CN107298749A - 一种汽车座椅用聚氨酯泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车座椅用聚氨酯泡沫材料及其制备方法，由A组原料和B组原料以2:（0.5~1）的重量配比制成，所述A组原料为改性异氰酸酯，以B组原料总质量为基准，所述B组原料由以下质量百分含量的成分组成：基础聚醚60%~80%，聚合物多元醇10%~20%，催化剂0.1%~0.3%，硅油0.5%~2%，助剂3%~15%，水4.2%~8.4%。本发明的原料以改性异氰酸酯替代传统的异氰酸酯，以无卤阻燃剂替代含卤阻燃剂，材料的环保型和安全性得到提高；制备工艺简单、设备投资少、易于操作管理；利用本发明的汽车座椅用聚氨酯泡沫材料填充的汽车座椅不但具有弹性好，而且具有耐久度强、阻燃性好的优点。

Description

一种汽车座椅用聚氨酯泡沫材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚氨酯材料制造领域，尤其涉及一种汽车座椅用聚氨酯泡沫材料及其制备方法。

背景技术

随着汽车行业的快速发展，人们对汽车内饰的要求越来越高，汽车座椅作为汽车内饰的重要组成部分，其内部填充物的性能直接与用户的安全驾驶及舒适度紧密相关。目前，工业生产的汽车座椅内的填充物采用聚氨酯泡沫材料，该材料由异氰酸酯和羟基化合物经聚合发泡制成，具有极佳的弹性、柔软性、伸长率和压缩强度，是一种性能优良的缓冲材料。然而，异氰酸酯对人体的危害很大，主要是分子中的异氰酸酯基团-NCO具有高度不饱和性，非常活泼，极易与其他含活泼氢原子的化合物反应，能与人体的蛋白质反应，生成变性蛋白，传统的汽车座椅用聚氨酯泡沫材料在制备过程及长期使用发生老化时，可以产生游离异氰酸酯单体，散发出对人体健康有害的气体，此外还容易发生不可恢复的形变，回弹性和耐久度较差，导致驾驶员长途驾驶舒适性差，存在安全隐患。

中国专利文献上公开了一种“模塑聚氨酯泡沫”，其公告号为CN101608008A，该发明的模塑聚氨酯泡沫由异氰酸酯和基础混合物反应构成，保持了聚氨酯泡沫原有的优良性能，同时具有较优异的震动性能，可以用于制备汽车座椅泡沫。但是，该发明的模塑聚氨酯泡沫的原料仍主要采用异氰酸酯，且未解决现有泡沫存在的回弹性和耐久度差的问题。因此，如何对现有汽车座椅泡沫的环保性及其回弹性能改性提高是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为了克服现有汽车座椅泡沫危害健康、回弹性和耐久度差的问题，提供了一种环保、回弹率高、耐久度强的汽车座椅用聚氨酯泡沫材料。

本发明还提供了一种工艺简单、能耗低的汽车座椅用聚氨酯泡沫材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种汽车座椅用聚氨酯泡沫材料，其由A组原料和B组原料以2:（0.5~1）的重量配比制成，所述A组原料为改性异氰酸酯，以B组原料总质量为基准，所述B组原料由以下质量百分含量的成分组成：基础聚醚60%~80%，聚合物多元醇10%~20%，催化剂0.1%~0.3%，硅油0.5%~2%，助剂3%~15%，水4.2%~8.4%。

传统异氰酸酯材料对人体造成危害的主要原因归咎于异氰酸酯单体的低沸点和高蒸气压，为了减少异氰酸酯单体对人体及环境的毒害，本发明以改性异氰酸酯替代传统的异氰酸酯作为制备汽车座椅用聚氨酯泡沫材料的原料，由于改性异氰酸酯的分子结构中增加了其他基团，可以增加官能度，降低蒸气压，降低溶点和黏度，不易挥发，改善物料的加工特性，有利于聚氨酯材料的最终加工和性能的提高，并且更为绿色环保。

聚合物多元醇含有1种固体有机填料的特殊键合分散体系，在发泡过程中，分散体中的聚合物微粒附着在聚氨酯泡沫网络上，在网络间有化学键接合，可大幅度提高泡沫体的网络强度和承载能力，对泡沫制品起增强作用。同时聚合物微粒附着在泡孔壁上起弱化作用，使泡孔较易打开，增加开孔率，从根本上改变了泡沫闭孔所引起的收缩现象。聚合物多元醇用量过多，会造成泡沫回弹率及伸长率下降，发泡时开孔率加大，引起回缩严重导致泡沫密度增加，泡孔均匀性变差；此外，用量过多会使聚醚预混料的黏度急剧上升，使原料搅拌不易均匀，发泡混合料的初始流动性变差，发泡过程中泡沫回缩较严重，因此，本发明将聚合物多元醇控制在10%~20%，制备的汽车座椅用聚氨酯泡沫材料的回弹率较高，各项性能良好。

在配方体系中加入水可以与改性异氰酸酯反应生成二氧化碳和尿素，过量的水会导致过剩的流动性和泡沫的脆性，过少的水会导致流动性过差，并影响聚氨酯泡沫材料的性能，因此，本发明将水的用量控制在4.2%~8.4%。

作为优选，以B组原料总质量为基准，所述助剂由以下质量百分含量的成分组成：无卤阻燃剂0.5%~1%，141b 2%~10%，1，4-丁二醇0.5%~1.5%。

作为优选，所述无卤阻燃剂为聚磷酸铵和磷酸二氢铵中的至少一种。

传统聚氨酯泡沫材料多使用含卤阻燃剂，当材料意外燃烧时放出大量的卤化氢气体，进而吸水形成具有强腐蚀性的氢卤酸而造成二次公害。本发明采用无卤阻燃剂替代含卤阻燃剂，当它们受热分解时放出结晶水，吸收大量的热量，产生的水蒸汽稀释了可燃性气体的浓度，并隔绝空气，同时生成耐火金属氧化物（Al₂O₃、MgO）还会催化聚合物的热氧交联反应，在聚合物表面形成一层碳化膜，减弱燃烧时的传热、传质效应，从而起到阻燃的作用，将该材料应用于汽车座椅用聚氨酯泡沫材料，大大提高了汽车行驶过程中的安全系数。

作为优选，所述改性异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、二聚改性多异氰酸酯和三聚改性多异氰酸酯中的一种或几种。

二苯基甲烷二异氰酸酯用于泡沫生产的时候密度比较高；二聚改性多异氰酸酯指由芳香族异氰酸酯和脂肪族异氰酸酯通过二聚反应得到的改性异氰酸酯；三聚改性多异氰酸酯指由脂肪族异氰酸酯或芳香族异氰酸酯在适当条件下形成三聚体，得到的含有异氰脲酸酯杂环的衍生物。基于改性异氰酸酯的优异性能，一方面可以改善聚氨酯泡沫材料生产车间的工作环境，绿色环保，另一方面使用其制备的聚氨酯泡沫材料的回弹率和耐久度均有所提高。

作为优选，所述基础聚醚为聚醚1621和GLR-2000中的至少一种。

聚醚1621为开孔性极好的聚醚多元醇，应用于高回弹模塑发泡中，改善制品的开孔性和手感，并可以改善模塑制品的脱模性和表皮性能，该产品还具有分子量分布均匀，在发泡过程中稳定性好，助剂用量变化范围较宽的优点。GLR-2000作为一种特殊的聚醚多元醇，与聚醚1621混合使用可以发生协同作用，性能优异，有利于提升聚氨酯泡沫材料的回弹性。

作为优选，所述聚合物多元醇为GPOP-36/30和GPOP-H45中的至少一种。

作为优选，所述催化剂为胺类催化剂和有机锡催化剂中的至少一种。

作为优选，所述胺类催化剂为A33和A1中的至少一种；所述有机锡催化剂为二丁基锡二月桂酸酯。

在汽车座椅用聚氨酯泡沫材料制备中，适当加入胺类催化剂，不仅可加快发泡速度，而且可使凝胶反应及发泡反应二者之间建立较好平衡，其中A33和A1的催化效果较佳。在配方体系中加入有机锡催化剂，使得发泡反应速度较快，放热时温度较高，不需要在发泡后在进行加热熟化，减少能耗，其中以二丁基锡二月桂酸酯催化效果较佳。

一种汽车座椅用聚氨酯泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照上述配比进行配料，得到A组原料和B组原料待用；

（2）将步骤（1）得到的A组原料和B组原料一步加入到反应釜中，在高速搅拌下充分混合，高速搅拌10～35s，速度为450～650r/min，得到水性聚氨酯溶液；

（3）将步骤（2）得到的水性聚氨酯溶液快速倒入发泡模具中于20~30℃下进行发泡，35~45min后打开模具取出泡沫，即得聚氨酯泡沫材料。

本发明采用一步发泡法进行发泡，不需要预聚体的反应装置，反应温度温和，具有工艺简单、设备投资少、易于操作管理等优点。

本发明具有如下有益效果：

（1）原料以改性异氰酸酯替代传统的异氰酸酯，以无卤阻燃剂替代含卤阻燃剂，材料的环保型和安全性得到提高；

（2）制备工艺简单、设备投资少、易于操作管理。

（3）利用本发明的汽车座椅用聚氨酯泡沫材料填充的汽车座椅不但具有弹性好，而且具有耐久度强、阻燃的优点。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。

实施例1：

（1）按照以下配比进行配料，得到A组原料和B组原料待用：

A组原料：二苯基甲烷二异氰酸酯；B组原料：60%的聚醚1621，20%的GPOP-36/30，0.1%的A33，0.5%的硅油，0.5%的聚磷酸铵，10%的141b，0.5%的1，4-丁二醇，8.4%的水；A组原料和B组原料的重量配比为2:1；

（2）将步骤（1）得到的A组原料和B组原料一步加入到反应釜中，在高速搅拌下充分混合，高速搅拌10s，速度为650r/min，得到水性聚氨酯溶液；

（3）将步骤（2）得到的水性聚氨酯溶液快速倒入发泡模具中于20℃下进行发泡，45min后打开模具取出泡沫，即得聚氨酯泡沫材料。

实施例2：

（1）按照以下配比进行配料，得到A组原料和B组原料待用：

A组原料：二聚改性多异氰酸酯；B组原料：80%的GLR-2000，10%的GPOP-36/30和GPOP-H45的混合物（重量比1:1），0.3%的二丁基锡二月桂酸酯，2%的硅油，1%的聚磷酸铵和磷酸二氢铵的混合物（重量比1:1），2%的141b，1.5%的1，4-丁二醇，4.2%的水；A组原料和B组原料的重量配比为2:0.5；

（2）将步骤（1）得到的A组原料和B组原料一步加入到反应釜中，在高速搅拌下充分混合，高速搅拌35s，速度为450r/min，得到水性聚氨酯溶液；

（3）将步骤（2）得到的水性聚氨酯溶液快速倒入发泡模具中于30℃下进行发泡，35min后打开模具取出泡沫，即得聚氨酯泡沫材料。

实施例3：

（1）按照以下配比进行配料，得到A组原料和B组原料待用：

A组原料：三聚改性多异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物（重量比1:1）；B组原料：70%的聚醚1621和GLR-2000的混合物（重量比2:1），15%的GPOP-H45，0.2%的A33和A1的混合物（重量比5:1），1.7%的硅油，0.75%的磷酸二氢铵，6%的141b，1%的1，4-丁二醇，5.35%的水；A组原料和B组原料的重量配比为2:0.75；

（2）将步骤（1）得到的A组原料和B组原料一步加入到反应釜中，在高速搅拌下充分混合，高速搅拌20s，速度为550r/min，得到水性聚氨酯溶液；

（3）将步骤（2）得到的水性聚氨酯溶液快速倒入发泡模具中于25℃下进行发泡，40min后打开模具取出泡沫，即得聚氨酯泡沫材料。

以市场上的汽车座椅用聚氨酯泡沫材料为对比例，对本发明实施例的汽车座椅用聚氨酯泡沫材料的性能做检测，结果见表1。

表1. 本发明实施例及对比例的汽车座椅用聚氨酯泡沫材料的性能检测结果

	对比例	实施例1	实施例2	实施例3
					回弹率，%	30	56	58	60
压缩硬度（25%）Pa	1120	1760	1850	1887
					应力松弛，%	25	10.2	10.1	9.8
拉伸强度，Mpa	110	148.2	151.3	157.8

由表1可以得到本发明的汽车座椅用聚氨酯泡沫材料各项性能检测结果较佳，其原料以改性异氰酸酯替代传统的异氰酸酯，以无卤阻燃剂替代含卤阻燃剂，材料的环保型和安全性得到提高；该汽车座椅用聚氨酯泡沫材料的制备工艺简单、设备投资少、易于操作管理；利用本发明的汽车座椅用聚氨酯泡沫材料填充的汽车座椅不但具有弹性好，而且具有耐久度强、阻燃的优点，安全性高。

Claims (9)

1.一种汽车座椅用聚氨酯泡沫材料，其特征在于，其由A组原料和B组原料以2:（0.5~1）的重量配比制成，所述A组原料为改性异氰酸酯，以B组原料总质量为基准，所述B组原料由以下质量百分含量的成分组成：基础聚醚60%~80%，聚合物多元醇10%~20%，催化剂0.1%~0.3%，硅油0.5%~2%，助剂3%~15%，水4.2%~8.4%。

2.根据权利要求1所述的一种汽车座椅用聚氨酯泡沫材料，其特征在于，以B组原料总质量为基准，所述助剂由以下质量百分含量的成分组成：无卤阻燃剂0.5%~1%，141b 2%~10%，1，4-丁二醇0.5%~1.5%。

3.根据权利要求2所述的一种汽车座椅用聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述无卤阻燃剂为聚磷酸铵和磷酸二氢铵中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种汽车座椅用聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述改性异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、二聚改性多异氰酸酯和三聚改性多异氰酸酯中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种汽车座椅用聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述基础聚醚为聚醚1621和GLR-2000中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种汽车座椅用聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述聚合物多元醇为GPOP-36/30和GPOP-H45中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种汽车座椅用聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述催化剂为胺类催化剂和有机锡催化剂中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的一种汽车座椅用聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述胺类催化剂为A33和A1中的至少一种；所述有机锡催化剂为二丁基锡二月桂酸酯。

9.一种如权利要求1-8任一所述的汽车座椅用聚氨酯泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按照上述配比进行配料，得到A组原料和B组原料待用；

（2）将步骤（1）得到的A组原料和B组原料一步加入到反应釜中，在高速搅拌下充分混合，高速搅拌10～35s，速度为450～650r/min，得到水性聚氨酯溶液；

（3）将步骤（2）得到的水性聚氨酯溶液快速倒入发泡模具中于20~30℃下进行发泡，35~45min后打开模具取出泡沫，即得聚氨酯泡沫材料。