CN110835400A - 高舒适度、低滞后损失和低voc的高回弹聚氨酯泡沫塑料及其制备方法和应用 - Google Patents

高舒适度、低滞后损失和低voc的高回弹聚氨酯泡沫塑料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料及其制备方法和应用，主要解决现有技术中存在聚氨酯泡沫塑料的舒适度低、滞后损失高和VOC高的问题。本发明由组分A和组分B组成，组分A与组分B的重量比为100:30～55，其中，组分A以重量份数计，包括以下组份：聚醚多元醇A1:50～70份，聚合物多元醇A2:30～50份，交联剂0.5～3份，无挥发性反应型催化剂0.5～2.5份，低雾化有机硅泡沫稳定剂0.3～1.5份，水1.5～2.5份，开孔剂0.5～5份；组分B为甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物；该发明制得的聚氨酯泡沫塑料具备舒适度高、滞后损失低、气味低和VOC低的优点，取得了较好的技术效果。可在交通工具座椅和办公家具中应用。

Description

高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料及其 制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种泡沫塑料的制备方法和应用，特别是关于高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料及其制备方法和应用。
背景技术
高回弹聚氨酯泡沫塑料属于聚氨酯泡沫材料的一种，具有质轻柔软，较高的回弹性，优良的减震缓冲特性，目前被广泛地应用于汽车、高铁、飞机等交通工具中。当前，轻量化、安全环保、舒适性成为汽车座椅用聚氨酯泡沫技术发展的新趋势。衡量座椅泡沫性能好坏的指标有很多种，其中滞后损失是一个既能反映座椅安全舒适性，又能反映泡沫耐久性的关键指标，已经引起了各大汽车主机厂的关注，并逐渐成为高品质座椅产品的性能表征指标。
研究表明，当泡沫在承受载荷时，以氢键结合的脲相区链段会发生滑移，氢键发生断裂重排，以新的构象来适应这种压缩状态，当卸载后，泡沫会恢复到最接近原始的状态，这个过程也存在氢键的断裂和重排，消耗了能量，从而产生滞后损失。滞后损失即滞后因子是负载所需能量与卸载所需能量的差，与负载所需能量的比值。
相关实验表明，滞后损失越高，泡沫的压缩变形及动态疲劳后的硬度损失越大，泡沫的耐疲劳性能越差。同时，滞后损失低的泡沫，可以有效地缓冲汽车行驶中的震动，从而产生更舒适的乘用体验。另外压缩硬度是乘用车座椅聚氨酯泡沫塑料的关键测试项目，与座椅的舒适性有密切的关系，为保持较好的舒适度，压缩硬度一般设定在5～9kPa。
聚氨酯行业在近十几年飞速发展，越来越多的聚氨酯产品应用到日常生活的各个领域，包括汽车领域。但人们随着经济高速发展，对于环境的诉求日益严苛。在消费者使用环节，聚醚多元醇、催化剂、低雾化有机硅泡沫稳定剂等原材料都决定了最终产品的性能，其中包括VOC排放，如醛类，苯类等物质。低VOC散发、低气味的聚氨酯产品已经越来越多的被要求使用到汽车内饰行业中去。本发明主要是通过选用具有更低不饱和度的聚醚多元醇，配合使用无挥发反应性催化剂及低雾化有机硅泡沫稳定剂，使得制备的泡沫具有更低的VOC。
中国专利CN104797616公开了一种用于制备具有高舒适性和低滞后损失的柔性聚氨酯软质泡沫的方法，通过含二苯基甲烷二和多异氰酸酯(MDI)系列的有机多异氰酸酯与聚醚反应制得的具有高舒适性和低滞后损失的聚氨酯软泡，其包括组分A和组分B，其中组分A包括：聚醚多元醇、有机硅泡沫稳定剂、催化剂、交联剂和水；组分B包括：氨基甲酸酯改性MDI。将组分A和组分B通过高压机混合后浇注成型，制备高回弹聚氨酯泡沫，其密度为63～83kg/m3，CLD压缩硬度为5～9kPa，滞后损失为13～20％。
中国专利申请号为2019109419174专利公开了一种低密度高性能高回弹泡沫塑料及其制备方法和应用。通过采用一种低密度高性能高回弹聚氨酯泡沫塑料，由组分A和组分B组成，组分A与组分B的重量比为100:50～80，其中：组分A以重量份数计，包括聚醚多元醇60～100份，交联剂1～5份，无挥发性反应型催化剂1～5.5份，有机硅泡沫稳定剂0.3～1.5份，水2.5～6份；组分B为异氰酸根含量为22～33％的氨基甲酸酯改性的MDI预聚体的技术方案，得到了密度在38～42.6kg/m3，但是滞后损失和VOC、气味未做说明。
聚氨酯泡沫塑料一般性能要求见下表1。
表1聚氨酯泡沫塑料的测试项目及指标要求
Figure BDA0002296784200000021
发明内容
使用MDI发制的高回弹座椅模塑泡沫密度一般都在60～80kg/m3范围内，且压缩硬度控制在5～9kPa，密度的下降意味着成本的降低，但同时会导致泡沫制品的滞后损失变大，舒适度变差。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低密度时舒适度差的问题，提供一种具有低密度时舒适度高和滞后损失低的高回弹泡沫塑料，在较低的密度下(45～55kg/m3)，依然能够保持较高的舒适度(压缩硬度5～9kPa)，较低的滞后损失(13～17％)，同时具有气味低和VOC低的优点；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制备方法；本发明所要解决的技术问题之三是提供一种与解决技术问题之一相对应的应用。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料，由组分A和组分B组成，组分A与组分B的重量比为100:30～55，其中，组分A以重量份数计，包括以下组份：聚醚多元醇A1:50～70份，聚合物多元醇A2:30～50份，交联剂0.5～3份，无挥发性反应型催化剂0.5～2.5份，低雾化有机硅泡沫稳定剂0.3～1.5份，水1.5～2.5份，开孔剂0.5～5份；组分B为甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物；其中聚醚多元醇A1的分子量为4000～15000，官能度为2～4，分子量分布离散系数为1.0～1.06，不饱和度≤0.05mmol/g，伯羟基的相对含量为70～95％；聚合物多元醇A2的羟值为15～28mgKOH/g，官能度为3，固含量为25～50％；无挥发性反应型催化剂选自Jeffcat ZF-10、Jeffcat Z-131、Jeffcat DPA、Jeffcat LE-15或Jeffcat LED-103中的至少一种；开孔剂选自CHK-350A或CHK-350D中的一种；低雾化有机硅泡沫稳定剂选自M-7770LV、M-7715LV或M-7716LV中的至少一种。
上述技术方案中，优选地组分A中聚醚多元醇A1的分子量为6000～10000，官能度为2～4，分子量分布离散系数为1.0～1.04，不饱和度≤0.03mmol/g，伯羟基的相对含量为85～95％。
上述技术方案中，优选地组分A中聚合物多元醇A2的羟值为17～27mgKOH/g，固含量为27～47％。
上述技术方案中，优选地组分A中交联剂选自2至4官能度的脂肪醇或脂肪醇胺中的至少一种。
上述技术方案中，优选地2至4官能度的脂肪醇胺选自二乙醇胺或三乙醇胺中的至少一种。
为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案包括如下步骤：
(1)组分A的配制：在容器A中按照重量份数计，加入聚醚多元醇A1:50～70份，聚合物多元醇A2：30～50份，交联剂0.5～3份，无挥发性反应型催化剂0.5～2.5份，低雾化有机硅泡沫稳定剂0.3～1.5份，水1.5～2.5份，开孔剂0.5～5份，搅拌，制备得到组分A；
(2)组分B的制备：在容器B中按照重量份数计，加入甲苯二异氰酸酯60～80份，二苯基甲烷二异氰酸酯20～40份，搅拌混合；
(3)将组分A和组分B通过高压或低压发泡机浇注于模具中，将模具温度设定在50～70℃，240～360秒开模从模具中取出，得到高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料，其中组分A与组分B的重量比为100:30～55。
为解决上述技术问题之三，本发明主要用在交通工具座椅和办公家具中应用。
本发明中的制备方法中由于采用了分子量为4000～15000，官能度为2～4，分子量分布离散系数为1.0～1.06，不饱和度≤0.05mmol/g，伯羟基相对含量为70～95％的聚醚多元醇A1；官能度为3，羟值为15～28mgKOH/g，固含量为25～50％的聚合物多元醇A2与交联剂、无挥发性反应型催化剂、低雾化有机硅泡沫稳定剂、水和开孔剂组成组分A；组分A与异氰酸根含量为39.5～44.8％的甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物组分B反应得到高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料，该聚氨酯泡沫塑料具备舒适度高(40％压缩强度5.3～8.2kPa)、滞后损失低(滞后损失13.2～17％)、气味低(2.5～3.0级)和VOC低(56～81ppm)的优点，取得了较好的技术效果。
具体实施方式
表2原料清单
聚醚多元醇A1:均来自于长华化学科技股份有限公司
Figure BDA0002296784200000051
聚醚多元醇A2:均来自于长华化学科技股份有限公司
原料名称 羟值 官能度 固含量
聚合物多元醇A2.1 25mgKOH/g 3 28％
聚合物多元醇A2.2 20mgKOH/g 3 42％
聚合物多元醇A2.3 18mgKOH/g 3 45％
交联剂：
原料名称 厂家
二乙醇胺 禾木新材料(上海)有限公司
三乙醇胺 禾木新材料(上海)有限公司
无挥发性反应型催化剂：
原料名称 厂家
Jeffcat ZF-10 亨斯曼
Jeffcat Z-131 亨斯曼
Jeffcat DPA 亨斯曼
Jeffcat LE-15 亨斯曼
Jeffcat LED-103 亨斯曼
低雾化有机硅泡沫稳定剂：
原料名称 厂家
M-7770LV 美思德
M-7715LV 美思德
M-7716LV 美思德
交联剂：
原料名称 分子量 官能度 厂家
CHK-350A 4000 3 长华化学科技股份有限公司
CHK-350D 7000 4.5 长华化学科技股份有限公司
组分B:
原料名称 厂家
甲苯二异氰酸酯Lupranate T-80 巴斯夫
二苯基甲烷二异氰酸酯Lupranate MIPS 巴斯夫
聚合二苯基甲烷二异氰酸酯Lupranate M20S 巴斯夫
其中聚醚多元醇A1.1、聚醚多元醇A1.2、聚醚多元醇A1.3、聚醚多元醇A1.4是不同官能度、不同分子量、不同分子量分布离散系数、不同饱和度和不同伯羟基相对含量的聚醚多元醇A1；聚合物多元醇A2.1、聚合物多元醇A2.2、聚合物多元醇A2.3是不同固含量、不同羟值的聚合物多元醇A2。
实施例1
(1)组分A的配制：在容器A中按照重量份数计，加入聚醚多元醇A1.1：60份，聚合物多元醇A2.2:40份，二乙醇胺：2份，Z-131：0.3份，DPA：0.3份，M-7770LV：0.5份，M-7715LV：0.5份；水：2.5份，CHK-350A：2份，搅拌10分钟，制备得到组分A；
(2)组分B的制备：在容器B中按照重量份数计，加入Lupranate T-80：70份，Lupranante M20S：30份，搅拌，得到异氰酸根含量为43.8％的组分B。
(3)将组分A和组分B通过高压或低压发泡机浇注于模具中，将模具温度设定在60℃，240秒开模从模具中取出，得到高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料，其中组分A与组分B的重量比为100:40，其产品性能检测数据如表5所示。
实施例2至实施例5
实施例2至实施例5实验按照实施例1的各个步骤进行，唯一的区别为反应原料种类、原料配比、反应时间和温度不同，具体见表3，制备得到高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料，其产品性能检测数据如表5所示。
表3实施例1至实施例5中各组分的原料重量份数
Figure BDA0002296784200000081
实施例6至8
实施例6至8的各个步骤进行，唯一的区别为反应原料种类、原料配比、反应时间和温度不同，具体见表4，制备得到的高舒适度、低滞后和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料产品性能检测数据如表5所示。
表4实施例6至实施例8及比较例1至3中各组分的原料重量份数
Figure BDA0002296784200000082
Figure BDA0002296784200000101
表5实施例1至8和比较例1至3制备的高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料的性能检测数据
Figure BDA0002296784200000102

Claims (7)

1.一种高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料，由组分A和组分B组成，组分A与组分B的重量比为100:30～55，其中，组分A以重量份数计，包括以下组份：聚醚多元醇A1:50～70份，聚合物多元醇A2:30～50份，交联剂0.5～3份，无挥发性反应型催化剂0.5～2.5份，低雾化有机硅泡沫稳定剂0.3～1.5份，水1.5～2.5份，开孔剂0.5～5份；组分B为甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物；其中聚醚多元醇A1的分子量为4000～15000，官能度为2～4，分子量分布离散系数为1.0～1.06，不饱和度≤0.05mmol/g，伯羟基的相对含量为70～95％；聚合物多元醇A2的羟值为15～28mgKOH/g，官能度为3，固含量为25～50％；无挥发性反应型催化剂选自Jeffcat ZF-10、Jeffcat Z-131、Jeffcat DPA、Jeffcat LE-15或Jeffcat LED-103中的至少一种；开孔剂选自CHK-350A或CHK-350D中的一种；低雾化有机硅泡沫稳定剂选自M-7770LV、M-7715LV或M-7716LV中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料，其特征在于组分A中聚醚多元醇A1的分子量为6000～10000，官能度为2～4，分子量分布离散系数为1.0～1.04，不饱和度≤0.03mmol/g，伯羟基的相对含量为85～95％。
3.根据权利要求1所述的高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料，其特征在于组分A中聚合物多元醇A2的羟值为17～27mgKOH/g，固含量为27～47％。
4.根据权利要求1所述的高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料，其特征在于组分A中交联剂选自2至4官能度的脂肪醇或脂肪醇胺中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料，其特征在于2至4官能度的脂肪醇胺选自二乙醇胺或三乙醇胺中的一种。
6.权利要求1所述的高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料的制备方法，包括如下步骤：
(1)组分A的配制：在容器A中按照重量份数计，加入聚醚多元醇A1:50～70份，聚合物多元醇A2：30～50份，交联剂0.5～3份，无挥发性反应型催化剂0.5～2.5份，低雾化有机硅泡沫稳定剂0.3～1.5份，水1.5～2.5份，开孔剂0.5～5份，搅拌，制备得到组分A；
(2)组分B的制备：在容器B中按照重量份数计，加入甲苯二异氰酸酯60～80份，二苯基甲烷二异氰酸酯20～40份，搅拌混合；
(3)将组分A和组分B通过高压或低压发泡机浇注于模具中，将模具温度设定在50～70℃，240～360秒开模从模具中取出，得到高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料，其中组分A与组分B的重量比为100:30～55。
7.权利要求1所述的高舒适度、低滞后损失和低VOC的高回弹聚氨酯泡沫塑料在交通工具座椅和办公家具中应用。
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