CN116239750A - 耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料及其制备方法，主要解决现有技术中存在在湿热环境中出现因聚氨酯顶棚材料收缩而造成的裸PU板与复合层之间剥离或褶皱现象。本发明提供一种耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料，由组分Ⅰ、组分Ⅱ和组分Ⅲ组成，组分Ⅰ：组分Ⅱ：组分Ⅲ的重量比为100:100～200:5～15；其中，以重量份数计，组分Ⅰ由以下组分组成：聚醚多元醇Ⅰ：30～40份，聚醚多元醇Ⅱ：15～30份，聚醚多元醇Ⅲ：30～45份，扩链剂：2～6份，泡沫稳定剂：0.5～2.0份，催化剂：0.2～0.7份，水：2～5份；组分Ⅱ：异氰酸酯100～200份；组分Ⅲ：三聚氰胺5～15份及其制备方法的技术方案，较好地解决了该问题，可用于汽车顶棚材料工业应用中。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料及其制备方法。
背景技术
汽车顶棚材料作为整车内饰件的重要组成部分，占据了汽车车内较大的内饰空间，性能优良的汽车顶棚材料就显得十分重要，汽车顶棚材料是由聚氨酯顶棚PU板和复合层通过复合工艺而成的。现代工艺中，一般分为干法和湿法两种复合工艺，而较低密度的PU泡片通常采用湿法工艺。在湿法工艺复合过程中，模具温度一般在130～140℃范围内，这就需要PU泡片在如此高温条件下尺寸稳定性要好，不易收缩变形，否则将会引起最终的汽车顶棚复合片材成型出现偏差，另外在整车应用过程中，在高温高湿的条件下(如夏季或雨季等)，如果尺寸稳定性较差，将会导致PU泡沫片与复合层材料之间出现分离、脱胶、开裂、褶皱等严重问题。
在目前的汽车顶棚行业内，很少有人专门研究在高温高湿的条件下聚氨酯PU片材的尺寸稳定性，鲜有相关的文献和资料，通过对国内的各家湿法复合工艺条件进行模拟和分析，将高温高湿的环境进行模拟设置为120℃，100％RH(湿度)放置5h，70℃干燥3h，以此循环3次。在该条件下密度为25-35kg/m3的国内聚氨酯PU片材尺寸变化率通常在5％以上，少数可以做到稳定在3～5％以内。然而尺寸变化率在3～5％的片材在炎热的夏季仍然会出现PU泡沫片与复合层材料之间出现分离、脱胶、开裂、褶皱等严重问题。因此，本发明通过配方的调整和PU片材的发泡方式的调整，提供了一种耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料及其制备方法。
中国专利CN102391640A公开了一种汽车顶棚专用一步法湿法PU板，其特点是它由下述重量配比的原料制成，聚醚多元醇与聚酯多元醇的混合物100份、混合硅油1-3份、胺类催化剂0.1-0.5份、混合发泡剂5-20份、延迟催化剂0.1-0.3份、开孔剂1.0-2.0份，经混合均匀制成A料，A料与改性B料140-175份进行反应发成大泡块，切片后PU板用作一步湿法汽车顶棚，其韧性好，尺寸稳定性高，并且成本低。该专利对尺寸稳定性没有做出公开具体的指标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中存在湿法复合工艺中PU泡沫片与复合层材料之间出现分离、脱胶、开裂、褶皱等的问题。提供一种新的一种耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料，具有耐湿热形变、尺寸变化率小、阻燃性能好的优点。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一种耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料的制备方法。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料，由组分Ⅰ、组分Ⅱ和组分Ⅲ组成，组分Ⅰ：组分Ⅱ：组分Ⅲ的重量比为100:100～200：5～15；其中，以重量份数计，组分Ⅰ由以下组分组成：聚醚多元醇Ⅰ：30～40份，聚醚多元醇Ⅱ：15～30份，聚醚多元醇Ⅲ：30～45份，扩链剂：2～6份，泡沫稳定剂：0.5～2.0份，催化剂：0.2～0.7份，水：2～5份；组分Ⅱ：异氰酸酯100～200份；组分Ⅲ：三聚氰胺5～15份；其中，所述的聚醚多元醇Ⅰ以甘油为起始剂，接枝环氧丙烷，再以环氧乙烷封端，封端量为10％～25％，羟值为20～40mgKOH/g；所述的聚醚多元醇Ⅱ以乙二醇、丙二醇或二甘醇中的一种为起始剂，在催化剂作用下，与环氧丙烯开环聚合反应而成，羟值为215～350mgKOH/g；所述的聚醚多元醇Ⅲ以丙三醇为起始剂，由环氧丙烷聚合而成，羟值为400～540mgKOH/g；所述的泡沫稳定剂选自L580、B8409、HC605、HC580、B8540或DC193中的至少一种；所述的催化剂为胺类催化剂，组分Ⅱ中异氰酸酯选自MDI、TDI或PAPI中的一种。
上述技术方案中，优选地，所述的胺类催化剂选自A33、A1、NE300、ZF10或LE-710中的至少一种。
上述技术方案中，优选地，所述的扩链剂选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙三醇、己二醇、二甘醇或二丙二醇中的至少一种。
上述技术方案中，优选地，所述的异氰酸酯选自PM-200、M20S、M50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如下：
一种前述的耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料的制备方法，包括以下步骤：
以重量份数计，准备组分Ⅰ：(1)以重量份数计，准备组分Ⅰ：聚醚多元醇Ⅰ：30～40份，聚醚多元醇Ⅱ：15～30份，聚醚多元醇Ⅲ：30～45份，扩链剂：2～6份，泡沫稳定剂：0.5～2.0份，催化剂：0.2～0.7份，水：2～5份；组分Ⅱ：异氰酸酯100～200份；组分Ⅲ：三聚氰胺5～15份；其中，所述的聚醚多元醇Ⅰ以甘油为起始剂，接枝环氧丙烷，再以环氧乙烷封端，封端量为10％～25％，羟值为20～40mgKOH/g；所述的聚醚多元醇Ⅱ以如乙二醇、丙二醇和二甘醇等含活泼性氢基团为起始剂，在催化剂作用下，与环氧丙烯开环聚合反应而成，官能度为2，羟值为215～350mgKOH/g；所述的聚醚多元醇Ⅲ以丙三醇为起始剂，由环氧丙烷聚合而成，官能度为3，羟值为400～540mgKOH/g；所述的泡沫稳定剂选自L580、B8409、HC605、HC580、B8540、DC193中的至少一种；所述的催化剂为胺类催化剂，所述的催化剂优选胺类催化剂A1、A33和NE300；组分Ⅱ中异氰酸酯MDI、TDI或PAPI中的至少一种；组分Ⅱ中异氰酸酯优选M2OS、MIPS、PM-200或M50中的至少一种；所述的三聚氰胺优选80-100目。组分Ⅰ：组分Ⅱ：组分Ⅲ的重量比为100:100～200：5～15。
制备组分Ⅰ：按照步骤(1)中组分及重量份数，将称量好的聚醚多元醇Ⅰ、聚醚多元醇Ⅱ、聚醚多元醇Ⅲ、泡沫稳定剂、催化剂、扩链剂和水依次加入容器A中，搅拌10～20秒，物料温度为19～22℃，充分混合；
制备组分Ⅱ：
按照步骤(1)中组分及重量份数，将称量好的组分Ⅱ的异氰酸酯加入容器B中，搅拌均匀，物料温度为19～22℃，制备得到组分Ⅱ；
制备组分Ⅲ：
按照步骤(1)中组分及重量份数，将称量好的组分Ⅲ的三聚氰胺加入容器C中得到组分Ⅲ，将称量好的组分Ⅲ加入组分Ⅱ中，并搅拌均匀，以备后用；
控制环境温度为19～22℃，将组分Ⅰ与组分Ⅱ和组分Ⅲ的混合物混合搅拌，搅拌均匀后立即倒入发泡箱内发泡后切片，即制得耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料。
采用本发明的技术方案具有以下优点：第一、发泡配方中采用在异氰酸酯中加入三聚氰胺，一方面可以提高PU片材的支撑性和增加尺寸稳定性，减少在高温高湿的条件下的形变量。另一方面可以赋予材料优异的阻燃性能。第二、在配方中巧妙搭配凝胶和发泡的平衡，极大地赋予聚氨酯泡沫高开孔率的材料特性。避免因闭孔导致受到泡沫外部环境变化较大时产生的收缩或膨胀，进一步提高PU片材的尺寸稳定性。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
表1原料清单
【实施例1】
(1)按以下各组分的重量份数准备原料：
组分Ⅰ：100份，以重量份数计具体包括：CHE-2801：30份，CHE-204：15份，CHE-303：45份，L580：0.7份，B8409：0.3份，A1：0.3份，水：4.7份，丙三醇：4份。
组分Ⅱ：异氰酸酯160份，以重量份数计具体包括：MIPS：60份，M20S：100份；
组分Ⅱ：三聚氰胺以重量份数计具体包括：三聚氰胺：5份；
(2)制备组分Ⅰ：
按照步骤(1)中组分Ⅰ的重量份数，将称量好的各组分依次加入容器A中，搅拌15秒，物料温度为20℃，充分混合，制备得到组分Ⅰ；
(3)制备组分Ⅱ：
按照步骤(1)中组分Ⅱ的重量份数，将称量好的各组分依次加入容器B中，物料温度为20℃，充分混合，制备得到组分Ⅱ；
(4)制备组分Ⅲ：
按照步骤(1)中组分及重量份数，将称量好的组分Ⅲ的三聚氰胺加入容器C中得到组分Ⅲ，将称量好的组分Ⅲ加入组分Ⅱ中，并搅拌均匀，以备后用；
控制环境温度为19～22℃，将组分Ⅰ与组分Ⅱ和组分Ⅲ的混合物混合搅拌，搅拌均匀后立即倒入发泡箱内发泡后切片，即制得耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料，其性能指标数据见表4所示。
【实施例2～5】
实施例2～5按照实施例1中的各个步骤进行，区别为发泡配方中的反应原料、原料配比不同，具体见表2；制得的聚氨酯顶棚材料的性能指标数据见表4所示。
表2实施例1～5聚氨酯顶棚材料发泡配方中各组分的重量份数
【比较例1～4】
(1)按表3中各组分的重量份数准备原料；
(2)制备组分Ⅰ：按照步骤(1)中组分Ⅰ的重量份数，将称量好的各组分依次加入容器A中，搅拌15秒，物料温度为20℃，充分混合；
(3)控制环境温度为20℃，将组分Ⅰ与组分Ⅱ快速混合搅拌，搅拌均匀后立即倒入发泡箱内发泡，制得聚氨酯顶棚材料，其性能指标数据见表4所示。
表3比较例1～4聚氨酯顶棚材料发泡配方中各组分的重量份数
表4实施例1～5及比较例1～4的聚氨酯顶棚材料的性能检测数据
注：尺寸稳定性的测试条件为120℃，100％RH(湿度)放置5h，70℃干燥3h，以此循环3次。
本发明在发泡配方中采用全水发泡，在配方中使用含有刚性基团的三聚氰胺，一方面可以提高PU片材的支撑性和增加尺寸稳定性，减少在高温高湿的条件下的形变量。另一方面可以赋予材料优异的阻燃性能。第二、在配方中巧妙搭配凝胶和发泡的平衡，极大地赋予聚氨酯泡沫高开孔率的材料特性。避免因闭孔导致受到泡沫外部环境变化较大时产生的收缩或膨胀，进一步提高PU片材的尺寸稳定性。最终得到的聚氨酯泡沫的尺寸稳定性、开孔率和阻燃性得到大大地提高。由表4中性能数据可知，实施例1～5制得的聚氨酯泡沫在同等密度条件下，其尺寸稳定性、开孔率和阻燃性均大大高于比较例1～4，并且其压缩强度和拉伸强度也得到了提升；实施例4的密度为34kg/m3，压缩强度高达235KPa，拉伸强度高达240Kpa，开孔率高达92％，氧指数为20.6，湿热老化尺寸变化率为(-1.8％)*1.4％*1.1％。可见，本发明制备的耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料具有较高开孔率、热湿老化尺寸变化率较低、阻燃性能好的优点，且其他物理性能没有下降，取得了较好的技术效果，可用于聚氨酯顶棚材料的工业应用中。
Claims (5)
1.一种耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料，由组分Ⅰ、组分Ⅱ和组分Ⅲ组成，组分Ⅰ：组分Ⅱ：组分Ⅲ的重量比为100:100～200：5～15；其中，以重量份数计，组分Ⅰ由以下组分组成：聚醚多元醇Ⅰ：30～40份，聚醚多元醇Ⅱ：15～30份，聚醚多元醇Ⅲ：30～45份，扩链剂：2～6份，泡沫稳定剂：0.5～2.0份，催化剂：0.2～0.7份，水：2～5份；组分Ⅱ：异氰酸酯100～200份；组分Ⅲ：三聚氰胺5～15份；其中，所述的聚醚多元醇Ⅰ以甘油为起始剂，接枝环氧丙烷，再以环氧乙烷封端，封端量为10％～25％，羟值为20～40mgKOH/g；所述的聚醚多元醇Ⅱ以乙二醇、丙二醇或二甘醇中的一种为起始剂，在催化剂作用下，与环氧丙烯开环聚合反应而成，羟值为215～350mgKOH/g；所述的聚醚多元醇Ⅲ以丙三醇为起始剂，由环氧丙烷聚合而成，羟值为400～540mgKOH/g；所述的泡沫稳定剂选自L580、B8409、HC605、HC580、B8540或DC193中的至少一种；所述的催化剂为胺类催化剂，组分Ⅱ中异氰酸酯选自MDI、TDI或PAPI中的一种。
2.根据权利要求1所述的耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料，其特征在于，所述的胺类催化剂选自A33、A1、NE300、ZF10或LE-710中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料，其特征在于，所述的扩链剂选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙三醇、己二醇、二甘醇或二丙二醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料，其特征在于，所述的异氰酸酯选自PM-200、M20S、M50中的至少一种。
5.一种权利要求1所述的耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)以重量份数计，准备组分Ⅰ：聚醚多元醇Ⅰ：30～40份，聚醚多元醇Ⅱ：15～30份，聚醚多元醇Ⅲ：30～45份，扩链剂：2～6份，泡沫稳定剂：0.5～2.0份，催化剂：0.2～0.7份，水：2～5份；组分Ⅱ：异氰酸酯100～200份；组分Ⅲ：三聚氰胺5～15份；其中，所述的聚醚多元醇Ⅰ以甘油为起始剂，接枝环氧丙烷，再以环氧乙烷封端，封端量为10％～25％，羟值为20～40mgKOH/g；所述的聚醚多元醇Ⅱ以乙二醇、丙二醇或二甘醇中的一种为起始剂，在催化剂作用下，与环氧丙烯开环聚合反应而成，羟值为215～350mgKOH/g；所述的聚醚多元醇Ⅲ以丙三醇为起始剂，由环氧丙烷聚合而成，羟值为400～540mgKOH/g；所述的泡沫稳定剂选自L580、B8409、HC605、HC580、B8540或DC193中的至少一种；所述的催化剂为胺类催化剂；组分Ⅱ中异氰酸酯选自MDI、TDI或PAPI中的至少一种；组分Ⅰ：组分Ⅱ：组分Ⅲ的重量比为100:100～200：5～15。
(2)制备组分Ⅰ：按照步骤(1)中组分及重量份数，将称量好的聚醚多元醇Ⅰ、聚醚多元醇Ⅱ、聚醚多元醇Ⅲ、泡沫稳定剂、催化剂、扩链剂和水依次加入容器A中，搅拌10～20秒，物料温度为19～22℃，充分混合；
(3)制备组分Ⅱ：
按照步骤(1)中组分及重量份数，将称量好的组分Ⅱ的异氰酸酯加入容器B中，搅拌均匀，物料温度为19～22℃，制备得到组分Ⅱ；
(4)按照步骤(1)中组分及重量份数，将称量好的组分Ⅲ的三聚氰胺加入容器C中得到组分Ⅲ；
(5)将称量好的组分Ⅲ加入组分Ⅱ中，并搅拌均匀，以备后用。
(6)控制环境温度为19～22℃，将组分Ⅰ与组分Ⅱ和组分Ⅲ的混合物混合搅拌，搅拌均匀后立即倒入发泡箱内发泡后切片，即制得耐湿热形变的聚氨酯顶棚材料。
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