低氣味低VOC高回彈汽車座椅泡沫的制備

郭志峰 劉賢波 胡兵波 鞠昌迅 郭煙東 曹鵬尚

(1.長(zhǎng)春富維安道拓汽車飾件系統(tǒng)有限公司 吉林 長(zhǎng)春 130033)

(2.萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司 山東 煙臺(tái) 264006)

由于汽車內(nèi)的空間屬于相對(duì)密閉的空間，其環(huán)境也越來越受到重視，作為汽車內(nèi)飾揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)主要來源的汽車座椅大多使用聚氨酯高回彈泡沫，泡沫的VOC對(duì)汽車內(nèi)飾環(huán)境起著至關(guān)重要的作用。聚氨酯泡沫中的揮發(fā)性氣味和VOC來源主要由3部分組成[1-4]:第一為聚醚多元醇和聚合物多元醇中殘留的甲醛、乙醛、苯乙烯和丙烯腈等易揮發(fā)單體；第二為叔胺類催化劑帶來的VOC；第三是有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑帶來的VOC，另外異氰酸酯可能也含微量VOC。降低高回彈泡沫的VOC含量可以使用以下幾種方法:使用反應(yīng)型的催化劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的叔胺類催化劑；用低散發(fā)的有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑；使用低氣味低VOC的聚醚和接枝聚醚多元醇來降低泡沫的氣味和VOC。

本實(shí)驗(yàn)主要考察不同聚醚多元醇、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑以及異氰酸酯對(duì)泡沫VOC的影響，并經(jīng)過配方優(yōu)化制備出一種低氣味低VOC的汽車座椅泡沫。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

聚醚多元醇F3128、接枝聚醚多元醇POP2140，工業(yè)級(jí)，萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司；改性MDI Wannate 7080、Wannate 7024、Wannate 8223B，工業(yè)級(jí)，萬(wàn)華化學(xué)(北京)有限公司；泡沫穩(wěn)定劑(B8734LF2、B8715LF2、DC6070)、催化劑(BL-11、33LV、NE300、NE1070)，工業(yè)級(jí)，贏創(chuàng)特種化學(xué)(上海)有限公司；二乙醇胺，試劑級(jí)，科密歐公司。聚醚多元醇(聚醚1、聚醚2)、接枝聚醚多元醇(POP1、POP2)，市售。

1.2 儀器及設(shè)備

攪拌砂磨分散多用機(jī)，JSF-550型，普申檢測(cè)儀器(上海)有限公司；氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，789OA/5975C型，安捷倫(中國(guó))有限公司；鋁質(zhì)方模400 mm×400 mm×100 mm，上海聚慧機(jī)械模具有限公司；電子天平，ME3002/02型，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.3 高回彈泡沫樣品制備

高回彈泡沫的基本配方見表1。

表1 高回彈泡沫基本配方

根據(jù)表1配方采用手工發(fā)泡，將A組分倒入塑料燒杯中攪勻。控制 A、B組分溫度均為(23±2)℃，模溫控制在(55±5)℃。將B組分倒入A組分，用轉(zhuǎn)速3 000 r/min的攪拌器攪拌8 s，倒入模具，4 min后脫模，25℃熟化48 h后測(cè)試性能。

樣品制備:泡沫去皮，取芯部泡沫切割成10 cm×10 cm×4 cm大小的樣品進(jìn)行VOC測(cè)試。

1.4 分析與測(cè)試

羥值參照GB/T 12008.3—2009方法測(cè)試；黏度參照GB/T 12008.7—2010方法測(cè)試。

VOC測(cè)試按照10 L袋式法測(cè)試:泡沫樣品在10 L袋子中充氮5 L，在(65±1)℃下加熱(120±5)min，然后對(duì)袋子中的氣體用TENAX-TA捕集管測(cè)試苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯及總 VOC含量(TVOC)；用DNPH捕集管測(cè)試甲醛、乙醛和丙醛。

大眾VDA270氣味評(píng)價(jià)等級(jí):1—感覺不到；2—可以感覺到，不擾人；3—可明顯感覺到但還不擾人；4—擾人；5—強(qiáng)烈反感；6—難以容忍。

2 結(jié)果和討論

2.1 不同聚醚多元醇對(duì)泡沫VOC的影響

本實(shí)驗(yàn)接枝聚醚多元醇使用POP2140、泡沫穩(wěn)定劑為 B8734LF2、催化劑為 NE300和 NE1070、多異氰酸酯使用改性MDI Wannate 7080的條件下制備高回彈泡沫，考察不同聚醚多元醇對(duì)泡沫VOC的影響，聚醚指標(biāo)見表2，泡沫VOC測(cè)試結(jié)果見表3。

表2 F3128與其他市售聚醚多元醇產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

由表2和表3可以看出，隨著聚醚多元醇醛含量的增加，泡沫醛含量隨之增加，聚醚多元醇作為聚氨酯泡沫的原料之一，其原本含有的小分子醛類會(huì)不可避免地出現(xiàn)在最終泡沫制品中，聚醚的醛含量對(duì)泡沫VOC有著顯著影響。

表3 不同聚醚多元醇對(duì)泡沫VOC的影響

2.2 不同接枝聚醚多元醇對(duì)泡沫VOC的影響

本實(shí)驗(yàn)采用聚醚多元醇F3128、泡沫穩(wěn)定劑B734LF2、催化劑NE300/NE1070、多異氰酸酯Wannate 7080為主要原料，考察不同接枝聚醚多元醇對(duì)高回彈泡沫VOC的影響，接枝聚醚多元醇指標(biāo)見表4，泡沫VOC測(cè)試結(jié)果見表5。

表4 POP2140與其他市售POP產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

表5 不同接枝聚醚多元醇對(duì)泡沫VOC的影響

由表4和表5可知，高回彈泡沫中的苯乙烯含量與接枝聚醚多元醇的苯乙烯含量成正比，泡沫制品中的醛含量也隨著接枝聚醚多元醇醛含量的增加而增加，選擇低苯乙烯含量、低醛含量的接枝聚醚多元醇能夠有效降低聚氨酯泡沫制品中的VOC含量。

2.3 泡沫穩(wěn)定劑對(duì)泡沫VOC的影響

本實(shí)驗(yàn)配方中聚醚多元醇使用F3128、接枝聚醚多元醇使用 POP2140、催化劑使用 NE300和NE1070、多異氰酸酯使用Wannate 7080，考察不同泡沫穩(wěn)定劑對(duì)泡沫VOC的影響，結(jié)果見表6。

表6 不同泡沫穩(wěn)定劑對(duì)泡沫VOC的影響

由表6可見，不同泡沫穩(wěn)定劑對(duì)泡沫的VOC也有很大的影響，與 DC6070相比，B8715LF2與B8734LF2對(duì)泡沫制品VOC的影響更小。

2.4 不同催化劑對(duì)泡沫VOC的影響

座椅泡沫常用的催化劑為反應(yīng)型催化劑和添加型催化劑，本實(shí)驗(yàn)配方中聚醚多元醇使用F3128、接枝聚醚多元醇使用 POP2140、泡沫穩(wěn)定劑使用B734LF2、多異氰酸酯使用Wannate 7080，考察不同類型催化劑對(duì)泡沫VOC的影響，結(jié)果見表7。

表7 不同催化劑對(duì)泡沫VOC的影響

由表7可知，由于BL-11和33LV不參與反應(yīng)，泡沫成型后仍然游離在泡沫制品中，做VOC檢測(cè)時(shí)大部分被檢出，所測(cè) VOC值很高，而 NE300和NE1070都含有活性羥基，可與異氰酸酯中的NCO基反應(yīng)，故最終檢測(cè)時(shí)VOC值較低。

2.5 不同改性MDI對(duì)泡沫VOC的影響

采用低VOC聚醚 F3128、接枝聚醚POP2140、催化劑(NE300/NE1070)及泡沫穩(wěn)定劑B8734LF2等為原料，不同改性MDI系列多異氰酸酯對(duì)所得泡沫VOC的影響見表8。

表8 不同多異氰酸酯對(duì)泡沫VOC的影響

由表8可見，不同的改性MDI對(duì)泡沫VOC沒有明顯影響。

2.6 高回彈座椅泡沫的VOC含量及氣味等級(jí)

采用低VOC聚醚F3128和接枝聚醚POP2140、催化劑(NE300和NE1070)、泡沫穩(wěn)定劑B8734LF2及多異氰酸酯Wannate 7024為原料，制備的泡沫VOC含量及大眾VDA270氣味測(cè)試結(jié)果見表9。

表9 低VOC高回彈座椅泡沫的VOC及氣味等級(jí)

由表9可見，通過選擇低VOC的聚醚和接枝聚醚多元醇、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑等原料，配合多異氰酸酯Wannate 7024，制備的泡沫具有較低的VOC。同時(shí)泡沫氣味也非常低，選擇5人對(duì)上述泡沫進(jìn)行氣味評(píng)估，達(dá)到了大眾VDA270氣味測(cè)試的3級(jí)。

3 結(jié)論

(1)聚醚多元醇中的醛殘留對(duì)泡沫制品的醛含量影響較大，應(yīng)該優(yōu)先使用醛含量較低的聚醚產(chǎn)品；接枝聚醚多元醇對(duì)泡沫制品中的苯乙烯、丙烯腈、醛含量有較大影響，因各個(gè)廠家苯乙烯和丙烯腈脫除工藝不一樣，應(yīng)該首先選用低醛、低苯乙烯和丙烯腈含量的接枝聚醚多元醇。

(2)泡沫穩(wěn)定劑和催化劑對(duì)泡沫制品的VOC有明顯影響，應(yīng)選擇低VOC的反應(yīng)型催化劑和低VOC的泡沫穩(wěn)定劑；不同的改性MDI系列多異氰酸酯對(duì)VOC影響不大。

(3)通過對(duì)聚醚多元醇、接枝聚醚多元醇、泡沫穩(wěn)定劑和催化劑的優(yōu)化，制備的汽車座椅用高回彈泡沫VOC低，氣味等級(jí)達(dá)到VDA270中3級(jí)。