下混合,倒入模具中反应,模温控制在45~55℃,熟化4~5min后开模,取出样件,得到阻燃型胀气记忆海绵。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明汽车座椅用聚氨酯泡沫的配方合理,在不添加开孔剂的情况下,制备的聚氨酯泡沫胀气感足,手感好,柔软舒适;通过本发明配方,不添加阻燃剂的情况下所制备的聚氨酯泡沫阻燃性能好;因此,在不添加开孔剂、阻燃剂的情况下,同时使用低气味的组分,使制备的聚氨酯泡沫气味较低,环保,适合广泛推广应用,尤其是将其应用于汽车座椅上,有利于司乘人员的身心健康,提升安全性及乘坐舒适性。
(2)本发明配方中所用异氰酸酯为复配的,对低指数异氰酸酯没有很大的依赖性,同时配方具有良好的宽容性,解决了现有技术中多元醇组分与异氰酸酯组分反应不充分带来的力学性能差、压变性能差的问题,进一步能够提高所制备的聚氨酯泡沫的力学性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明,但本发明并不局限于以下实施例。
以下实施例的汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫,包括下述组分,具体为:
聚醚多元醇A为3官能度,丙三醇(GLY)为起始剂,由氧化乙烯和氧化丙烯开环聚合反应而成的共聚多元醇,羟值为42mgKOH/g,分子量为4000。
聚醚多元醇B为3官能度,丙三醇(GLY)为起始剂,与氧化丙烯开环聚合反应而成的共聚多元醇,羟值为225~245mgKOH/g,分子量为700。
聚醚多元醇C为3官能度,三羟甲基丙烷(TMP)为起始剂,与氧化乙烯-氧化丙烯开环聚合反应而成的共聚多元醇,氧化乙烯含量大于55%,羟值为34mgKOH/g,分子量为5000。
聚醚多元醇D为聚合物聚醚多元醇,羟值为21~28mgKOH/g,分子量为6000,可以采用长华聚氨酯科技有限公司生产的羟值为19~23mgKOH/g的聚合物多元醇CHP-H45。
发泡剂为水。
泡沫稳定剂L-580,非水解型聚硅氧烷-聚氧乙烯共聚物,迈图新材公司。
泡沫稳定剂UF-5766,非水解型聚硅氧烷-聚氧乙烯共聚物,奥斯佳材料科技公司。
催化剂ZF-10,反应型叔胺发泡催化剂,亨斯迈公司。
催化剂NA-720,反应型叔胺凝胶催化剂,奥斯佳材料科技公司。
催化剂33LX,低气味凝胶/平衡性催化剂,美国气体化工公司。
交联/扩链剂为DEG与TMP的混合物,其中,交联/扩链剂混合物中DEG占60wt%,TMP占40wt%。
异氰酸酯为MDI-50、MDI与多元醇反应而成的氨基甲酸酯改性MDI和P-MDI的混合物,所得改性MDI的NCO含量为29~30%。
以下实施例的汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫的制备方法具体为:按照重量份配比,将聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C、聚醚多元醇D、发泡剂水、泡沫稳定剂、催化剂、交联/扩链剂配制成组分A。在室温条件下,按比例称取定量的异氰酸酯,与组分A混合,快速搅拌5~6s,迅速将发泡料倒进400mm×400mm×100mm的铝制模具中,在52℃模温下,熟化4~5min后,得到阻燃型胀气记忆海绵。在洁净通风的环境下熟化3天,并在标准试验条件下对各项性能进行测试。
实施例1~6各组分配方及组分A与组分B的比例,如表1所示。
表1实施例1~6组分配方及组分A与组分B的比例
按以上配方比例制备的产品,力学性能测试结果见表2,对比例为marcopolo记忆聚氨酯泡沫产品。
表2实施例1~6所制备的产品及对比例的力学性能测试结果
表2测试结果显示,即使在较宽的异氰酸酯范围内采用本发明制备的胀气记忆聚氨酯泡沫的撕裂强度、拉伸强度和断裂伸长率等性能均高于对比例marcopolo记忆聚氨酯泡沫,且泡沫具有较强的胀气感。
按以上配方比例制备的产品,环保性能(气味)测试结果见表3。
表3实施例1~6所制备产品及对比例的环保性能(气味)测试结果
表3中气味测试样件尺寸为100mm×50mm×40mm,容器为1L容积的无色透明洁净磨口具塞玻璃瓶,测试结果表明,无论在常温还是在80℃高温下,采用所述配方比例材料制备的胀气记忆聚氨酯泡沫气味环保性能均优于对比例marcopolo泡沫产品的气味性能,泡沫气味较低。
按以上配方比例制备的产品,环保性能(挥发物)测试结果见表4。
表4实施例1~6所制备产品的环保性能(挥发物)测试结果
表4环保性能测试结果表明采用所述材料制备的胀气记忆聚氨酯泡沫雾化值低于2mg,甲醛含量低于10mg/Kg,TVOC含量低于50μg C/g,三苯含量低于检出限,挥发物含量均低于标准要求,环保性能较好。
按以上配方比例制备的产品,其阻燃性能测试结果见表5。
表5实施例1~6所制备产品及对比例的阻燃性能测试结果
表5阻燃性能测试结果表明,采用该发明制备的胀气记忆聚氨酯泡沫阻燃性能完全满足《中华人民共和国交通运输行业标准JT/T1095-2016》中对弹性软垫材料的阻燃要求。且氧指数(标准要求≥22%)高于对比例marcopolo记忆聚氨酯泡沫。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1. 一种汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫,其特征在于,包括组分A和组分B,所述组分A包括以下重量份的组分:
聚醚多元醇A 50~70份
聚醚多元醇B 10~30份
聚醚多元醇C 5~30份
聚醚多元醇D 0~20份
化学发泡剂 1.5~5份
复合催化剂 1~4份
泡沫稳定剂 0.5~3.5份
交联/扩链剂 0.5~10份;
组分B为全MDI体系异氰酸酯;
其中,组分B的用量按照异氰酸酯指数为70~110确定,异氰酸酯指数为组分B中的NCO基团与组分A中聚醚多元醇中的OH或活性H基团的比例;
聚醚多元醇A是由含活性氢基团的小分子量多元醇化合物为起始剂,端基为氧化乙烯封端的氧化丙烯与氧化乙烯开环聚合共聚物,聚醚官能度为3,羟值32~50mgKOH/g,氧化丙烯含量小于30%,氧化乙烯含量小于75%;
聚醚多元醇B是由含活性氢基团的小分子量多元醇化合物为起始剂,与氧化丙烯开环聚合反应合成,聚醚官能度为3,羟值105~280mgKOH/g,氧化丙烯含量大于90%;
聚醚多元醇C是由含活性氢基团的小分子量多元醇化合物为起始剂,端基为氧化乙烯封端的氧化丙烯与氧化乙烯开环聚合共聚物,聚醚官能度为3,羟值32~40mgKOH/g,氧化丙烯含量小于30%,氧化乙烯含量大于50%;
聚醚多元醇D是由聚醚多元醇与乙烯基单体在引发剂作用下接枝共聚而成,官能度为2.7~3,羟值20~30mgKOH/g,氧化乙烯含量65~90%,氧化丙烯含量10~30%;
化学发泡剂为水;
复合催化剂为叔胺催化剂;
泡沫稳定剂为非水解型低雾化有机硅表面活性剂;
交联/扩链剂中交联剂为小分子量三醇或醇胺类化合物,扩链剂为具有两个异氰酸酯-反应性基团的羟基二醇或醚,所述交联/扩链剂混合物中交联剂和扩链剂的重量比为3∶7~7∶3。
2.根据权利要求1所述的一种汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫,其特征在于,聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C中小分子量多元醇化合物的起始剂为丙三醇或三羟甲基丙烷。
3.根据权利要求1所述的一种汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫,其特征在于,聚醚多元醇D是由聚醚多元醇与乙烯基单体在引发剂作用下接枝共聚而成,所述乙烯基单体为丙烯腈、苯乙烯、醋酸乙烯酯中的一种。
4. 根据权利要求1所述的一种汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫,其特征在于,所述叔胺催化剂为美国气体化工公司的三乙烯二胺含量为33%的创新二醇溶液,奥斯佳材料科技公司的NA-720,美国亨斯迈公司的羟基叔胺中二甲基乙醇胺、二甲氨基乙氧基乙醇、N,N,N’-三甲基-N’-羟乙基双氨乙基醚、N,N-双(二甲氨基丙基)异丙醇胺,迈图新材料公司的 NIAXEF﹣600中的任意一种或两种以上组合物。
5.根据权利要求1所述的一种汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫,其特征在于,所述泡沫稳定剂为美国迈图新材料集团的L-580或L-3635、德国赢创工业集团的B-8002或B-8715LF2或B-8870、奥斯佳材料科技(上海)有限公司的UF-5766、南京美思德公司的AK-6688LV、AK-6628LV中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫,其特征在于,所述交联/扩链剂中交联剂为丙三醇、三羟甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺中的任意一种或两种以上组合物;所述交联/扩链剂中扩链剂为1,4-丁二醇、乙二醇、二甘醇、1,3-丙二醇、液化氢醌-二β-羟乙基醚和平均分子量最高为250的聚乙二醇中的任意一种或两种以上组合物。
7.根据权利要求1所述的一种汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫,其特征在于,所述组分A中还包括泡沫增强剂、弹力剂中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的一种汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫的制备方法,其特征在于,组分B的用量按照异氰酸酯指数为75~100确定。
9.根据权利要求1所述的一种汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫的制备方法,其特征在于,全MDI体系异氰酸酯为MDI-50、氨基甲酸酯改性MDI、碳化二亚胺改性MDI、多苯基多亚甲基多异氰酸酯的混合物,平均官能度为2.0~2.2。
10.一种权利要求1~9所述的汽车座椅用全水环保阻燃型胀气记忆聚氨酯泡沫的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C、聚醚多元醇D、复合催化剂、泡沫稳定剂、水、交联/扩链剂按重量份依次投入搅拌釜中,常温下充分混合均匀,得到组分A;
(2)将组分A和组分B按重量份在22~26℃下混合,倒入模具中反应,模温控制在45~55℃,熟化4~5min后开模,取出样件,得到阻燃型胀气记忆海绵。
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