CN112358594A - 汽车内饰表皮复合用材料及其制备方法和用途 - Google Patents

汽车内饰表皮复合用材料及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种汽车内饰表皮复合用材料及其制备方法和用途，主要解决现有技术中汽车内饰表皮复合用材料在火焰复合时复合牢度低、火焰复合剂使用量大和气味大的问题。本发明通过采用一种汽车内饰表皮复合用材料，由组分I和组分II组成，组分I与组分II的重量份数比为100:20～60，其中组分I以重量份数计包括聚醚多元醇A：30～60份，聚醚多元醇B：30～60份，聚合物多元醇C：10～40份，水：1～5份，胺类催化剂：0.1～1份，锡类催化剂：0.1～1份，泡沫稳定剂：0.5～2份，阻燃剂：2～12份，火焰复合剂：0.5～5份；组分II以重量份数计包括异氰酸酯20～60份及其制备方法的技术方案，取得了较好的技术效果，可用于汽车内饰表皮复合用材料的工业生产中。

Description

汽车内饰表皮复合用材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种汽车内饰表皮复合用材料及其制备方法和用途。
背景技术
现有技术中汽车内饰表皮复合用材料，通常采用聚氨酯汽车火焰复合海绵与织物或者皮革复合后应用在汽车内饰中；聚氨酯汽车火焰复合海绵主要可分为聚醚型海绵和聚酯型海绵，聚醚型海绵生产工艺简单，性能较聚酯型海绵略差，成本较低，主要应用于中低端车型；聚酯型海绵生产工艺对设备要求高，生产的海绵性能好，价格高，主要用于高端车型。
目前市面上用量最大的火焰复合海绵是聚醚型聚氨酯海绵，即主要原料为聚醚多元醇、异氰酸酯，需要添加大量分子量较低的亚磷酸酯类火焰复合剂来保证与皮革、织物的复合牢度，导致聚醚型火焰复合海绵具有以下缺陷：1.火焰复合中含有大量小分子物质易挥发，导致生产的海绵具有较大的气味和较高的VOC总量，影响车内环境；2.聚醚型海绵耐热性能较差，火焰复合过程中的高温易导致海绵分解，产生难闻气味和有毒气体，严重危害操作人员的人体健康。
随着消费水平的不断发展，人们对汽车内饰的VOC、气味要求越来越高，传统的车用汽车内饰表皮复合用材料的气味大、VOC总量高，已经不能满足人们对于自身健康、环保的需求，因此，需开发一款低成本、性能好的火焰复合海绵。
聚氨酯复合材料中复合剥离力越高，复合牢度越高。现有技术中气味测试方法采用标准PV3900-2000进行测试。
中国专利CN201911027737.1涉及一种聚氨酯硬质泡沫的制备方法由以下几个组分反应制得，各组分均按质量份计包括阻燃型聚醚多元醇或聚醚酯多元醇、多异氰酸酯基化合物或几种混合物、发泡剂、催化剂、表面活性剂、偶联剂和其他助剂，解决了聚氨酯硬质泡沫阻燃性能差的技术问题。
发明内容
本发明主要解决问题之一是现有技术中汽车内饰表皮复合用材料在火焰复合时复合牢度低、火焰复合剂使用量大和气味大的问题，本发明提供一种汽车内饰表皮复合用材料，具有复合牢度高、火焰复合剂使用量小和气味小的优点。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用途。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种汽车内饰表皮复合用材料，由组分I和组分II组成，组分I与组分II的重量份数比为100:20～60，其中组分I以重量份数计包括聚醚多元醇A：30～60份，聚醚多元醇B：30～60份，聚合物多元醇C：10～40份，水：1～5份，胺类催化剂：0.1～1份，锡类催化剂：0.1～1份，泡沫稳定剂：0.5～2份，阻燃剂：2～12份，火焰复合剂：0.5～5份；组分II以重量份数计包括异氰酸酯20～60份；其中，聚醚多元醇A分子量为1000～3000，不饱和度为0.01～0.2mmol/g，官能度为2～4；聚醚多元醇B的分子量为1300～2800，不饱和度为0.01～0.2mmol/g，官能度2～4，其中聚醚多元醇B是一种含有酯键结构的聚醚多元醇，聚醚多元醇B以小分子醇为起始剂，由环氧烷烃和小分子有机酸共聚而成，聚醚多元醇B中酯键含量以重量百分数计为3～15％；聚合物多元醇C的分子量为4000～7000，官能度为2～4，固含量为28％～50％；异氰酸酯选自2,6-二甲基苯基二异氰酸酯或2,4-二甲基苯基二异氰酸酯中的至少一种。
上述技术方案中，优选地聚醚多元醇B的制备方法包括以下步骤：聚醚多元醇B的制备方法包括以下步骤：(1)100重量份数的小分子醇与500～900重量份数的环氧烷烃反应形成低分子聚醚多元醇，反应时间6～10h，反应温度100～120℃；(2)步骤1中制备得到的低分子聚醚多元醇100份与50～150重量份数的小分子有机酸聚合反应形成多元醇I，反应时间4～8h，反应温度110～130℃；(3)步骤2中制备得到的多元醇I100份与50-200重量份数的环氧烷烃反应形成聚醚多元醇B，反应时间6～10h，反应温度110～135℃。
上述技术方案中，优选地合成聚醚多元醇B中的小分子醇选自丙二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷或季戊四醇中的至少一种；环氧烷烃选自环氧丙烷、环氧乙烷或环氧丁烷中的至少一种；小分子有机酸选自均苯四甲酸二酐、偏苯三酸酐、顺丁烯二酸苷、4-甲基苯酐或邻苯二甲酸酐中的至少一种。
上述技术方案中，优选地聚醚多元醇B中酯键含量以重量百分数计为4～12％。
上述技术方案中，优选地胺类催化剂选自三乙烯二胺、二甲基苄胺、二乙基环己胺、五甲基二亚丙基三胺、N,N’-二甲基乙醇胺、三乙醇胺或双(二乙氨基乙基)醚中的至少一种；锡类催化剂选自辛酸锡、辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡或二醋酸二丁基锡中的至少一种；泡沫稳定剂为烷基酚聚氧乙烯基醚；阻燃剂选自有机磷阻燃剂、三聚氰胺、氧化铝或石墨粉中的至少一种；火焰复合剂为亚磷酸酯类化合物。
上述技术方案中，优选地烷基酚聚氧乙烯基醚选自L-5702、L-5770、DC-5950或SI-2302中的至少一种；有机磷阻燃剂选自YK-80LV、YK-68LE、WSFR-504L或WSFR-780中的至少一种；亚磷酸酯类火焰复合剂选自FLE-200LF、YK-FLE2000、YK-8006或YK-FE500中的至少一种。
上述技术方案中，优选地由组分I和组分II混合后反应组成，组分I与组分II的重量份数比为100:25～45，其中组分I以重量份数计包括聚醚多元醇A：30～60份，聚醚多元醇B：30～60份，聚合物多元醇C：10～40份，水：1～4份，胺类催化剂：0.1～0.5份，锡类催化剂：0.1～0.3份，泡沫稳定剂：0.5～1.5份，阻燃剂：3～12份，火焰复合剂：0.5～3份；组分II以重量份数计包括异氰酸酯25～45份；其中，聚醚多元醇A分子量为1500～3000，不饱和度为0.01～0.1mmol/g，官能度为2～3；聚醚多元醇B的分子量为1300～2500，不饱和度为0.01～0.1mmol/g，官能度2～3，；聚合物多元醇C的分子量为4500～7000，官能度为2～3，固含量为35％～45％；组分II为重量百分数为80％的2,4-二甲基苯基二异氰酸酯和20％重量百分数为2,6-二甲基苯基二异氰酸酯的混合物。
为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：包括如下步骤：
a)制备聚醚多元醇B：(1)100重量份数的小分子醇与500～900重量份数的环氧烷烃反应形成低分子聚醚多元醇，反应时间6～10h，反应温度100～120℃；(2)步骤1中制备得到的低分子聚醚多元醇100份与50～150重量份数的小分子有机酸聚合反应形成多元醇I，反应时间4～8h，反应温度110～130℃；(3)步骤2中制备得到的多元醇I100份与50～200重量份数的环氧烷烃反应形成聚醚多元醇B，反应时间6～10h，反应温度110～135℃。
b)制备组分I：在容器A中按照重量份数计算，加入聚醚多元醇A：30～60份，聚醚多元醇B：30～60份，聚合物多元醇C：10～40份，水：1～5份，胺类催化剂：0.1～1份，锡类催化剂：0.1～1份，泡沫稳定剂：0.5～2份，阻燃剂：2～12份，火焰复合剂：0.5～5份，均匀搅拌，搅拌速度为2000～3000rpm/min，混合物料温度为20～30℃；
c)制备组分II：在容器A中加入异氰酸酯重量份数为20～60份，搅拌4～6秒得到物料Ⅰ，搅拌速度为2000～4000rpm/min；
d)将物料Ⅰ快速倒入发泡箱中熟化，熟化时间为10～72小时，熟化后制备得到汽车内饰表皮复合用材料。
为解决上述技术问题之三，本发明采用的技术方案如下：汽车内饰表皮复合用材料与皮革或织物复合后在汽车内饰中应用。
本发明中的汽车内饰表皮复合用材料通过采用其中聚醚多元醇B，聚醚多元醇B是一种含有酯键结构的聚醚多元醇，聚醚多元醇B以小分子醇为起始剂，由环氧烷烃和小分子有机酸共聚而成，聚醚多元醇B中酯键以重量百分数计为3～15％，由于将含酯键结构的聚醚多元醇B应用于汽车内饰表皮复合用材料中，在整体技术方案的配合使用下，汽车内饰表皮复合用材料的火焰复合剥离力高至15.3N/5㎝时，气味等级低至3.7，火焰复合剂的用量低至1.5份，取得了较好的技术效果。
具体实施方式
表1原料清单
Figure BDA0002836743220000041
Figure BDA0002836743220000051
聚醚多元醇A:
聚醚多元醇A1：分子量为2000，不饱和度为0.01mmol/g，官能度为2；
聚醚多元醇A2：分子量为3000，不饱和度为0.02mmol/g，官能度为3；
聚醚多元醇A3：分子量为1500，不饱和度为0.02mmol/g，官能度为3；
聚醚多元醇A4：分子量为2500，不饱和度为0.01mmol/g，官能度为3；
聚合物多元醇C:
聚合物多元醇C1：分子量为6000，官能度为3，固含量为45％；
聚合物多元醇C2：分子量为7000，官能度为3，固含量为35％；
聚合物多元醇C2：分子量为4500，官能度为3，固含量为28％；
聚醚多元醇B:
聚醚多元醇B1:分子量为1400，不饱和度为0.011mmol/g，官能度2，聚醚多元醇B的酯键含量重量百分数计为7.6％
聚醚多元醇B2:分子量为2000，不饱和度为0.014mmol/g，官能度3，聚醚多元醇B的酯键含量重量百分数计为7.6％
聚醚多元醇B3：分子量为2500，不饱和度为0.038mmol/g，官能度3，聚醚多元醇B的酯键含量重量百分数计为4.8％
聚醚多元醇B4：分子量为2500，不饱和度为0.027mmol/g，官能度3，聚醚多元醇B的酯键含量重量百分数计为6.4％
聚醚多元醇B5：分子量为1800，不饱和度为0.017mmol/g，官能度3，聚醚多元醇B的酯键含量重量百分数计为9.0％
聚醚多元醇B1的制备方法包括以下步骤：(1)100重量份数的丙二醇与767重量份数的环氧乙烷反应形成低分子聚醚多元醇，反应时间8h，反应温度120℃；(2)步骤1中低分子聚醚多元醇100份与90重量份数的邻苯二甲酸酐聚合反应形成多元醇I，反应时间8h，反应温度120℃；(3)步骤2中多元醇I100份与93重量份数的环氧丙烷反应形成聚醚多元醇B，反应时间6h，反应温度125℃。
聚醚多元醇B2至聚醚多元醇B4的制备方法按照实施例1中的各个步骤进行，唯一的区别为反应原料、反应种类、原料配比、反应时间和反应温度不同，具体见表2。
表2制备聚醚多元醇B2至聚醚多元醇B4各组分的原料重量份数
Figure BDA0002836743220000061
Figure BDA0002836743220000071
Figure BDA0002836743220000081
实施例1
a)制备组分I：在容器A中按照重量份数计算，加入聚醚多元醇A1：30份，聚醚多元醇B1：30份，聚合物多元醇C1：20份，水：1.8份，二甲基苄胺：0.17份，二乙基环己胺，0.18份，二月桂酸二丁基锡：0.12份，SI-2302：0.7份，YK-68LE：5份，FLE-200LF：1份，均匀搅拌，搅拌速度为2500rpm/min，混合物料温度为25℃；
b)制备组分II：在容器A中加入重量百分数为80％的2,4-二甲基苯基二异氰酸酯和20％重量百分数为2,6-二甲基苯基二异氰酸酯的混合物重量份数为28份，搅拌6秒钟得到物料Ⅰ，搅拌速度为3000rpm/min；
c)将物料Ⅰ快速倒入发泡箱中熟化，熟化时间为48小时，熟化后制备得到汽车内饰表皮复合用材料。制备得到的汽车内饰表皮复合用材料的性能数据如表5所示。
d)制备得到的汽车内饰表皮复合用材料与皮革复合后在汽车内饰中应用。
实施例2-10
实施例2至10按照实施例1中的各个步骤进行，唯一的区别为反应原料、反应种类、催化剂种类、原料配比、反应时间和反应温度不同，具体见表3，制备得到的汽车内饰表皮复合用材料的性能数据如表5所示。
表3实施例1-10中各组分的原料重量份数
Figure BDA0002836743220000082
Figure BDA0002836743220000091
Figure BDA0002836743220000101
Figure BDA0002836743220000111
Figure BDA0002836743220000121
比较例1：
a)制备组分I：在容器A中按照重量份数计算，加入聚醚多元醇SC-5623：50份，HS-100:50份，水：2.4份，胺催化剂A-33：0.18份，锡催化剂T-9：0.16份，泡沫稳定剂L-5702：1.0份，阻燃剂YK-80LV：5份，火焰复合剂FLE-200LF：3份，均匀搅拌，搅拌速度为3000rpm/min，混合物料温度为25℃；
b)制备组分II：在容器A中加入TDI-80 34份，搅拌6秒钟得到物料Ⅰ，搅拌速度为3000rpm/min；
c)将物料Ⅰ快速倒入发泡箱中熟化，熟化时间为48小时，熟化后制备得到汽车内饰表皮复合用材料。制备得到的汽车内饰表皮复合用材料的性能数据如表5所示。
比较例2至3
比较例2至3按照比较例1中的各个步骤进行，唯一的区别为反应原料、反应种类、催化剂种类、原料配比、反应时间和反应温度不同，具体见表4，制备得到的汽车内饰表皮复合用材料的性能数据如表5所示。
表4比较例1-3中各组分的原料重量份数
Figure BDA0002836743220000122
Figure BDA0002836743220000131
按照实施例1-10和比较例1-3中的方法制备的汽车内饰表皮复合用材料，与PVC单革复合后，按照DIN 53357-2003标准测试海绵与PVC皮革的复合剥离力；根据PV3900-2000标准测试海绵的气味等级；根据TS-BD-003(2012)2000L袋子法测试海绵的TVOC(C6-C16)，检测结果见表5。
表5制备得到的汽车内饰表皮复合用材料的性能数据
Figure BDA0002836743220000132
Figure BDA0002836743220000141
从表5的结果中可以看出，按照实施例5制备的汽车内饰表皮复合用材料具有复合剥离力高至12.3和气味低至3.7，同时TVOC低至4258.79μg/m3，与比较例1相比，火焰复合剂的用量降低至1.5份，取得较好的技术效果。
已知在相同火焰复合剂添加量的条件下，较高密度的海绵具有较高的复合剥离力。因此从表5的结果中还可以看出，按照实施例3、4和5中制备的汽车内饰表皮复合用材料与PVC单革复合后的复合剥离力随着聚醚多元醇B中酯键含量的高低变化，即相同的聚醚多元醇B添加量，聚醚多元醇B中酯键含量越高复合剥离力越大；按实施例9,10制备的汽车内饰表皮复合用材料与PVC单革复合后的复合剥离力变化可以说明聚醚多元醇B的添加量提高有利于复合剥离力的提高；比较例1-3制备的汽车内饰表皮复合用材料与PVC复合后的复合剥离力随着火焰复合剂FLE-200LF用量的提高而提高，且低于实施例1-10所制备的汽车内饰表皮复合用材料与PVC单革复合后的复合剥离力，说明聚醚多元醇B的使用可以在保证复合剥离力不变的情况下降低火焰复合剂的用量。
从表5的结果中还可以看出，按照实施例1-10制备的汽车内饰表皮复合用材料气味较低，比较例1-3制备的汽车内饰表皮复合用材料气味较高，说明使用聚醚多元醇B代替部分火焰复合剂制备的海绵可以明显改善海绵气味。
从表5的结果中还可以看出，按照实施例1-10制备的汽车内饰表皮复合用材料TVOC低至3850.22μg/m3比较例1-3制备的汽车内饰表皮复合用材料TVOC较高，说明使用聚醚多元醇B代替部分火焰复合剂制备的海绵汽车内饰表皮复合用材料可以明显改善汽车内饰表皮复合用材料VOC。
以上所述只是本发明的优选实施方式，本发明保护的范围应当不局限与上述实施方式，凡属于本发明思路下的技术方案应当属于本发明的保护范围之内。对于本技术领域内的专业技术人员，在不脱离本发明原理前提下对本发明进行的细微改进和润饰也应当属于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种汽车内饰表皮复合用材料，由组分I和组分II组成，组分I与组分II的重量份数比为100:20～60，其中组分I以重量份数计包括聚醚多元醇A：30～60份，聚醚多元醇B：30～60份，聚合物多元醇C：10～40份，水：1～5份，胺类催化剂：0.1～1份，锡类催化剂：0.1～1份，泡沫稳定剂：0.5～2份，阻燃剂：2～12份，火焰复合剂：0.5～5份；组分II以重量份数计包括异氰酸酯20～60份；其中，聚醚多元醇A分子量为1000～3000，不饱和度为0.01～0.2mmol/g，官能度为2～4；聚醚多元醇B的分子量为1300～2800，不饱和度为0.01～0.2mmol/g，官能度2～4，其中聚醚多元醇B是一种含有酯键结构的聚醚多元醇，聚醚多元醇B以小分子醇为起始剂，由环氧烷烃和小分子有机酸共聚而成，聚醚多元醇B中酯键含量以重量百分数计为3～15％；聚合物多元醇C的分子量为4000～7000，官能度为2～4，固含量为28％～50％；异氰酸酯选自2,6-二甲基苯基二异氰酸酯或2,4-二甲基苯基二异氰酸酯中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的汽车内饰表皮复合用材料，其特征在于聚醚多元醇B的制备方法包括以下步骤：(1)100重量份数的小分子醇与500～900重量份数的环氧烷烃反应形成低分子聚醚多元醇，反应时间6～10h，反应温度100～120℃；(2)步骤1中制备得到的低分子聚醚多元醇100份与50～150重量份数的小分子有机酸聚合反应形成多元醇I，反应时间4～8h，反应温度110～130℃；(3)步骤2中制备得到的多元醇I100份与50～200重量份数的环氧烷烃反应形成聚醚多元醇B，反应时间6～10h，反应温度110～135℃。
3.根据权利要求1或2所述的汽车内饰表皮复合用材料，其特征在于合成聚醚多元醇B中的小分子醇选自丙二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷或季戊四醇中的至少一种；环氧烷烃选自环氧丙烷、环氧乙烷或环氧丁烷中的至少一种；小分子有机酸选自均苯四甲酸二酐、偏苯三酸酐、顺丁烯二酸苷、4-甲基苯酐或邻苯二甲酸酐中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的汽车内饰表皮复合用材料，其特征在于，聚醚多元醇B中酯键结构含量以重量百分数计为4～12％。
5.根据权利要求1所述的汽车内饰表皮复合用材料，其特征在于胺类催化剂选自三乙烯二胺、二甲基苄胺、二乙基环己胺、五甲基二亚丙基三胺、N,N’-二甲基乙醇胺、三乙醇胺或双(二乙氨基乙基)醚中的至少一种；锡类催化剂选自辛酸锡、辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡或二醋酸二丁基锡中的至少一种；泡沫稳定剂为烷基酚聚氧乙烯基醚；阻燃剂选自有机磷阻燃剂、三聚氰胺、氧化铝或石墨粉中的至少一种；火焰复合剂为亚磷酸酯类化合物。
6.根据权利要求5所述的汽车内饰表皮复合用材料，其特征在于烷基酚聚氧乙烯基醚选自L-5702、L-5770、DC-5950或SI-2302中的至少一种；有机磷阻燃剂选自YK-80LV、YK-68LE、WSFR-504L或WSFR-780中的至少一种；亚磷酸酯类火焰复合剂选自FLE-200LF、YK-FLE2000、YK-8006或YK-FE500中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的汽车内饰表皮复合用材料，其特征在于由组分I和组分II混合后反应组成，组分I与组分II的重量份数比为100:25～45，其中组分I以重量份数计包括聚醚多元醇A：30～60份，聚醚多元醇B：30～60份，聚合物多元醇C：10～40份，水：1～4份，胺类催化剂：0.1～0.5份，锡类催化剂：0.1～0.3份，泡沫稳定剂：0.5～1.5份，阻燃剂：3～12份，火焰复合剂：0.5～3份；组分II以重量份数计包括异氰酸酯25～45份；其中，聚醚多元醇A分子量为1500～3000，不饱和度为0.01～0.1mmol/g，官能度为2～3；聚醚多元醇B的分子量为1300～2500，不饱和度为0.01～0.1mmol/g，官能度2～3；聚合物多元醇C的分子量为4500～7000，官能度为2～3，固含量为35％～45％；组分II为2,4-二甲基苯基二异氰酸酯和2,6-二甲基苯基二异氰酸酯的混合物。
8.权利要求1所述的汽车内饰表皮复合用材料的制备方法，包括如下步骤：
a)制备聚醚多元醇B：(1)100重量份数的小分子醇与500～900重量份数的环氧烷烃反应形成低分子聚醚多元醇，反应时间6～10h，反应温度100～120℃；(2)步骤1中制备得到的低分子聚醚多元醇100份与50～150重量份数的小分子有机酸聚合反应形成多元醇I，反应时间4～8h，反应温度110～130℃；(3)步骤2中制备得到的多元醇I100份与50～200重量份数的环氧烷烃反应形成聚醚多元醇B，反应时间6～10h，反应温度110～135℃；
b)制备组分I：在容器A中按照重量份数计算，加入聚醚多元醇A：30～60份，聚醚多元醇B：30～60份，聚合物多元醇C：10～40份，水：1～5份，胺类催化剂：0.1～1份，锡类催化剂：0.1～1份，泡沫稳定剂：0.5～2份，阻燃剂：2～12份，火焰复合剂：0.5～5份，均匀搅拌，搅拌速度为2000～3000rpm/min，混合物料温度为20～30℃；
c)制备组分II：在容器A中加入异氰酸酯重量份数为20～60份，搅拌4～6秒得到物料Ⅰ，搅拌速度为2000～4000rpm/min；
d)将物料Ⅰ快速倒入发泡箱中熟化，熟化时间为10～72小时，熟化后制备得到汽车内饰表皮复合用材料。
9.权利要求1所述的汽车内饰表皮复合用材料与皮革或织物复合后在汽车内饰中的应用。
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