CN113388084A - 一种pip灌泡头枕用环保组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PIP灌泡头枕用环保组合物及其制备方法和应用，PIP灌泡头枕用环保组合物由以下重量份的原料组成：A组分：聚醚多元醇70～80份，聚合物多元醇20～30份，聚醚胺3～10份，水0.5～1.5份，发泡剂10～6份，催化剂0.5～1.0份，乙醇胺2～4份，交联剂0.2～2份，表面活性剂0.2～2份，其中聚醚多元醇+聚合物多元醇+聚醚胺=100，水+发泡剂/4=3.0～3.5，B组分：异氰酸酯45～65份，A组分∶B组分为100∶45‑65。该组合物应用在PIP头枕中，催化剂使用量少，气味小，TVOC低，可有效防止PVC变色。

Description

一种PIP灌泡头枕用环保组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于聚氨酯软泡领域，具体涉及汽车头枕体内发泡(Pour in Place，简称PIP)技术。
背景技术
随着汽车工业的高速发展，安全性与舒适性已成为购车者首选。坐椅头枕属于国家汽车整车强制认证检测项目之一，在车辆发生追尾或碰撞时，不仅可以有效地缓冲事故发生时巨大的瞬间冲击力，保护人体头部脆弱的颈骨，降低颈部受伤的几率，提高驾驶者的安全性，还可以美化和装饰乘坐环境。因而，如何提高头枕的安全性与舒适度，是目前汽车坐椅设计与制造关注的焦点之一。
传统的汽车头枕主要采用包覆式设计，即先发泡成型后再包面套，装配效率低，并且头靠套和头靠体是脱离的表里两层，长时间使用后，头靠套易在头靠体外发生松动、脱落等现象，进而影响坐椅头枕的美观、舒适度、安全性和使用寿命。目前坐椅头枕的设计与生产正在开发使用一种PIP（pour-in-place）灌泡技术或FIF （foam-in-fabric）技术，即向缝制好的面套内，直接灌注发泡材料，一次性完成成型。使用该工艺生产的头枕，不仅装配效率高，而且外形饱满、美观。但该工艺因发泡材料易从缝线处溢出，从而导致制品合格率较低，严重影响了该工艺的推广使用。
美国专利US5124368把灌泡技术最关键的问题归纳为不能让液体原料渗透过表皮材料。在发泡压力或者过量填充的情况下，发泡料因黏度较小，易透过表皮材料造成废品。通常人们在表皮材料内部复合上一层聚氨酯泡沫，但效果不理想。在漏气的地方，从外面摸起来有粗糙的感觉。目前阻止液体渗漏的方法总结如下：① 使用全MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）组合料，使原料具有较高的初始反应活性，尽快形成较大的黏度；②使用较多的催化剂，加快反应速度，增加初始黏度，阻止液体的渗漏，该法的缺点是做出的泡沫易收缩和缺料。
专利文献CN102516491A涉及一种低回弹头枕泡沫及其制备方法，用PIP发泡的低回弹泡沫应用于汽车头枕上，既保持了一定范围内弹性，回弹率在22～28％之间，又因其特有的吸能作用，故能对汽车在高振动和冲击时起到分散性及缓冲作用，提高了乘车者的舒适和安全性。但该体系使用大量的反应型催化剂，成本增加，加大了产品中小分子的散发性，影响产品的TVOC。
专利文献CN103172818A中，该汽车座椅内饰件PIP制备工艺采用全新的聚氨酯发泡配方，同时将Hennecke的Carbomat设备与原有的开模浇注PIP生产线相结合，形成一种新的PIP产品制造工艺，将二氧化碳气体加入聚醚多元醇组分中，当物料混合后，组合料就处于一种发泡的乳胶状态，物料不易渗漏，同时具有较高的发泡上升力。这种方案需要Hennecke的Carbomat设备与现有高压机相配合，设备投入高，不易实现。
专利文献CN103635312B与CN103534288A中，引入了用于保持泡沫模量和强度的多元醇。所述多元醇为自催化氨基如乙二胺引发的多元醇。自催化剂多元醇可降低催化剂含量并在不影响其它特性的情况下提高胶凝率。但整体催化剂用量仍然超过了3.0%，用量偏多，且全部是普通催化剂，非反应型，泡沫的气味和TVOC达不到指标要求。
综上所述，现有技术主要有以下缺陷：在现有技术中，若不使用过量的催化剂，制备的材料初期浇注时容易渗漏，达不到要求；若使用过量的催化剂，虽满足使用要求，但成本高，气味、挥发残留TVOC都比较大；若使用二氧化碳发泡，设备投资高，不易实现。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种PIP灌泡头枕用环保组合物，该组合物应用在PIP头枕中，催化剂使用量少，气味小，TVOC低，可有效防止PVC变色。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种该组合物的制备方法。
本发明要解决的第三个问题是提供该组合物在汽车PIP灌泡头枕中的应用。
为解决第一个技术问题， 本发明提供一种PIP灌泡头枕用环保组合物，由以下重量份的原料组成：
A组分：
聚醚多元醇 70～80份
聚合物多元醇 20～30份
聚醚胺 3～10份
水 0.5～1.5份
发泡剂 10～6份
催化剂 0.5～1.0份
乙醇胺 2～4份
交联剂 0.2～2份
表面活性剂 0.2～2份
其中聚醚多元醇+聚合物多元醇+聚醚胺=100
水+发泡剂/4=3.0～3.5
B组分：
异氰酸酯 45～65份
A组分∶B组分为100∶45-65。
所述发泡剂，是环保零ODP、GWP值为1的环保发泡剂，选自山东补天新材料技术有限公司牌号CFA8125产品。
本发明聚醚多元醇优选由甘油起始，环氧丙烷、环氧乙烷共聚聚醚多元醇，官能度为3，伯羟基含量≥75%，羟值28-35mgKOH/g。
本发明聚合物多元醇优选以环氧乙烷-环氧丙烷共聚醚三醇为基础的苯乙烯-丙烯腈接枝聚合物多元醇中的一种或多种，羟值在18～30mgKOH/g，固含量30％～45％。
本发明的聚醚胺为聚氧化丙烯二胺或者三胺，官能度为2～3，重均分子量为200～5000g/mol的氨基封端的长链扩链剂。
本发明的催化剂为反应型催化剂，选自结构上含有活泼羟基或者氨基的化合物，如下组中的至少一种：N’N-二甲基乙醇胺、三甲基羟乙基乙二胺、三甲基羟乙基丙二胺、四甲基二丙基三胺、2-（2-二甲胺基-乙氧基）-乙醇、N，N，N，-三甲基-N，-羟乙基双氨乙基醚、双（二甲氨基）-2-丙醇等。
本发明所述的交联剂为具有两个及以上官能团的小分子醇/胺类化合物（不包括乙醇胺），如乙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、二乙醇胺、三乙醇胺、甘油等。
所述的表面活性剂为高回弹泡沫用有机硅泡沫稳定剂。如赢创工业集团的B8715、B8736，美国气体化学品公司的DC2525、DC6070，美国迈图高新材料集团的L-3629、L-3640等产品。泡沫稳定剂的用量优选为A组分的0.5％-1.5％。
所述的异氰酸酯为改性MDI，所述改性MDI由纯MDI、纯MDI的2,4’-异构体及4,4’-异构体、氨酯改性的MDI预聚体、多苯基甲烷多异氰酸酯的一种或几种混合而成，其中NCO含量为26%～34%。
为解决第二个技术问题，本发明提供一种制备PIP灌泡头枕用环保组合物的方法：将包含上述聚醚多元醇、聚合物多元醇、聚醚胺、乙醇胺、交联剂、发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂等各种物料在30-40℃下搅拌混合1h，得多元醇混合物A组分，密封存放。异氰酸酯为B组分。
为解决第三个技术问题，本发明提供一种PIP灌泡头枕用环保组合物的使用方法，包括如下步骤：将组分A和组分B分别置于高压发泡机的A、B料罐中；保持料温在30-40℃；按组分A∶组分B为100∶45-65的重量比，通过闭模注入PIP头枕模具中的面套内；60-90秒钟，从模具中取出，即得到汽车PIP灌泡头枕。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明提供的PIP灌泡头枕用组合物，通过各成分配合，减少催化剂用量50-70%，使用反应型催化剂，组合物反应活性高，环境友好，制得的泡沫气味、TVOC低，PVC不变色，解决了现有技术催化剂使用量大，TVOC高，PVC变色等难题。
2.本发明的组合物乳白时间短，粘度上升快，不会发生渗漏情况。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的内容不局限于实施例。
涉及的原料除特别说明外，均按重量份计算。
气味测试：将试样裁成5cm×5cm×2cm大小，放入事先准备好的1L容积的干净玻璃瓶中，旋紧瓶盖；在(80±2)℃烘箱中放置2h后等温度降到60℃时打开瓶盖，由5位鉴定人员通过瓶口逸出的气体判断泡沫的气味等级。鉴定标准：气味评判标准分为1～6级，同时也会出现介于两种评判等级之间的情况，泡沫的气味等级取5位鉴定人员测试值的算数平均值。
评分1无气味
评分2有气味，但无干扰性气味
评分3有明显气味，但无干扰性气味
评分4有干扰性气味
评分5有强烈干扰性气味
评分6有不能忍受的气味
PVC变色试验：将 50 mm×50 mm×20 mm 的泡沫放置在玻璃瓶中，瓶口用PVC 薄膜封住，盖上密封盖后， 放置在 100 ℃的烘箱中加热 72 h。随着时间的变化，观察PVC的变色情况。
VOC测试采用袋式法，标准为Q/BYDQ-1901.771-2017比亚迪汽车-乘员舱内零部件挥发性有机物和醛酮类物质检测方法，采用标准中的方法2进行测试。
实施例配方中使用的原料：
聚醚多元醇：甘油起始，3官能度，环氧丙烷接枝，环氧乙烷封端多元醇，羟值30-35mgKOH/g，端伯羟基含量大于70%的聚氧化丙烯醚三元醇，如壳牌SA-3405，烟台万华FA-3135；
聚合物多元醇：甘油起始，3官能度，羟值18-22mgKOH/g，苯乙烯、丙烯腈接枝的聚合物多元醇，如山东隆华LHH-500L，江苏长华CHP-H45；
原料聚醚胺Jefamine D2000 Mw＝2000、f＝2，Huntsman公司；
原料聚醚胺Jefamine T5000 Mw＝5000、f＝3，Huntsman公司；
CFA8125， 山东补天新材料有限公司产品，3官能度，羟值1600-2000 mgKOH/g；
催化剂Z-110， Huntsman公司产品；
催化剂Z-130， Huntsman公司产品；
泡沫稳定剂为DC-6070， 美国气体化学品公司产品；
交联剂为二乙醇胺（DEOA）， DOW化学公司产品；
异氰酸酯为wannate 8007，购自烟台万华股份有限公司；
表1为实施例与对比例配方。
PIP灌泡头枕泡沫材料的制备：按表1所示重量将聚醚、发泡剂、硅油、催化剂等各原料按比例配制成组合聚醚(A组分)，将组分A和组分B分别置于高压发泡机的A、B料罐中；保持料温在30-40℃；按组分A∶组分B为100∶45-65的重量比，通过闭模注入PIP头枕模具中的面套内；60-90秒钟后，从模具中取出，即得到汽车PIP灌泡头枕。原料重量份、材料发泡情况及材料性能见表1。
表1实施例E1-E6和对比例C1-C2原料配方和泡沫发泡性能
原料 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 C1 C2
聚醚多元醇 70 70 70 70 70 70 70 70 70
聚合物多元醇 25 25 25 25 25 22 20 30 30
D2000 5 5 5 5 5 — — — —
T5000 — — — — — 8 10 — —
水 0.5 1.0 1.5 1.0 1.0 1.0 1.0 3.0 3.0
CFA8125 10 8 6 8 8 8 8 — —
乙醇胺 2 2 2 3 4 3 3 — —
二乙醇胺 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
Z-110 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 1.0
Z-130 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 3.0
PU-1254 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
wannate 8007 55 55 55 55 55 55 55 55 55
乳白时间，S 2 2 2 2 2 2 2 11 2
凝胶时间，S 26 28 30 27 23 26 23 78 24
脱模时间，S 80 90 90 70 70 70 70 240 80
有无渗漏 无 无 无 无 无 无 无 有 无
泡沫物理性能见表2。
表2 泡沫物理性能及环保性能
性能 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 C1 C2
密度，kg/m<sup>3</sup> 55 55 55 55 55 55 55 55 55
拉伸强度，KPa 145 136 132 133 130 142 146 130 134
伸长率，% 106 105 102 102 98 104 105 101 102
撕裂强度，N/cm 1.82 1.79 1.75 1.76 1.80 1.88 1.95 1.72 1.75
球回弹，% 58 57 56 58 57 56 57 55 56
75%压缩永久变形，% 5.2 5.3 4.9 4.8 5.2 4.6 4.5 5.6 5.3
气味，级 3 3 3 3 3 3 3 3 4
PVC变色 不 不 不 不 不 不 不 不 变
甲醛，µg/m<sup>3</sup> ND ND ND ND ND ND ND ND 128
乙醛，µg/m<sup>3</sup> 22 18 20 21 19 20 22 22 48
丙烯醛，µg/m<sup>3</sup> ND ND ND ND ND ND ND ND 30
苯，µg/m<sup>3</sup> 20 22 21 22 26 23 24 28 63
甲苯，µg/m<sup>3</sup> 48 43 43 42 45 44 46 55 65
乙苯，µg/m<sup>3</sup> 18 20 22 23 25 21 22 25 22
二甲苯，µg/m<sup>3</sup> 66 63 62 65 62 63 62 60 88
苯乙烯，µg/m<sup>3</sup> 48 48 46 43 49 45 42 66 72
TVOC，µg/m<sup>3</sup> 6326 6500 6100 5878 6673 6453 6974 6023 12500
从表1和表2可以看出，C1和C2为对比配方，不属于本发明的内容，其中C1为普通反应体系，催化剂使用量少，制得的泡沫气味小，但是PIP头枕容易渗料；C2为常规的快速反应配方，不渗料，但是泡沫的气味和TVOC都偏高，并且PVC变色；而E1到E7属于本发明配方，通过调整发泡剂的比例和单乙醇、聚醚胺的比例，制得的PIP头枕泡沫，不渗料，催化剂用量少，TVOC低，PVC不变色。
同时本发明的PIP灌泡头枕用组合物可以推广至其他相近PIP工艺中，比如用于制造轿车的扶手、座椅等，这对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，在不违背本发明的思想下，本领域技术人员可以在此基础上对本发明做出的各种改动或者修改，同样应属于本发明的范围。

Claims (10)

1.一种PIP灌泡头枕用环保组合物，其特征是由以下重量份的原料组成：
A组分：
聚醚多元醇 70～80份
聚合物多元醇 20～30份
聚醚胺 3～10份
水 0.5～1.5份
发泡剂 10～6份
催化剂 0.5～1.0份
乙醇胺 2～4份
交联剂 0.2～2份
表面活性剂 0.2～2份
其中聚醚多元醇+聚合物多元醇+聚醚胺=100
水+发泡剂/4=3.0～3.5
B组分：
异氰酸酯 45～65份
A组分∶B组分为100∶45-65
所述发泡剂，是环保零ODP、GWP值为1的环保发泡剂，选自山东补天新材料技术有限公司牌号CFA8125产品；
所述催化剂为反应型催化剂，选自结构上含有活泼羟基或者氨基的化合物；
所述聚醚胺为聚氧化丙烯二胺或者三胺，官能度为2～3，重均分子量为200～5000g/mol，氨基封端。
2.根据权利要求1所述的PIP灌泡头枕用环保组合物，其特征是催化剂选自下组中的至少一种：N’N-二甲基乙醇胺、三甲基羟乙基乙二胺、三甲基羟乙基丙二胺、四甲基二丙基三胺、2-（2-二甲胺基-乙氧基）-乙醇、N，N，N，-三甲基-N，-羟乙基双氨乙基醚、双（二甲氨基）-2-丙醇。
3.根据权利要求1所述的PIP灌泡头枕用环保组合物，其特征是所述聚醚多元醇是由甘油起始，环氧丙烷、环氧乙烷共聚聚醚多元醇，官能度为3，伯羟基含量≥75%，羟值28-35mgKOH/g；所述聚合物多元醇是以环氧乙烷-环氧丙烷共聚醚三醇为基础的苯乙烯-丙烯腈接枝聚合物多元醇中的一种或多种，羟值在18～30mgKOH/g，固含量30％～45％。
4.根据权利要求1所述的PIP灌泡头枕用环保组合物，其特征是交联剂为具有两个及以上官能团的小分子醇或胺类化合物。
5.根据权利要求4所述的PIP灌泡头枕用环保组合物，其特征是交联剂是指乙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、二乙醇胺、三乙醇胺或甘油。
6.根据权利要求1所述的PIP灌泡头枕用环保组合物，其特征是所述的表面活性剂为高回弹泡沫用有机硅泡沫稳定剂。
7.根据权利要求6所述的PIP灌泡头枕用环保组合物，其特征是表面活性剂选自赢创工业集团的B8715、B8736，美国气体化学品公司的DC2525、DC6070，美国迈图高新材料集团的L-3629、L-3640；表面活性剂的用量为A组分的0.5％-1.5％。
8.根据权利要求1所述的PIP灌泡头枕用环保组合物，其特征是所述的异氰酸酯由纯MDI、纯MDI的2,4’-异构体及4,4’-异构体、氨酯改性的MDI预聚体、多苯基甲烷多异氰酸酯的一种或几种混合而成，其中NCO含量为26%～34%。
9.一种制备权利要求1~8之一所述的PIP灌泡头枕用环保组合物的方法：将聚醚多元醇、聚合物多元醇、聚醚胺、乙醇胺、交联剂、发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂各种物料在30-40℃下搅拌混合1h，得多元醇混合物A组分，密封存放；异氰酸酯为B组分。
10.一种权利要求1~8之一所述的PIP灌泡头枕用环保组合物的使用方法，包括如下步骤：将组分A和组分B分别置于高压发泡机的A、B料罐中；保持料温在30-40℃；按组分A∶组分B为100∶45-65的重量比，通过闭模注入PIP头枕模具中的面套内；60-90秒钟，从模具中取出，即得到汽车PIP灌泡头枕。
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