CN109438669B - 低voc高吸音性能的聚氨酯泡沫及其用途 - Google Patents

低voc高吸音性能的聚氨酯泡沫及其用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低VOC高吸音性能的聚氨酯泡沫及其用途，主要解决了现有技术中VOC含量高、高频段吸音性能差的技术问题。本发明通过采用一种低VOC高吸音性能的聚氨酯泡沫，由组分A和组分B组成，组分A与组分B的重量比为1:1.2～2.0，其中：组分A以重量百分比计包括：聚醚多元醇Ⅰ:60～80％，聚醚多元醇CHE‑6010：10～25％，扩链交联剂：2～10％，催化剂：0.1～1％，硅油：0.1～1.5％，水：2～8％，开孔剂：1～3％，抗氧剂：0.1～1％；其中聚醚多元醇Ⅰ选自分子量为300～6000，官能度为2～3；组分B为异氰酸酯与聚合异氰酸酯混合物及其用途的技术方案，较好的解决了该问题，可用于汽车顶棚的工业生产中。

Description

低VOC高吸音性能的聚氨酯泡沫及其用途
技术领域
本发明属于聚氨酯泡沫及其用途，特别是关于一种低VOC高吸音性能的聚氨酯泡沫及其用途。
背景技术
随着汽车工业化的不断发展，汽车内饰材料也在不断的更新换代，其中顶棚材料作为乘用车内部表面积最大的部件之一，它的轻质化、安全舒适性以及环保性一直是业内研究人员关注的重点。
汽车轻质化就是尽可能的降低车身整体质量，从而减少能耗，提高汽车的动力性能，减少污染物的排放，但同时得保证汽车的强度和安全性能，因此对于汽车顶棚材料，目前市面上最为流行的是聚氨酯泡沫材料，它具有质量轻、多硬度、耐老化、存放稳定以及能够满足客户对舒适度的要求等优点，显然我们针对这些优点，对材料提出了更高的要求，进入泡孔的声波振动使声能大量转化为热能进而吸音，这与材料的高开孔性分不开，另外低VOC含量的材料未来将在环保型汽车领域占据着重要之地。
VOC中文释意为有机挥发物，具有嗅觉，有刺激性，而且具有一定毒性。VOC主要包括醛类、胺类、苯类化合物、低分子醇类。按照国家标准GB18586-2001规定，选择较为严格的VOC定义，熔点低于室温而沸点在50～260℃之间的有机挥发物的总称，包括苯、甲苯、二甲苯以及其他有机挥发性物质，该标准规定其VOC总量小于35ppm。在聚氨酯泡沫塑料中主要存在以下4种挥发性有机化合物：(1)抗氧剂BHT或BHT同系物。这类抗氧剂主要来源于多元醇，因此常常不被重视；(2)泡沫稳定剂，主要以有机硅为基础的化合物；(3)催化剂，主要包括叔胺类有机物和二价或四价有机锡化合物；(4)挥发性阻燃剂，阻燃剂的含量越高，挥发性也就越高。因此，要降低聚氨酯材料中的VOC含量，需要选择或改造聚氨酯发泡用原材料，才能有效减少有机挥发物的存在。
近几年来，关于低VOC、高吸音性汽车顶棚材料的研究层出不穷，但大多数是从材料复合工艺的角度考虑，较少的涉及到聚氨酯泡沫组合料的研制开发。
中国专利CN103254391A制备了一种车内吸音聚氨酯材料，但并未给出相应的数据支撑，低VOC性也没有加以说明。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中聚氨酯泡沫的VOC含量高、高频段吸音性能差的问题，提供一种新的聚氨酯泡沫。该聚氨酯泡沫具有VOC含量低、高频段吸音性能好的优点。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的用途。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种低VOC高吸音性能的聚氨酯泡沫，由组分A和组分B组成，组分A与组分B的重量比为1:1.2～2.0，其中：组分A以重量百分比计包括：聚醚多元醇Ⅰ:60～80％，聚醚多元醇CHE-6010：10～25％，扩链交联剂：2～10％，催化剂：0.1～1％，硅油：0.1～1.5％，水：2～8％，开孔剂：1～3％，抗氧剂：0.1～1％；其中聚醚多元醇Ⅰ选自分子量为300～6000，官能度为2～3；组分B为异氰酸酯与聚合异氰酸酯混合物。
上述技术方案中，优选地，CHE-6010以重量份数计包括以下组分：
i.5～15份的聚脲多元醇，其中聚脲多元醇的黏度为1700～2500mpa.s，固含量为5～15％；
ii.85～95份的聚醚多元醇Ⅱ，其中聚醚多元醇Ⅱ的分子量为2000～8000，官能度为2～5；聚醚多元醇Ⅱ选自CHE-828、CHE-828D、CHE-330N或CHE-5602中的至少一种；聚脲多元醇的黏度为1700～2100mpa.s。
上述技术方案中，优选地，CHE-6010的制备方法包括以下步骤：
1)制备聚脲多元醇：a)将聚醚多元醇Ⅲ和多元胺混合得混合物Ⅰ，其中聚醚多元醇Ⅲ的分子量为2000～8000，官能度为2～5；b)在搅拌条件下向混合物Ⅰ中加入异氰酸酯进行反应得到混合物Ⅱ；c)在搅拌条件下向混合物Ⅱ中加入水得到混合物Ⅲ；d)在负压条件下蒸出小分子物质得到聚脲多元醇产物；其中聚醚多元醇Ⅲ选自CHE-828、CHE-828D、CHE-330N或CHE-5602中的至少一种；多元胺选自水合肼、乙二胺、丙二胺或苯二胺中的至少一种；异氰酸酯选自TDI、MDI或HDI中的至少一种；溶剂为水、甲醇或乙醇中的至少一种；多元胺和聚醚多元醇Ⅲ的摩尔比为1～3:1，异氰酸酯和聚醚多元醇Ⅲ的摩尔比为1～3:1，溶剂与聚醚多元醇Ⅲ的摩尔比为10～30:1；其中反应步骤a)中的反应时间为20～60min，反应温度为0～50℃；反应步骤b)中的反应时间为20～60min，反应温度为60～120℃，搅拌速度为200～500r/min；反应步骤c)中的反应时间为30～90min，反应温度为60～120℃,搅拌速度为200～500r/min；反应步骤d)中负压条件以表压计≤-0.085MPa，反应温度为90～130℃。
2)将所述的重量份数为5～15份的聚脲多元醇与重量份数为85～95份的聚醚多元醇Ⅱ混合得低醛型聚醚多元醇组合物。
上述技术方案中，优选地，聚醚多元醇Ⅰ选自CHE-828、CHE-330N、CHE-5603、CHE-220、CHE-210、CHE-204、CHE-310、CHE-307或CHE-303中的至少两种。
上述技术方案中，优选地，聚醚多元醇Ⅱ的分子量为3000～6000，官能度为2～3。
上述技术方案中，优选地，聚醚多元醇Ⅰ选自CHE-5603、CHE-220、CHE-210、CHE-204、CHE-310、CHE-307或CHE-303中的至少两种；其中聚醚多元醇Ⅰ选自分子量为300～4000，官能度为2～3。
上述技术方案中，优选地，扩链交联剂选自BDO、TEOA、DEG、GLY、DPG或EG中的至少一种；催化剂选自DMEA、ZR-70、ZR-50、Z-110或DPA中的至少一种；硅油选自AK8805、DC193、L580、L6915、B8534、B8444、B8462或B8409中的至少一种；开孔剂选自KF-28、O501、FK-8300或CHE-350D中的至少一种；抗氧剂为I245、PUR68、PUR70或I168中的至少一种；异氰酸酯与聚合异氰酸酯混合物选自MIPS、MDI50、S3051、M20S、PM200或5005中的至少两种。
本发明所解决的技术问题之二，本发明所采取的技术方案如下：低VOC高性能吸音的聚氨酯泡沫在汽车天窗遮阳板材或汽车顶棚材料中的应用。
本发明中，由于采用CHE-6010是低醛型聚醚，在组合料反应过程中能有效抑制甲醛，降低聚氨酯泡沫中的醛类含量，从而降低聚氨酯泡沫中的VOC含量；开孔剂选自KF-28、O501、FK-8300或CHE-350D中的至少一种，在该聚氨酯泡沫的组合料配方中选择了合适的开孔剂，使得聚氨酯泡沫孔道发生变化，提高了开孔率，从而使泡沫产品在中高频段表现出较好的吸音效果，取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
具体实施方式
表1.原料清单
Figure GDA0001951096430000041
Figure GDA0001951096430000051
Figure GDA0001951096430000061
Figure GDA0001951096430000071
实施例1
1.制备CHE-6010：在四口烧瓶中加入CHE-828D:650g，水合肼(含量为80％)：19.37g，在30℃下反应40min，得混合物Ⅰ；在搅拌速度为300r/min条件下向混合物Ⅰ中加入49.5gTDI，在120℃下反应40min得到混合物Ⅱ；在搅拌速度为300r/min条件下向混合物Ⅱ中加入32.5g水，在120℃下反应60min得到混合物Ⅲ；在负压表压为-0.095MPa，100℃下蒸馏出小分子物质得到聚脲多元醇；取步骤4中制备得到的聚脲多元醇10份，CHE-828 D:90份搅拌混合得CHE-6010。
2.制备组分A：100kg，准确称量聚醚多元醇Ⅰ：CHE-330N、CHE-220和CHE-303共计65kg，15kg聚醚多元醇Ⅱ：CHE-6010，10kg扩链剂EG，0.3kg反应型催化剂ZR-70，0.7kg硅油B8534和B8444，7kg蒸馏水，1.5kg开孔剂O501，0.5kg抗氧剂PUR68，分别加入到混料釜中，常温常压下搅拌1h，将其混合均匀后制成A料，待用。
3.制备组分B:150kg，准确称量MDI和聚合MDI的混合物，待用。
4.制备聚氨酯泡沫：控制反应温度在20～24℃范围内，将A、B组分依次注入到反应釜中，高速搅拌至混合均匀后，迅速转移至设定好尺寸的发泡箱中，发泡完成得到聚氨酯泡沫，熟化72小时，切片经复合工艺后制得汽车顶棚材料，聚氨酯泡沫材料性能结果如表4所示。
实施例2～5
实施例2至实施例5及比较例1至比较例3的实验按照实施例1的各个步骤及条件进行，唯一的区别在于步骤1至4中的原料种类及重量百分比的不同，见表2和表3。
表2实施例1至实施例5步骤1制备CHE-6010各组分的摩尔比
Figure GDA0001951096430000081
Figure GDA0001951096430000091
表3实施例1至实施例5中步骤2至步骤4各组分的原料重量百分比
Figure GDA0001951096430000092
Figure GDA0001951096430000101
Figure GDA0001951096430000111
Figure GDA0001951096430000121
表4实施例1至5和比较例1至3低VOC高吸音性能的聚氨酯泡沫检测数据
Figure GDA0001951096430000122
由表可知本发明实例中所涉及到的泡沫产品，其物性指标均满足市场要求，且开孔率、醛类及VOC含量均优于市场同类产品。
表5同一密度聚氨酯泡沫产品，吸音系数对比情况
Figure GDA0001951096430000123
Figure GDA0001951096430000131
由表5对比发现，本发明所涉及到的实例3得到的泡沫产品，在1250～6000HZ中高宽频段范围内，其吸音系数均高于其它市场产品。

Claims (5)

1.一种低 VOC 高吸音性能的聚氨酯泡沫，由组分 A和组分 B组成，组分 A与组分 B的重量比为 1:1.2～2.0，其中：组分 A以重量百分比计包括：聚醚多元醇Ⅰ:60～80%，聚醚多元醇 CHE-6010：10～25%，扩链交联剂：2～10%，催化剂：0.1～1%，硅油：0.1～1.5%，水：2～8%，开孔剂：1～3%，抗氧剂：0.1～1%；组分 B为异氰酸酯与聚合异氰酸酯混合物，CHE-6010以重量份数计包括以下组分：i.5～15份的聚脲多元醇，其中聚脲多元醇的黏度为1700～2100mpa·s，固含量为 5～15%；ii.85～95份的聚醚多元醇Ⅱ，聚醚多元醇Ⅱ选自CHE-828、CHE-828D、CHE-330N 或CHE-5602中的至少一种；聚醚多元醇Ⅰ选自CHE-828、CHE-330N、CHE-5603、CHE-220、CHE-210、CHE-204、 CHE-310、CHE-307或 CHE-303中的至少两种；
所述的CHE-6010的制备方法包括以下步骤：
1) 制备聚脲多元醇：
a)将聚醚多元醇Ⅲ和多元胺混合得混合物Ⅰ，其中反应时间为 20～60min，反应温度为0～50℃；
b)在搅拌条件下向混合物Ⅰ中加入异氰酸酯进行反应得到混合物Ⅱ，反应时间为 20～60min，反应温度为 60～120℃，搅拌速度为 200～500r/min；
c）在搅拌条件下向混合物Ⅱ中加入水得到混合物Ⅲ，反应时间为30～90min，反应温度为 60～120℃，搅拌速度为200～500r/min；
d）在负压条件下蒸出小分子物质得到聚脲多元醇产物，所述负压条件以表压计≤-0.085MPa，反应温度为 90～130℃；
其中，聚醚多元醇 Ⅲ选自 CHE-828、CHE-828D、CHE-330N 或 CHE-5602中的至少一种；多元胺选自水合肼、乙二胺、丙二胺或苯二胺中的至少一种；异氰酸酯选自 TDI、MDI 或HDI中的至少一种；多元胺和聚醚多元醇Ⅲ的摩 尔比为 1～3:1，异氰酸酯和聚醚多元醇Ⅲ的摩尔比为 1～3:1，水与聚醚多元醇Ⅲ的摩尔比为 10～30:1；
2)将重量份数为 5～15份的聚脲多元醇与重量份数为 85～95份的聚醚多元醇Ⅱ混合得低醛型聚醚多元醇组合物。
2.根据权利要求 1所述的低 VOC高吸音性能的聚氨酯泡沫，其特征在于聚醚多元醇Ⅰ选自 CHE-5603、CHE-220、CHE-210、CHE-204、CHE-310、CHE-307或CHE-303 中的至少两种。
3.根据权利要求 1所述的低 VOC高吸音性能的聚氨酯泡沫，其特征在于扩链交联剂选自BDO、TEOA、DEG、GLY、DPG或EG中的至少一种；催化剂选自DMEA、ZR-70、ZR-50、Z-110 或DPA中的至少一种；硅油选自 AK8805、DC193、L580、L6915、B8534、B8444、B8462或 B8409中的至少一种；开孔剂选自 KF-28、O501或FK-8300中的至少一种；抗氧剂为 I245、PUR68、PUR70或I168中的至少一种；异氰酸酯与聚合异氰酸酯混合物选自 MIPS、MDI50、S3051、M20S、PM200或 5005中的至少两种。
4.权利要求1所述的低 VOC高吸音性能的聚氨酯泡沫在汽车顶棚材料中的应用。
5.权利要求1所述的低 VOC高吸音性能的聚氨酯泡沫在汽车天窗遮阳板材中的应用。
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