低VOC汽車聚氨酯儀表板的研制

王威

(上海贏優(yōu)新材料科技發(fā)展有限公司 201508)

低VOC汽車聚氨酯儀表板的研制

王威

(上海贏優(yōu)新材料科技發(fā)展有限公司 201508)

A組分是以三官的聚醚多元醇，聚酯多元醇、POP聚醚、反應型催化劑以及特殊的氨類聚醚多元醇組成，B組分是以改性的異氰酸酯與Wannate 8215混合而成。研究了用袋式法檢測了汽車儀表板產(chǎn)品VOC的含量；研究了POP聚醚的添加量，對產(chǎn)品硬度及性能方面的影響；研究了調(diào)節(jié)催化劑的含量，對產(chǎn)品反應性的影響。研究表明，通過使用胺類聚醚多元醇及反應型催化劑代替普通的胺類催化劑，有助于降低產(chǎn)品有機物的揮發(fā)，從而使儀表板產(chǎn)品滿足國內(nèi)的袋式法的標準；POP聚醚添加量的增加，會提升產(chǎn)品的硬度；通過調(diào)節(jié)反應型催化劑的含量，調(diào)整組合料的起發(fā)時間，凝膠時間及停止時間，滿足了客戶現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝。本文旨在從聚醚多元醇類型的選擇,催化劑類型的選擇以及催化劑用量的變化,開發(fā)出新型低VOC汽車聚氨酯儀表板組合料。該聚氨酯組合料生產(chǎn)出來的汽車儀表板可以滿足目前各主機廠對VOC的要求,并且該聚氨酯組合料的現(xiàn)場生產(chǎn)工藝性能良好,能夠滿足各汽車儀表板生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品工藝以及產(chǎn)品性能的需求。

聚氨酯；儀表板；反應型催化劑；低VOC

聚氨酯的發(fā)展歷史有70年了。如果從異氰酸酯的合成開始算起，幾乎還要在往前推一個世紀。早在1849年德國化學家伍爾滋就研制出脂肪族異氰酸酯。1850年德國化學家霍夫曼合成了苯基異氰酸酯。但是，直到1937年后德國法本公司的奧托拜耳博士首先將異氰酸酯用于聚氨酯合成。隨后聚氨酯合成飛速發(fā)展，作為一種新興的有機高分子材料，被譽為“第五大塑料”，因其卓越的性能而被廣泛應用于眾多領(lǐng)域。產(chǎn)品應用領(lǐng)域涉及輕工、化工、電子、紡織、醫(yī)藥、建筑、建材、汽車、國防、航天和航空等[1]。

隨著人們生活水平的提高，汽車在人們的生活當中越來越普及，人們對汽車的安全，舒適和環(huán)保的要求也越來越高。汽車散發(fā)的揮發(fā)性有機物對人體的危害很大，當汽車中的VOC達到一定濃度時，短時間內(nèi)人們會感到頭痛、惡心等，嚴重時會出現(xiàn)抽搐，并會傷害到人的肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)。國家環(huán)境保護總局于2007年12月7日發(fā)布了HJ/T400-2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法》。2008年3月1日實行。2012年3月1日，由國家環(huán)保組織制定，國資委共同頒布了GB/T27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》，從而促進了國內(nèi)主機廠對車內(nèi)零部件的VOC提出了更高的要求，各主機廠也分別頒布了《車內(nèi)非金屬部件揮發(fā)性有機物及醛類物質(zhì)限值要求》企業(yè)標準。目前日系袋式法是各大主機廠檢測汽車內(nèi)VOC的主要檢測手段之一，本方法通過將樣件放在不同規(guī)格的采樣袋里，讓采樣袋通入50%氮氣，經(jīng)過加熱讓樣件的VOC揮發(fā)至采樣袋內(nèi)，從而進一步測量二甲苯、甲苯、甲醛、乙醛的揮發(fā)量。目前針對國內(nèi)VOC的要求，聚醚多元醇的廠家通過改進生產(chǎn)工藝等來降低原料里面小分子物質(zhì)的含量；催化劑的供應商通過開發(fā)出反應型的催化劑來代替普通的胺類催化劑；組合料的生產(chǎn)商通過使用水發(fā)泡劑來代替物理發(fā)泡劑等來降低產(chǎn)品VOC的含量。由于近些年VOC的要求在逐漸提高，目前市場上絕大部分組合料供應商依然很難通過主機廠VOC的要求[2]。

很多年以來，聚氨酯組合料中一直使用胺類催化劑進行催化反應。根據(jù)不同催化劑的本身的分子結(jié)構(gòu)和空間位阻的不同，催化劑分為起發(fā)型催化劑和凝膠型催化劑：起發(fā)型催化劑主要是起發(fā)水與異氰酸酯反映的[3]；凝膠型催化劑主要是催化聚醚多元醇和異氰酸酯的反應。胺類催化劑是導致VOC過高的一個主要原因，固本實驗主要通過使用胺類的聚醚，來減少催化劑的使用量，以及使用反應型的催化劑代替普通的胺類催化劑，從而降低產(chǎn)品反應過程中VOC的含量，來實現(xiàn)滿足日系袋式法的測試要求[4]。

1 實驗部分

1.1 主要原料及基本配方（表1）

表1 實驗低VOC組合料基本配方

1.2 實驗原理（圖1）

圖1 聚醚多元醇和異氰酸酯反應原理

1.3 實驗步驟

1.3.1 實驗室反應性調(diào)節(jié)

在恒溫恒濕（23攝氏度，50%濕度）實驗室內(nèi)對低VOC配方的反應性進行調(diào)節(jié)，具體數(shù)據(jù)如表2。

表2 實驗室反應性

從表2可以看出，新開發(fā)的低VOC配方反應性方面已于目前的商業(yè)配方調(diào)到一致。

1.3.2 實驗室制備樣件

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)工藝需求，在實驗室用20 cm x 20 cm x 4 cm的模具打密度為220 g/L的模塑樣塊，通過硬度及機械性能測試來確定POP聚醚的含量。

1.3.3 實驗室性能測試方法

HPE硬度測試采用DIN ISO 7619標準測試；密度測試采用DIN EN ISO 845標準測試；拉伸強度和斷裂伸長率測試采用DIN ISO 34-1標準測試；VOC測試采用GMW15634標準測試；壓縮型變率測試采用DIN EN ISO 3386標準測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 實驗室測試POP聚醚對產(chǎn)品機械性能的影響

分別以POP聚醚3%，4%，5%，6%，7%的含量在實驗室制備類似密度（220 g/L左右）的實驗室樣件，在送往公司內(nèi)部的物理實驗室進行機械性能測試，測試實驗結(jié)果如圖2、圖3和圖4。

圖2 POP聚醚的用量對產(chǎn)品壓縮型變的影響

圖3 POP聚醚的用量對產(chǎn)品拉伸強度的影響

圖4 POP聚醚的用量對產(chǎn)品斷裂伸長率的影響

由圖2可以看出，隨著POP含量的增加，產(chǎn)品的型變率越來越低，說明隨著POP含量的增加，產(chǎn)品的型變方面性能越來越好；由圖3可以看出，隨著POP含量的增加，拉伸強度越來越高，說明隨著POP含量的增加，產(chǎn)品的拉伸強度越來越好；由圖4可以看出，隨著POP含量的增加，斷裂伸長率越來越低，說明隨著POP含量的增加，產(chǎn)品的斷裂伸長率越來越差。

2.2 實驗室測試POP聚醚對產(chǎn)品硬度的影響

實驗室調(diào)整POP聚醚的含量，制備模塑樣件，送往物理實驗室進行HPE硬度測試，測試結(jié)果如圖5。

圖5 POP聚醚的用量對產(chǎn)品硬度的影響

由圖5可以看出，當POP含量為3%時，HPE的硬度為2.6；當POP含量為4%時，HPE的硬度為3.1；當POP含量為5%時，HPE的硬度為3.4；當POP含量為6%時，HPE的硬度為3.7；當POP含量為7%時，HPE的硬度為4.3。由上可以看出隨著POP含量在配方中增加，會導致產(chǎn)品的硬度逐漸提高。當HPE為3.5左右時，儀表板在符合安全性能要求的同時，舒適度為最好。

2.3 VOC測試結(jié)果分析

將實驗室制備的樣品，送往SGS進行檢測，檢測標準為袋式法GMW15634，測試結(jié)果如表3。

由表7可以看出，新開發(fā)的低VOC配方，送往SGS檢測出來的結(jié)果，笨類系列物質(zhì)未檢測出來；甲醛小于標準5 μg/g；乙醛小于標準0.5 μg/g；丙烯醛小于標準0.5 μg/g。檢測結(jié)果顯示新開發(fā)的低VOC汽車儀表板配方完全可以滿足客戶對VOC方面的需求。

2.4 客戶現(xiàn)場試料測試

將實驗室調(diào)好的配方，A組分和B組分分別配200 kg和150 kg，發(fā)往客戶處，進行現(xiàn)場工藝調(diào)試，客戶為國際某知名儀表板生產(chǎn)商。從現(xiàn)場的試料生產(chǎn)工藝來看，新開發(fā)的低VOC配方完全能滿足客戶現(xiàn)場的生產(chǎn)需求，而且具有很好的工藝操作性。

表3 儀表板GMW15634 VOC檢測結(jié)果

3 結(jié)論

(1)用胺類聚醚多元醇和反應型的催化劑，減少和取代普通的胺類聚醚，可以生產(chǎn)出低VOC的汽車儀表板產(chǎn)品，滿足主機廠在VOC方面的需求，且具有非常好的現(xiàn)場操作工藝。

(2)增加POP聚醚在產(chǎn)品中的含量，從3%～7%，對產(chǎn)品的機械性能，如壓縮型變和拉伸強度方面有明顯提升，但對斷裂伸長率卻有明顯降低的作用。

(3)增加POP聚醚在產(chǎn)品中的含量，會使產(chǎn)品的硬度增大，客戶在HPE=3.5時手感最舒適。

(4)綜合機械性能及產(chǎn)品硬度需求，POP聚醚的含量為5%時，最合適客戶的生產(chǎn)需求。

[1] 徐培林，聚氨酯材料手冊．北京[M]：化學工業(yè)出版社，2002-8

[2] 黃利榆，林少敏，汽車內(nèi)部VOC排放及檢測[M]．河北化工，2008，3，（5）

[3] 許戈文，水性聚氨酯材料．北京[M]：化學工業(yè)出版社，2007

[4] 劉益軍，聚氨酯原料及助劑手冊（第二版）（精）．北京[M]：化學工業(yè)出版社，2013

TQ328.3

A

王威,男,助理工程師,大專,主要研究方向:聚氨酯自節(jié)皮研發(fā)與技術(shù)服務(wù).