一種汽車方向盤用低VOC聚氨酯組合料的研制

耿佃勇 楊雷

(淄博德信聯(lián)邦化學(xué)工業(yè)有限公司 山東淄博 256410)

聚氨酯自結(jié)皮泡沫又稱整皮模塑泡沫塑料，是采用反應(yīng)注射成型方法形成的一種具有自結(jié)皮結(jié)構(gòu)的聚氨酯泡沫,外表皮為一層致密的表皮,內(nèi)部為聚氨酯高回彈性泡沫[1]。這種自結(jié)皮泡沫因其手感舒適,同時(shí)具有緩沖作用,可用于生產(chǎn)汽車方向盤,能有效地保護(hù)駕駛員。

國內(nèi)汽車方向盤多采用二氯氟乙烷(HCFC-141b)發(fā)泡劑發(fā)泡的聚氨酯自結(jié)皮泡沫體,雖然這種泡沫體的表皮較厚,但HCFC-141b對(duì)臭氧層有一定的破壞,即將被淘汰。而用水代替物理發(fā)泡劑,具有價(jià)格低廉、無毒、不破壞臭氧層等優(yōu)點(diǎn)[2]。隨著人們生活水平不斷提高,對(duì)汽車質(zhì)量的要求也越來越高,安全、環(huán)保、舒適和經(jīng)濟(jì)成為汽車用材料的發(fā)展方向,國內(nèi)于2010年正式發(fā)布車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T400—2007《車內(nèi)非金屬零部件揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測(cè)定方法》,進(jìn)一步促進(jìn)國內(nèi)主機(jī)廠對(duì)車內(nèi)零部件的VOC指標(biāo)提出了更高的要求。盡管如此,目前市場上的大部分聚氨酯方向盤組合料還是很難滿足低VOC的要求[3]。

本研究采用低VOC聚醚多元醇DEP-330G、聚合物多元醇POP-H30和自制的氨酯改性MDI為主要原料,以乙二醇為擴(kuò)鏈劑,使用反應(yīng)型胺類催化劑DPA,用水代替物理發(fā)泡劑制備聚氨酯方向盤制品,該組合料生產(chǎn)的聚氨酯自結(jié)皮方向盤的性能和氣味均能達(dá)到人們對(duì)汽車安全、環(huán)保和舒適的要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料和設(shè)備

聚醚多元醇(DEP-330G、DDL-1000D)、聚合物多元醇POP-H30,淄博德信聯(lián)邦化學(xué)工業(yè)有限公司;4,4′-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI-100),萬華化學(xué)集團(tuán);反應(yīng)型胺類催化劑DPA,亨斯邁聚氨酯有限公司;擴(kuò)鏈劑乙二醇,天津大茂化學(xué)試劑廠;泡沫穩(wěn)定劑Y-10366,美國邁圖公司。

高速攪拌機(jī),上海普申化工機(jī)械有限公司;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)萬能材料試驗(yàn)機(jī)、GT-7005-T型恒溫恒濕箱,臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器公司。

1.2 制備工藝

組合聚醚配方見表1,組合聚醚的總量為100份。異氰酸酯指數(shù)控制在0.95～1.08。

表1 組合聚醚配方

組合聚醚的制備:根據(jù)表1配方，將DEP-330G、POP-H30 、乙二醇、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑和水混合攪拌均勻。

改性MDI的制備:將適量DDL-1000D置于三口瓶,100～120 ℃抽真空脫水1.5～2.0 h,降溫45～55 ℃后加入計(jì)量的MDI-100,75～85 ℃反應(yīng)3 h,合成異氰酸酯基(NCO基)質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為28%的改性MDI。

聚氨酯泡沫的制備:組合聚醚及異氰酸酯組分的溫度保持在(25±2)℃,按異氰酸酯指數(shù)1.08將稱取的異氰酸酯迅速倒入組合聚醚中,并迅速攪拌5～7 s后注入溫度55 ℃的模具中,合模,5 min后脫模。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 物理性能測(cè)試

泡沫硬度按GB/T 2411—2008的方法測(cè)定;拉伸強(qiáng)度和伸長率按GB/T 6344—2008的方法測(cè)定;撕裂強(qiáng)度按GB/T 10808—2006的方法測(cè)定。

1.3.2 氣味測(cè)試

取質(zhì)量為20 g的樣塊置于氣味瓶中,蓋緊瓶塞,然后將氣味瓶置于80 ℃的恒溫恒濕箱中存放2 h±10 min。取出氣味瓶后冷卻5 min,然后由至少6名氣味評(píng)價(jià)員進(jìn)行評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)員鼻子與瓶口距離以清晰聞到氣味為準(zhǔn),建議為3～5 cm;要求正常呼吸,在5～10 s內(nèi)關(guān)閉氣味瓶。評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)分為6個(gè)等級(jí),可采用半級(jí)測(cè)定。評(píng)判標(biāo)準(zhǔn):1級(jí),不易感覺到的;2級(jí),可感覺到、但不刺鼻;3級(jí),可明顯感覺到、但不刺鼻;4級(jí),刺鼻;5級(jí),非常刺鼻;6級(jí),不可忍受。氣味要求等級(jí)≤3級(jí)。該測(cè)試參照東風(fēng)柳州汽車有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 POP用量對(duì)泡沫力學(xué)性能的影響

POP可以顯著增加聚氨酯泡沫的硬度,表2為POP-H30在組合聚醚中的用量對(duì)制品力學(xué)性能的影響。

表2 POP用量對(duì)泡沫力學(xué)性能的影響

由表2可知,隨著POP用量增加,泡沫制品硬度逐漸變大,拉伸強(qiáng)度變大,伸長率變小,撕裂強(qiáng)度先增后降。

2.2 擴(kuò)鏈劑用量對(duì)泡沫力學(xué)性能的影響

乙二醇作為擴(kuò)鏈劑,加入后可以提高產(chǎn)品的硬度及其他力學(xué)性能,表3為乙二醇用量對(duì)泡沫制品力學(xué)性能的影響。

表3 擴(kuò)鏈劑乙二醇用量對(duì)泡沫力學(xué)性能的影響

由表3可知,隨著乙二醇用量的增加,制品硬度逐漸變大,拉伸強(qiáng)度變大,伸長率變小,撕裂強(qiáng)度變大。這是因?yàn)殡S著乙二醇用量的增加,異氰酸酯用量增加,導(dǎo)致硬段含量增加且交聯(lián)增多所致。

2.3 氣味測(cè)試結(jié)果

2.3.1 多元醇VOC檢測(cè)結(jié)果

聚醚多元醇本身沒有刺激性氣味,但在生產(chǎn)過程中由于產(chǎn)生的甲醛、乙醛等副產(chǎn)物以及原料、助劑等的影響,產(chǎn)品中會(huì)有少量揮發(fā)性有機(jī)物,POP中還會(huì)有微量的苯乙烯等單體,這也是聚醚多元醇有刺激性氣味的主要原因[4],采用自制的低VOC聚醚多元醇可以降低聚氨酯方向盤制品的氣味。聚醚多元醇和POP中VOC檢測(cè)結(jié)果見表4。

表4 多元醇中揮發(fā)性物質(zhì)的濃度

由表4可以看出,DEP-330G與POP-H30產(chǎn)品VOC低于市售同類產(chǎn)品,可有效降低制品的氣味。

2.3.2 方向盤產(chǎn)品氣味檢測(cè)結(jié)果

隨著人們生活品質(zhì)的提高及對(duì)環(huán)境的重視,產(chǎn)品的氣味成為消費(fèi)者關(guān)注的重要方面,本研究中方向盤制品氣味檢測(cè)結(jié)果見表5。

由表5可以看出,本產(chǎn)品的氣味等級(jí)為2級(jí),而對(duì)比產(chǎn)品的氣味等級(jí)為4級(jí),本產(chǎn)品的氣味等級(jí)滿足制品氣味散發(fā)性要求。

表5 泡沫氣味檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論

(1)隨著POP用量的增加,聚氨酯方向盤制品的硬度增大、拉伸強(qiáng)度變大、伸長率變小。

(2)隨著乙二醇用量的增加,聚氨酯方向盤制品的硬度增大、拉伸強(qiáng)度變大、伸長率變小。

(3)采用低VOC的聚醚多元醇及反應(yīng)型催化劑全水發(fā)泡得到的制品性能及氣味可以達(dá)到要求。