CN111732705B - 一种适合低温使用的聚氨酯泡沫及其组合料和聚氨酯座椅 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适合低温使用的聚氨酯泡沫及其组合料和聚氨酯座椅，该聚氨酯泡沫用组合料由A组分和B组分组成，其中，A组分至少包含聚醚多元醇A和泡沫稳定剂，B组分至少包含纯MDI、TDI、MDI‑50、粗MDI、聚醚多元醇C和聚醚多元醇D，其中，所述聚醚多元醇A、聚醚多元醇C分别是以甘油为起始剂、用氧化乙烯封端的聚氧化丙烯三醇；所述聚醚多元醇D是二甘醇为起始剂、用氧化乙烯封端的聚氧化丙烯三醇。本发明的聚氨酯泡沫用组合料通过设计分子结构，同时辅助其他助剂，使得制备的聚氨酯泡沫在低温条件下，仍然有较好的回弹性能和合适的压缩强度等物性，用于座椅使得座椅在低温(‑15℃‑0℃)下仍然保持良好的舒适性。

Description

一种适合低温使用的聚氨酯泡沫及其组合料和聚氨酯座椅
技术领域
本发明属于聚氨酯技术领域，具体涉及一种适合低温使用的聚氨酯泡沫及其组合料和聚氨酯座椅。
背景技术
聚氨酯泡沫是常用的缓冲材料，透气性高，具有优良的抗疲劳性能，聚氨酯作为一种高分子材料，温度对聚氨酯的物性如回弹性、压陷硬度、舒适因子等有较大的影响，温度降低会使聚氨酯网络中的一些链段冻结，明显影响链段的迁移性。
目前市面上大多采用聚氨酯泡沫制作的聚氨酯座椅则没有专门对应产品，而直接使用普通聚氨酯座椅应用于室外低温下，通常会有明显的座椅发硬及回弹和舒适性下降的现象。
现有技术中，有人针对聚氨酯座椅的坐垫的舒适性进行了改进。
如专利CN101687970A公开的用于形成舒适度增加的聚氨酯制品的组合物，其包含亲水性多元醇和疏水性多元醇，亲水性多元醇富含环氧乙烷，疏水性多元醇富含环氧丙烷，该组合物通过上述特定亲水性多元醇和疏水性多元醇共同使用的方法来提高坐垫的舒适度和性能。
专利CN104401238B公开了一种汽车座椅海绵、制备方法、模具及汽车座椅，该汽车座椅海绵通过合理的密度分布，实现多密度和多硬度的特点，从而改善坐垫的舒适性。
专利CN104797616B公开了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，其主要通过改进4,4’-MDI和2,4’-MDI比例的方式来提高软质泡沫的舒适性。
专利CN110835400A公开了一种高舒适性、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，该聚氨酯泡沫由组分A和组分B构成，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。该聚氨酯泡沫塑料在较低的密度下保持坐垫较高的舒适性。
尽管上述专利对坐垫常温下使用的舒适性进行了一定的改进，但是聚氨酯坐垫的舒适性在低温下仍然有较明显的下降，业界仍需低温下有较高弹性和舒适性的聚氨酯座椅。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足提供一种改进的适合低温使用的聚氨酯泡沫用组合料。
本发明的第二个目的是提供一种聚氨酯泡沫。
本发明的第三个目的是提供一种聚氨酯泡沫的制备方法。
本发明的第四个目的是提供一种聚氨酯泡沫在聚氨酯座椅上的应用。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种聚氨酯泡沫用组合料，由A组分和B组分组成，按重量份计，所述A组分包括以下原料组成：
Figure BDA0002544897180000021
按重量份计，所述B组分包括以下原料组成：
Figure BDA0002544897180000022
其中，所述聚醚多元醇A、聚醚多元醇C分别是以甘油为起始剂、用氧化乙烯封端的聚氧化丙烯三醇；
所述聚醚多元醇D是二甘醇为起始剂、用氧化乙烯封端的聚氧化丙烯三醇。
优选地，按重量份计，所述A组分包括以下原料组成：
Figure BDA0002544897180000023
Figure BDA0002544897180000031
按重量份计，所述B组分包括以下原料组成：
Figure BDA0002544897180000032
根据本发明的一些实施例方面，所述A组分和B组分的质量比为100:40～60。
根据本发明的一些实施例方面，所述聚醚多元醇A的数均分子量为5000-8000，伯羟基含量大于等于80％。具体包括但不限于Wanol F3135、高桥石化的GEP-330N、GEP 828和可利亚KONIX的KE-810中的一种或几种。
根据本发明的一些实施例方面，所述聚合物多元醇为苯乙烯或丙烯腈接枝共聚的聚醚多元醇，数均分子量为5000-6000，官能度为3，固含量为30-45％。具体包括但不限于万华化学公司集团股份的Wanol POP2140、高桥石化的GPOP-H45Y和可利亚KONIX的KE880S的中的一种或多种。
根据本发明的一些实施例方面，所述聚醚多元醇B为数均分子量为10000-12000，用氧化乙烯封端的多官能度聚醚。具体包括但不限于万华化学的Wanol F4719、方大锦化化工的JH-628、长华CHE-822P中的一种或几种。
根据本发明的一些实施例方面，所述交联剂为二乙醇胺和/或三乙醇胺。
根据本发明的一些实施例方面，所述第一发泡剂为化学发泡剂，如水。
根据本发明的一些实施例方面，所述第二发泡剂为物理发泡剂，具体包括但不限于HCFC-141b、HFC-245fa、HFC-365mfc、环戊烷、异戊烷、二氯甲烷中的一种或几种。
根据本发明的一些实施例方面，所述泡沫稳定剂为非水解型低雾化有机硅表面活性剂。具体包括但不限于赢创的
Figure BDA0002544897180000041
8742LF2、
Figure BDA0002544897180000042
8736LF2、迈图的Niax Surfactants L-3628、迈图的Niax Surfactants L-3646J中的一种或几种。
根据本发明的一些实施例方面，所述开孔剂为以甘油为起始剂，官能度为3，环氧乙烷和环氧丙烷开环聚合并以有机硅氧烷改性的数均分子量为5000-6000的硅氧烷改性聚醚多元醇。具体包括但不限于DK-12(市售，山东蓝星东大有限公司)、上海高桥石油化工公司的GK-350D中的一种或几种。
根据本发明的一些实施例方面，所述催化剂为低雾催化剂、延迟性催化剂或反应性催化剂一种或几种的混合物。优选无挥发性反应型催化剂，具体包括但不限于亨斯迈公司的
Figure BDA0002544897180000043
DPA、
Figure BDA0002544897180000044
ZF-10、
Figure BDA0002544897180000045
Z-131、美国空气化工产品有限公司的
Figure BDA0002544897180000046
NE300、
Figure BDA0002544897180000047
NE1082和
Figure BDA0002544897180000048
NE1092中的一种或两种的混合物。
根据本发明的一些实施例方面，所述助剂为有助于降低聚氨酯玻璃化转变温度的助剂。具体包括但不限于苹果酸二盐、L-羟基琥珀酸二盐、酒石酸盐、柠檬酸盐及乳酸盐，优选苹果酸钠、酒石酸钠、琥珀酸钠中的一种或几种。
根据本发明的一些实施方面，所述B组分的NCO含量为10～40wt％，优选为20～40wt％，更优选为25～35wt％，其中，所述NCO含量基于所述B组分预聚体总重量计。
根据本发明的一些实施例方面，所述纯MDI为Lupranate M(巴斯夫)、MDI-100(万华化学)、44C(拜耳)中的一种或多种。
根据本发明的一些实施例方面，所述TDI为Desmodur T80C(巴斯夫)、Suprasec80/20(亨斯迈)、Voranate T-80(陶氏)中的一种或多种。
根据本发明的一些实施例方面，所述MDI-50为MI(巴斯夫)、0129M(拜耳)、MDI-50(万华化学)中的一种或多种。
根据本发明的一些实施例方面，所述粗MDI为PM200(万华化学)、44V20(拜耳)、M20S(巴斯夫)中的一种或多种。
根据本发明的一些实施例方面，所述阻聚剂为磷酸或苯甲酰氯中的一种或两种。
根据本发明的一些实施例方面，所述聚醚多元醇C的数均分子量为5000-8000，伯羟基含量大于等于80％。具体包括但不限于Wanol F3135、高桥石化的GEP-330N、GEP 828、可利亚KONIX的KE-810中的一种或几种。
根据本发明的一些实施例方面，所述聚醚多元醇D的数均分子量为3000～5000，EO的含量为15～25％。具体包括但不限于蓝星东大化工的ED-28、宁武ED-28、国都DP-4000E中的一种或几种。
根据本发明的一些实施例方面，所述增塑剂为乙酸异辛酯、乙二醇丁醚乙酸酯、乙二醇二乙酸酯、异丁酸异丁酯、己二酸二辛脂、己二酸二丁酯、葵二酸二辛脂、壬二酸二辛脂中的一种或多种。
根据本发明的一些实施例方面，所述A组分的制备方法为：按配方，使聚合物多元醇、聚醚多元醇A、聚醚多远醇B、交联剂、第一发泡剂、第二发泡剂、泡沫稳定剂、开孔剂、催化剂和助剂在20～40℃下搅拌0.5～1.5小时，制得A组分。
根据本发明的一些实施例方面，所述B组分的制备方法为：按配方，使聚醚多元醇C和聚醚多元醇D在100～120℃下真空脱水，然后降温至30～50℃，加入纯MDI和MDI-50，升温至70～85℃，反应1～3小时，然后加入粗MDI和TDI，搅拌0.3～1小时，制得B组分
本发明采取的第二个技术方案为：一种聚氨酯泡沫，其采用上述所述聚氨酯泡沫用组合料制成。
本发明采取的第三个技术方案为：一种聚氨酯泡沫的制备方法，所述聚氨酯泡沫的原料配方采用上述所述聚氨酯泡沫用组合料制成，所述聚氨酯泡沫的制备方法包括以下步骤：
(1)A组分的制备：按配方，使聚合物多元醇、聚醚多元醇A、聚醚多远醇B、交联剂、第一发泡剂、第二发泡剂、泡沫稳定剂、开孔剂、催化剂和助剂在20～40℃下搅拌混合均匀，制得A组分；
(2)B组分的制备：按配方，使聚醚多元醇C和聚醚多元醇D在100～120℃下真空脱水，然后降温至30～50℃，加入纯MDI和MDI-50，升温至70～85℃，反应1～3小时，然后加入粗MDI和TDI，搅拌反应制得B组分；
(3)聚氨酯泡沫的制备：将A组分和B组分分别加入至发泡机的储料罐中，并使二者物料温度控制在20～25℃，然后将A组分和B组分按质量比100:40～60的比例混合浇注在模具内，并控制模具温度为55～65℃，合模固化成型，脱模制得所述聚氨酯泡沫。
进一步地，步骤(3)中，所述脱模时间为5～6分钟。
本发明采取的第四个技术方案为：一种上述所述的聚氨酯泡沫在聚氨酯座椅上的应用。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明通过设计分子结构，增加其他辅助原料(如增塑剂、助剂)等方式，使得采用本发明组合料制备的聚氨酯泡沫在低温条件下，仍然具有较好的回弹性能和合适的压缩强度等物性，用于聚氨酯座椅时，能够使得座椅在低温(如-15℃～0℃)下仍然保持良好的舒适性。
具体实施方式
不需进一步详细说明，认为本领域熟练技术人员借助前面的描述，可以最大程度的利用本发明。因此，下面提供的实施例仅仅是进一步阐明本发明而已，并不意味着以任何方式限制本发明范围。
实施例1
本实施例提供的聚氨酯座椅，其采用的原料由A组分和B组分组成，其中，A组分由以下原料成分组成：
Figure BDA0002544897180000061
按重量份计，B组分由以下原料成分组成：
Figure BDA0002544897180000062
本例的聚氨酯座椅的制备方法包括以下步骤：
(1)A组分的制备
按A组分的配方比例称取各原料组分，将Wanol POP2140、GEP-330N和Wanol F4719投入反应釜中搅拌，然后分别依次加入二乙醇胺、H2O、HFC-365mfc、
Figure BDA0002544897180000063
8742LF2、GK-350D、
Figure BDA0002544897180000064
NE300、
Figure BDA0002544897180000065
E1082和苹果酸钠，在室温条件下，转速为55转/分钟，搅拌1小时，即得A组分产品。
(2)B组分的制备
按B组分的配方比例称取各原料组分，将GEP-330N和ED-28的置于反应釜中，升温至115℃下真空(-0.09MPa)脱水1.8小时，然后降温至45℃，加入阻聚剂磷酸，加入MDI-100和MDI-50，缓慢升温至78℃，保温反应1.5小时，然后加入异丁酸异丁酯、PM200和VoranateT-80，搅拌0.5小时取样检测，-NCO的质量含量达到26.0±0.2％，出料，密封保存。
(3)聚氨酯座椅的制备
将A组分和B组分分别加入到高压发泡机的储料罐中，物料温度分别控制在20～25℃。
将模具擦好脱模剂，通过模温机控制模具温度在60℃左右，将A组分、B组分按质量比100:55混合均匀，并将混合料浇注在模具内，合模后固化成型，脱模时间为5～6分钟，即可汽车座椅产品。
实施例2
本实施例提供的聚氨酯座椅，其采用的原料由A组分和B组分组成，其中，A组分由以下原料成分组成：
Figure BDA0002544897180000071
B组分由以下原料成分组成：
Figure BDA0002544897180000072
本例的聚氨酯座椅的制备方法包括以下步骤：
(1)A组分的制备
按A组分的配方比例称取各原料组分，将GPOP-H45Y、GEP 828和CHE-822P投入反应釜中搅拌，然后分别依次加入三乙醇胺、H2O、HFC-245fa、Niax Surfactants L-3628、DK-12、
Figure BDA0002544897180000081
NE300、
Figure BDA0002544897180000082
NE1092和柠檬酸钠，在室温条件下，转速为55转/分钟，搅拌1小时，即得A组分产品。
(2)B组分的制备
按B组分的配方比例称取各原料组分，将KE-810和DP-4000E的置于反应釜中，升温至115℃下真空(-0.09MPa)脱水1.8小时，然后降温至45℃，加入阻聚剂苯甲酰氯，加入44C和0129M，缓慢升温至78℃，保温反应1.5小时，然后加入乙二醇丁醚乙酸酯、44V20和Suprasec 80/20，搅拌0.5小时取样检测，-NCO的质量含量达到26.0±0.2％，出料，密封保存。
(3)聚氨酯座椅的制备
将A组分和B组分分别加入到高压发泡机的储料罐中，物料温度分别控制在20～25℃。
将模具擦好脱模剂，通过模温机控制模具温度在60℃左右，将A组分、B组分按质量比100:53混合均匀，并将混合料浇注在模具内，合模后固化成型，脱模时间为5～6分钟，即可汽车座椅产品。
实施例3
本实施例提供的聚氨酯座椅，其采用的原料由A组分和B组分组成，其中，A组分由以下原料成分组成：
Figure BDA0002544897180000083
B组分由以下原料成分组成：
Figure BDA0002544897180000084
Figure BDA0002544897180000091
本例的聚氨酯座椅的制备方法包括以下步骤：
(1)A组分的制备
按A组分的配方比例称取各原料组分，将KE880S、KE-810和Wanol F4719投入反应釜中搅拌，然后分别依次加入二乙醇胺、H2O、环戊烷、Niax Surfactants L-3646J、GK-350D、
Figure BDA0002544897180000092
ZF-10、
Figure BDA0002544897180000093
Z-131和琥珀酸钠，在室温条件下，转速为55转/分钟，搅拌1小时，即得A组分产品。
(2)B组分的制备
按B组分的配方比例称取各原料组分，将Wanol F3135和ED-28的置于反应釜中，升温至115℃下真空(-0.09MPa)脱水1.8小时，然后降温至45℃，加入阻聚剂磷酸，加入Lupranate M和MI，缓慢升温至78℃，保温反应1.5小时，然后加入壬二酸二辛脂、DesmodurT80C和M20S，搅拌0.5小时取样检测，-NCO的质量含量达到26.0±0.2％，出料，密封保存。
(3)聚氨酯座椅的制备
将A组分和B组分分别加入到高压发泡机的储料罐中，物料温度分别控制在20～25℃。
将模具擦好脱模剂，通过模温机控制模具温度在60℃左右，将A组分、B组分按质量比100:55混合均匀，并将混合料浇注在模具内，合模后固化成型，脱模时间为5～6分钟，即可汽车座椅产品。
对比例1
本对比例提供的聚氨酯座椅，其采用的原料由A组分和B组分组成，其中，A组分由以下原料成分组成：
Figure BDA0002544897180000094
B组分由以下原料成分组成：
Figure BDA0002544897180000101
本对比例的聚氨酯座椅的制备方法包括以下步骤：
(1)A组分的制备
按A组分的配方比例称取各原料组分，将Wanol POP2140、GEP 828投入反应釜中搅拌，然后分别依次加入三乙醇胺、H2O、
Figure BDA0002544897180000102
8736LF2、DK-12、
Figure BDA0002544897180000103
ZF-10和
Figure BDA0002544897180000104
Z-131，在室温条件下，转速为55转/分钟，搅拌1小时，即得A组分产品。
(2)B组分的制备
按B组分的配方比例称取各原料组分，将GEP-330N和ED-28的置于反应釜中，升温至115℃下真空(-0.09MPa)脱水1.8小时，然后降温至45℃，加入阻聚剂苯甲酰氯，加入MDI-100和PM200，缓慢升温至78℃，保温反应1.5小时，然后加入Voranate T-80，搅拌0.5小时取样检测，-NCO的质量含量达到26.0±0.2％，出料，密封保存。
(3)聚氨酯座椅的制备
将A组分和B组分分别加入到高压发泡机的储料罐中，物料温度分别控制在20～25℃。
将模具擦好脱模剂，通过模温机控制模具温度在60℃左右，将A组分、B组分按质量比100:58混合均匀，并将混合料浇注在模具内，合模后固化成型，脱模时间为5～6分钟，即可汽车座椅产品。
对实施例1～3和对比例1制备得到的汽车座椅产品进行性能测试，测试结果见表1。
表1为实施例1～3和对比例1的汽车座椅的性能测试结果
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 测试标准
密度，Kg/m<sup>3</sup> 55 55 55 55 GB/T 6343-2009
0℃落球回弹率，％ 60 63 62 52 GB/T 6670-2008
0℃压缩硬度(25％)，KPa 5.8 6.3 6.9 8.3 GB/T 10807-2006
0℃压缩硬度(65％)，KPa 18.0 18.9 22.1 20.7 GB/T 10807-2006
SAG因子 3.1 3.0 3.2 2.5 /
Tg，℃ -52.2 -51.3 -50.4 -32.9 GB 11998-1989
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

Claims (7)

1.一种聚氨酯泡沫用组合料，由A组分和B组分组成，其特征在于， 按重量份计，所述A组分包括以下原料组成：
聚合物多元醇 4~10份；
聚醚多元醇A 70~90份；
聚醚多远醇B 5~20份；
交联剂 0.5~3份；
第一发泡剂 1~3份；
第二发泡剂 6.5~8.5份；
泡沫稳定剂 0.5~1份；
开孔剂 2~5份；
催化剂 0.5~1份；
助剂 0.4~1份；
按重量份计，所述B组分包括以下原料组成：
纯MDI 15~35份；
TDI 10~25份；
MDI-50 15~30份；
粗MDI 20~40份；
阻聚剂 5~15ppm；
聚醚多元醇C 10~20份；
聚醚多元醇D 5~15份；
增塑剂 2~8份；
所述聚醚多元醇A、聚醚多元醇C分别是以甘油为起始剂、用氧化乙烯封端的聚氧化丙烯三醇；所述聚醚多元醇A、聚醚多元醇C的数均分子量分别为5000-8000；
所述聚醚多元醇D是二甘醇为起始剂、用氧化乙烯封端的聚氧化丙烯二醇；所述聚醚多元醇D的数均分子量为3000~5000；
所述第一发泡剂为化学发泡剂；所述第二发泡剂为物理发泡剂；
所述聚合物多元醇为苯乙烯或丙烯腈接枝共聚的聚醚多元醇，且所述聚合物多元醇的数均分子量为5000~6000，官能度为3，所述聚合物多元醇的固含量为30~45%；
所述聚醚多元醇B为数均分子量为10000-12000，用氧化乙烯封端的多官能度聚醚；
所述助剂为有助于降低聚氨酯玻璃化转变温度的助剂；
所述B组分的制备方法为按配方，使聚醚多元醇C和聚醚多元醇D在100~120℃下真空脱水，然后降温至30~50℃，加入阻聚剂，加入纯MDI和MDI-50，升温至70~85℃，反应1~3小时，然后加入增塑剂、粗MDI和TDI，搅拌反应制得B组分。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫用组合料，其特征在于：所述聚醚多元醇A、聚醚多元醇C的伯羟基含量分别大于等于80%。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫用组合料，其特征在于：所述聚醚多元醇D的EO的含量为15~25%。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫用组合料，其特征在于：所述交联剂为二乙醇胺和/或三乙醇胺；所述泡沫稳定剂为非水解型低雾化有机硅表面活性剂；所述开孔剂为以甘油为起始剂，官能度为3，环氧乙烷和环氧丙烷开环聚合并以有机硅氧烷改性的数均分子量为5000-6000的硅氧烷改性聚醚多元醇。
5.一种聚氨酯泡沫，其采用权利要求1~4中任一项所述聚氨酯泡沫用组合料制成。
6.一种聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：所述聚氨酯泡沫的原料配方采用权利要求1~4中任一项所述聚氨酯泡沫用组合料制成，所述聚氨酯泡沫的制备方法包括以下步骤：
（1）A组分的制备：按配方，使聚合物多元醇、聚醚多元醇A、聚醚多远醇B、交联剂、第一发泡剂、第二发泡剂、泡沫稳定剂、开孔剂、催化剂和助剂在20~40℃下搅拌混合均匀，制得A组分；
（2）B组分的制备：按配方，使聚醚多元醇C和聚醚多元醇D在100~120℃下真空脱水，然后降温至30~50℃，加入阻聚剂，加入纯MDI和MDI-50，升温至70~85℃，反应1~3小时，然后加入增塑剂、粗MDI和TDI，搅拌反应制得B组分；
（3）聚氨酯泡沫的制备：将A组分和B组分分别加入至发泡机的储料罐中，并使二者物料温度控制在20~25℃，然后将A组分和B组分按质量比100:40~60的比例混合浇注在模具内，并控制模具温度为55~65℃，合模固化成型，脱模制得所述聚氨酯泡沫。
7.一种权利要求5所述的聚氨酯泡沫在聚氨酯座椅上的应用。
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