CN112225867A - 用于制备汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫 - Google Patents

用于制备汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于制备汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫，所述聚氨酯半硬质泡沫的密度250~500kg/m3，其中包括异氰酸酯组分和多元醇混合物组分，其中所述异氰酸酯组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；所述异氰酸酯指数为95~110；所述多元醇混合物组分包括重量份为60~85的分子量为300~1000的山梨醇聚醚多元醇，重量份为10~25的乙二胺聚醚多元醇，重量份为1~10的芳香族胺类扩链剂或小分子醇类扩链剂或交链剂，重量份为0.3~0.6的水，重量份在0.5~2的色浆，至少一种重量份在0.1~1.5的改性有机硅稳定剂。本发明该材料具有优异的理化性能、加工性能，特别是具有低气味以及较好的VOC性能。

Description

用于制备汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯材料，尤其涉及用于汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫。
背景技术
二十一世纪初，采用蜂窝板喷涂（PHC）工艺生产汽车天窗遮阳板和备胎盖板等制品的技术传入中国。PHC为夹层结构，以蜂窝状纸板作为芯材基板，上下两面复合面层材料，表面复合装饰材料而成。面层材料通常选用玻纤材料喷涂聚氨酯材料，经过高温模具压制成型。该工艺具有重量轻、弯曲模量高，耐高温性能优、尺寸稳定性好、设计自由度高、外表光洁美观等特点。
随着聚氨酯材料在PHC制品上的广泛应用，人们对其进行了深入研究。目前，用于PHC的聚氨酯原料体系为高活性聚醚、芳香族和小分子醇类扩链剂和交联剂、胺类催化剂复配而成的产品。由于中国经济的迅速发展，消费者对于乘用车从结构到材料在保证汽车的安全性的前提下，在环保舒适性等方面提出了更高的要求。但是，由于在聚氨酯泡沫材料生产过程中，往往需要用到胺类催化剂，而目前通用的胺类催化剂如双甲氨基乙基醚、三亚乙基二胺等均具有难闻的氨味，会让接触到的人感到不适，甚至影响到人的健康。故而为顺应汽车零部件在保证理化性能满足要求的同时降低气味和VOC的需求，聚氨酯原液配方必须做出调整，才能达到降低PHC制品气味和VOC的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目标是制造一种无需外添加胺类催化剂的汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬泡材料，该材料具有优异的理化性能、加工性能，特别是具有低气味以及较好的VOC性能。
本发明是用于制备汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫，所述聚氨酯半硬质泡沫的密度250~500kg/m3，它由异氰酸酯A组分和多元醇混合物B组分，两种原料按重量比A:B=150~170:100的比例并采用蜂窝板和玻纤膜（PHC）生产工艺制备；
（A）其中所述异氰酸酯组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯，所述异氰酸酯指数为95~110；
（B）所述多元醇混合物中各组分重量份数如下：
多元醇（b1）：重量份为60~85的山梨醇聚醚多元醇；
多元醇（b2）：重量份为10~25的乙二胺聚醚四醇；
添加剂（b3）：重量份为1~10的芳香族胺类扩链剂或小分子醇类扩链剂或交链剂；
发泡剂（c）：重量份为0.3~0.6的发泡剂；
色浆（d）：重量份为0.5~2的色浆；
稳定剂（e）：以及至少一种重量在0.1~1.5%的改性有机硅稳定剂。
用于制备汽车天窗和备胎盖板的喷涂聚氨酯半硬泡要求有很高的刚性和弯曲模量。惯常使用胺类催化剂比如三乙烯二胺（A-33），无论工艺多么先进，都会在制品中留有残留，而若是在B组分中不外添加任何胺类催化剂，则对于聚醚本身的活性要求更高，一般的聚醚多元醇或者聚酯多元醇不论是仲羟基还是伯羟基活性都无法达到要求，为了提高原液本身的反应活性，摆脱对于胺类催化剂的依赖，同时保证正常脱模时间，聚醚特别要求使用以氨基封端的乙二胺与氧化丙烯制成的聚醚四醇，具有极高的活性，其官能度为4，当量在75为宜。这样只需要通过调节不同的用量即可达到熟化的要求。
本发明进一步改进在于：其中多元醇（b1）的官能度在4~5，分子量为300~1000，满足了产品对于高刚性和高弯曲模量的物理性能要求。
本发明进一步改进在于：其中多元醇（b2）为官能度在4，分子量为300的乙二胺聚醚四醇，摆脱了对于胺类催化剂的依赖，满足了生产工艺的要求。
本发明进一步改进在于：其中多元醇（b2）重量为多元醇（b1）、多元醇（b2）、添加剂（b3）重量之和的15%-26.1%。
本发明进一步改进在于：其中溶剂（c）是水。
本发明进一步改进在于：其中扩链剂或交联剂（b3）为芳香族胺或小分子醇类，芳香胺一般采用3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷、二乙基甲苯二胺、3,5-二甲硫基甲苯二胺、N,N’-二丁基-4,4’-二氨基二苯甲烷；
其中小分子醇为乙二醇、二乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、二乙醇胺、三乙醇胺。
PHC制品在工艺上要求聚氨酯原液混合后应在模具内具有一定的流动性和较高的反应活性，因此，更经济适用的胺扩链剂为二乙基甲苯二胺、3，5-二甲硫基甲苯二胺，醇扩链剂为乙二醇、1,4-丁二醇等。
本发明进一步改进在于：其中色浆（d）主要为碳黑，含水量低于0.1%。
聚氨酯半硬质泡沫的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
（1）原料：包括（A）异氰酸酯组分和（B）多元醇混合物组分；其中所述异氰酸酯组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；（B）所述多元醇混合物中各组分重量份数如下：
多元醇（b1）：重量份为60~85的山梨醇聚醚多元醇；
多元醇（b2）：重量份为10~25的乙二胺聚醚四醇；
添加剂（b3）：重量份为1~10的芳香族胺类扩链剂或小分子醇类扩链剂或交链剂；
发泡剂（c）：重量份为0.3~0.6的发泡剂；
色浆（d）：重量份在0.5~2的色浆；
稳定剂（e）：以及至少一种重量份在0.1~1.5的改性有机硅稳定剂；
（2）多元醇组合物组分的制备：将多元醇（b1）和多元醇（b2）预加热至45℃后与扩链剂、水、有机硅稳定剂、色浆依次计量加入反应釜中，在常温常压下搅拌混合均30~60min取样检测，符合产品标准后，用200目滤网过滤后出料；
（3）PHC成型工艺：将异氰酸酯组分和多元醇组分分别抽入异氰酸酯和多元醇储料罐中，两种原料按质量比A:B=150~170:100的比例计量，通过运输管路送至混合头，混合均匀后通过高压发泡设备雾化喷涂于PHC基材表面后，用机械臂放入模具中加热反应成型，其中脱模时间80~120秒；原料温度控制为25~35℃，模具温度为90~120℃，异氰酸酯指数为95~110。
本发明材料具有优异的理化性能、加工性能，特别是具有低气味以及较好的VOC性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例
本实施例用于汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫的制备：包括以下步骤：
（1）原料：包括异氰酸酯组分和多元醇组分，异氰酸酯组分和多元醇组分的质量比为160:100；其中异氰酸酯组分选用BASF公司的Lupranate M20S；
将以下组分混合均匀得到多元醇组分：聚醚6305C 73.5份，乙二胺聚醚四醇19.5份，乙二醇4.7份，水0.3份，有机硅油1份，色浆1份。
（2）多元醇组分的制备：将聚醚多元醇与扩链剂、水、有机硅稳定剂、色浆依次计量加入反应釜中，在常温常压下搅拌混合均匀，取样检测，符合产品标准后，用200目滤网过滤后出料；
（3）PHC成型工艺：将异氰酸酯组分和多元醇组分分别抽入异氰酸酯和多元醇储料罐中，两种原料按质量比为160:100；，通过运输管路送至混合头，混合均匀后喷涂在PHC芯板两面后放入模具后80~120秒可以脱模；原料温度控制为25~35℃，模具温度为90~120℃，异氰酸酯指数为95~110。
对比例1：
本实施例用于汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫的制备：包括以下步骤：
（1）原料：包括异氰酸酯组分和多元醇组分，异氰酸酯组分和多元醇组分的质量比为160:100；其中异氰酸酯组分选用BASF公司的Lupranate M20S；
将以下组分混合均匀得到多元醇组分：聚醚6305C 73份，乙二胺聚醚四醇19.5份，乙二醇4.7份，水0.3份，胺类催化剂0.5份，有机硅油1份，色浆1.0。
（2）多元醇组分的制备：同实施例；
（3）PHC成型工艺：将异氰酸酯组分和多元醇组分分别抽入异氰酸酯和多元醇储料罐中，两种原料按质量比为160:100；，通过运输管路送至混合头，混合均匀后喷涂在PHC芯板两面后放入模具后75~90秒可以脱模；原料温度控制为25~35℃，模具温度为90~110℃，异氰酸酯指数为95~110。
对比例2：
本实施例用于汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫的制备：包括以下步骤：
（1）原料：包括异氰酸酯组分和多元醇组分，异氰酸酯组分和多元醇组分的质量比为150:100；其中异氰酸酯组分选用BASF公司的Lupranate M20S；
将以下组分混合均匀得到多元醇组分：聚醚6305C 83.5份，乙二胺聚醚四醇9.5份，乙二醇4.7份，水0.3份，有机硅油1份，色浆1.0。
（2）多元醇组分的制备：同实施例；
（3）PHC成型工艺：将异氰酸酯组分和多元醇组分分别抽入异氰酸酯和多元醇储料罐中，两种原料按质量比为150:100；，通过运输管路送至混合头，混合均匀后喷涂在PHC芯板两面后放入模具后120~160秒可以脱模；原料温度控制为25~35℃，模具温度为90~120℃，异氰酸酯指数为95~110。
对比例3：
本对比例：用于汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫的制备：包括以下步骤：
（1）原料：包括异氰酸酯组分和多元醇组分，异氰酸酯组分和多元醇组分的质量比为170:100；其中异氰酸酯组分选用BASF公司的Lupranate M20S；
将以下组分混合均匀得到多元醇组分：聚醚TMN-450，82份，乙二醇15.2份，水0.3份，胺类催化剂0.5份，有机硅油1份，色浆1.0。
（2）多元醇组分的制备：同实施例；
（3）PHC成型工艺：将异氰酸酯组分和多元醇组分分别抽入异氰酸酯和多元醇储料罐中，两种原料按质量比为170:100；，通过运输管路送至混合头，混合均匀后喷涂在PHC芯板两面后放入模具后80~120秒可以脱模；原料温度控制为25~35℃，模具温度为90~120℃，异氰酸酯指数为95~110。
对比例4：
本对比例：用于汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫的制备：包括以下步骤：
（1）原料：包括异氰酸酯组分和多元醇组分，异氰酸酯组分和多元醇组分的质量比为170:100；其中异氰酸酯组分选用BASF公司的Lupranate M20S；
将以下组分混合均匀得到多元醇组分：聚醚TMN-450，82份，乙二醇15.7份，水0.3份，有机硅油1份，色浆1.0。
（2）多元醇组分的制备：同实施例；
（3）PHC成型工艺：将异氰酸酯组分和多元醇组分分别抽入异氰酸酯和多元醇储料罐中，两种原料按质量比为170:100；通过运输管路送至混合头，混合均匀后喷涂在PHC芯板两面后放入模具后500~600秒可以脱模；原料温度控制为25~35℃，模具温度为90~120℃，异氰酸酯指数为95~110。
表1 聚氨酯半硬泡制成的PHC产品的性能
Figure RE-965832DEST_PATH_IMAGE001
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (8)

1.用于汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫，其特征在于：所述聚氨酯半硬质泡沫的密度250~500kg/m3，它由异氰酸酯A组分和多元醇混合物B组分，两种原料按重量比A:B=150~170:100的比例并采用蜂窝板和玻纤膜（PHC）生产工艺制备；
（A） 其中所述异氰酸酯组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯，所述异氰酸酯指数为95~110；
（B）所述多元醇混合物中各组分重量份数如下：
多元醇（b1）：重量份为60~85的山梨醇聚醚多元醇；
多元醇（b2）：重量份为10~25的乙二胺聚醚四醇；
添加剂（b3）：重量份为1~10的芳香族胺类扩链剂或小分子醇类扩链剂或交链剂；
发泡剂（c）：重量份为0.3~0.6的发泡剂；
色浆（d）：重量份为0.5~2的色浆；
稳定剂（e）：以及至少一种重量在0.1~1.5%的改性有机硅稳定剂。
2.根据权利要求1所述的用于汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫，其特征在于：其中多元醇（b1）的官能度在4~5，分子量为300~1000。
3.根据权利要求1所述的用于汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫，其特征在于：其中多元醇（b2）为官能度在4，分子量为300的乙二胺聚醚四醇。
4.根据权利要求1所述的用于汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫，其特征在于：其中多元醇（b2）重量为多元醇（b1） 、多元醇（b2）、添加剂（b3）重量之和的15%-26.1%。
5.根据权利要求1所述的用于汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫，其特征在于：其中溶剂（c）是水。
6.根据权利要求1所述的用于制备汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫，其特征在于：其中扩链剂或交联剂（b3）为芳香族胺或小分子醇类，芳香胺一般采用3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷、二乙基甲苯二胺、3,5-二甲硫基甲苯二胺、N,N’-二丁基-4,4’-二氨基二苯甲烷；
其中小分子醇为乙二醇、二乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、二乙醇胺、三乙醇胺。
7.根据权利要求1所述的用于汽车天窗遮阳板和备胎盖板的聚氨酯半硬质泡沫，其特征在于：其中色浆（d）主要为碳黑，含水量低于0.1%。
8.根据权利要求1-7所述的聚氨酯半硬质泡沫的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
（1）原料：包括（A）异氰酸酯组分和（B）多元醇混合物组分；其中所述异氰酸酯组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；（B）所述多元醇混合物中各组分重量份数如下：
多元醇（b1）：重量份为60~85的山梨醇聚醚多元醇；
多元醇（b2）：重量份为10~25的乙二胺聚醚四醇；
添加剂（b3）：重量份为1~10的芳香族胺类扩链剂或小分子醇类扩链剂或交链剂；
发泡剂（c）：重量份为0.3~0.6的发泡剂；
色浆（d）：重量份在0.5~2的色浆；
稳定剂（e）：以及至少一种重量份在0.1~1.5的改性有机硅稳定剂；
（2）多元醇组合物组分的制备：将多元醇（b1）和多元醇（b2）预加热至45℃后与扩链剂、水、有机硅稳定剂、色浆依次计量加入反应釜中，在常温常压下搅拌混合均30~60min取样检测，符合产品标准后，用200目滤网过滤后出料；
（3）PHC成型工艺：将异氰酸酯组分和多元醇组分分别抽入异氰酸酯和多元醇储料罐中，两种原料按A:B=150~170:100的比例计量，通过运输管路送至混合头，混合均匀后通过高压发泡设备雾化喷涂于PHC基材表面后，用机械臂放入模具中加热反应成型，其中脱模时间80~120秒；原料温度控制为25~35℃，模具温度为90~120℃，异氰酸酯指数为95~110。
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