一种pip灌泡头枕用环保组合物及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明属于聚氨酯软泡领域，具体涉及汽车头枕体内发泡(pour in place，简称pip)技术。
背景技术：
[0002]
随着汽车工业的高速发展，安全性与舒适性已成为购车者首选。坐椅头枕属于国家汽车整车强制认证检测项目之一，在车辆发生追尾或碰撞时，不仅可以有效地缓冲事故发生时巨大的瞬间冲击力，保护人体头部脆弱的颈骨，降低颈部受伤的几率，提高驾驶者的安全性，还可以美化和装饰乘坐环境。因而，如何提高头枕的安全性与舒适度，是目前汽车坐椅设计与制造关注的焦点之一。
[0003]
传统的汽车头枕主要采用包覆式设计，即先发泡成型后再包面套，装配效率低，并且头靠套和头靠体是脱离的表里两层，长时间使用后，头靠套易在头靠体外发生松动、脱落等现象，进而影响坐椅头枕的美观、舒适度、安全性和使用寿命。目前坐椅头枕的设计与生产正在开发使用一种pip（pour
‑
in
‑
place）灌泡技术或fif （foam
‑
in
‑
fabric）技术，即向缝制好的面套内，直接灌注发泡材料，一次性完成成型。使用该工艺生产的头枕，不仅装配效率高，而且外形饱满、美观。但该工艺因发泡材料易从缝线处溢出，从而导致制品合格率较低，严重影响了该工艺的推广使用。
[0004]
美国专利us5124368把灌泡技术最关键的问题归纳为不能让液体原料渗透过表皮材料。在发泡压力或者过量填充的情况下，发泡料因黏度较小，易透过表皮材料造成废品。通常人们在表皮材料内部复合上一层聚氨酯泡沫，但效果不理想。在漏气的地方，从外面摸起来有粗糙的感觉。目前阻止液体渗漏的方法总结如下：
①ꢀ
使用全mdi（二苯基甲烷二异氰酸酯）组合料，使原料具有较高的初始反应活性，尽快形成较大的黏度；
②
使用较多的催化剂，加快反应速度，增加初始黏度，阻止液体的渗漏，该法的缺点是做出的泡沫易收缩和缺料。
[0005]
专利文献cn102516491a涉及一种低回弹头枕泡沫及其制备方法，用pip发泡的低回弹泡沫应用于汽车头枕上，既保持了一定范围内弹性，回弹率在22～28％之间，又因其特有的吸能作用，故能对汽车在高振动和冲击时起到分散性及缓冲作用，提高了乘车者的舒适和安全性。但该体系使用大量的反应型催化剂，成本增加，加大了产品中小分子的散发性，影响产品的tvoc。
[0006]
专利文献cn103172818a中，该汽车座椅内饰件pip制备工艺采用全新的聚氨酯发泡配方，同时将hennecke的carbomat设备与原有的开模浇注pip生产线相结合，形成一种新的pip产品制造工艺，将二氧化碳气体加入聚醚多元醇组分中，当物料混合后，组合料就处于一种发泡的乳胶状态，物料不易渗漏，同时具有较高的发泡上升力。这种方案需要hennecke的carbomat设备与现有高压机相配合，设备投入高，不易实现。
[0007]
专利文献cn103635312b与cn103534288a中，引入了用于保持泡沫模量和强度的多元醇。所述多元醇为自催化氨基如乙二胺引发的多元醇。自催化剂多元醇可降低催化剂含
量并在不影响其它特性的情况下提高胶凝率。但整体催化剂用量仍然超过了3.0%，用量偏多，且全部是普通催化剂，非反应型，泡沫的气味和tvoc达不到指标要求。
[0008]
综上所述，现有技术主要有以下缺陷：在现有技术中，若不使用过量的催化剂，制备的材料初期浇注时容易渗漏，达不到要求；若使用过量的催化剂，虽满足使用要求，但成本高，气味、挥发残留tvoc都比较大；若使用二氧化碳发泡，设备投资高，不易实现。
[0009]
技术实现要素：
[0010]
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种pip灌泡头枕用环保组合物，该组合物应用在pip头枕中，催化剂使用量少，气味小，tvoc低，可有效防止pvc变色。
[0011]
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种该组合物的制备方法。
[0012]
本发明要解决的第三个问题是提供该组合物在汽车pip灌泡头枕中的应用。
[0013]
为解决第一个技术问题， 本发明提供一种pip灌泡头枕用环保组合物，由以下重量份的原料组成：a组分：聚醚多元醇
ꢀꢀꢀꢀꢀ
70～80份聚合物多元醇
ꢀꢀꢀ
20～30份聚醚胺
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3～10份水
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.5～1.5份发泡剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10～6份催化剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.5～1.0份乙醇胺
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2～4份交联剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.2～2份表面活性剂
ꢀꢀꢀꢀꢀ
0.2～2份其中聚醚多元醇+聚合物多元醇+聚醚胺=100水+发泡剂/4=3.0～3.5b组分：异氰酸酯
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
45～65份a组分∶b组分为100∶45
‑
65。
[0014]
所述发泡剂，是环保零odp、gwp值为1的环保发泡剂，选自山东补天新材料技术有限公司牌号cfa8125产品。
[0015]
本发明聚醚多元醇优选由甘油起始，环氧丙烷、环氧乙烷共聚聚醚多元醇，官能度为3，伯羟基含量≥75%，羟值28
‑
35mgkoh/g。
[0016]
本发明聚合物多元醇优选以环氧乙烷
‑
环氧丙烷共聚醚三醇为基础的苯乙烯
‑
丙烯腈接枝聚合物多元醇中的一种或多种，羟值在18～30mgkoh/g，固含量30％～45％。
[0017]
本发明的聚醚胺为聚氧化丙烯二胺或者三胺，官能度为2～3，重均分子量为200～5000g/mol的氨基封端的长链扩链剂。
[0018]
本发明的催化剂为反应型催化剂，选自结构上含有活泼羟基或者氨基的化合物，如下组中的至少一种：n’n
‑
二甲基乙醇胺、三甲基羟乙基乙二胺、三甲基羟乙基丙二胺、四
甲基二丙基三胺、2
‑
（2
‑
二甲胺基
‑
乙氧基）
‑
乙醇、n，n，n
，
‑
三甲基
‑
n
，
‑
羟乙基双氨乙基醚、双（二甲氨基）
‑2‑
丙醇等。
[0019]
本发明所述的交联剂为具有两个及以上官能团的小分子醇/胺类化合物（不包括乙醇胺），如乙二醇、二乙二醇、1,4
‑
丁二醇、二乙醇胺、三乙醇胺、甘油等。
[0020]
所述的表面活性剂为高回弹泡沫用有机硅泡沫稳定剂。如赢创工业集团的b8715、b8736，美国气体化学品公司的dc2525、dc6070，美国迈图高新材料集团的l
‑
3629、l
‑
3640等产品。泡沫稳定剂的用量优选为a组分的0.5％
‑
1.5％。
[0021]
所述的异氰酸酯为改性mdi，所述改性mdi由纯mdi、纯mdi的2,4
’‑
异构体及4,4
’‑
异构体、氨酯改性的mdi预聚体、多苯基甲烷多异氰酸酯的一种或几种混合而成，其中nco含量为26%～34%。
[0022]
为解决第二个技术问题，本发明提供一种制备pip灌泡头枕用环保组合物的方法：将包含上述聚醚多元醇、聚合物多元醇、聚醚胺、乙醇胺、交联剂、发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂等各种物料在30
‑
40℃下搅拌混合1h，得多元醇混合物a组分，密封存放。异氰酸酯为b组分。
[0023]
为解决第三个技术问题，本发明提供一种pip灌泡头枕用环保组合物的使用方法，包括如下步骤：将组分a和组分b分别置于高压发泡机的a、b料罐中；保持料温在30
‑
40℃；按组分a∶组分b为100∶45
‑
65的重量比，通过闭模注入pip头枕模具中的面套内；60
‑
90秒钟，从模具中取出，即得到汽车pip灌泡头枕。
[0024]
和现有技术相比，本发明具有以下优点：1.本发明提供的pip灌泡头枕用组合物，通过各成分配合，减少催化剂用量50
‑
70%，使用反应型催化剂，组合物反应活性高，环境友好，制得的泡沫气味、tvoc低，pvc不变色，解决了现有技术催化剂使用量大，tvoc高，pvc变色等难题。
[0025]
2.本发明的组合物乳白时间短，粘度上升快，不会发生渗漏情况。
具体实施方式
[0026]
以下结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的内容不局限于实施例。
[0027]
涉及的原料除特别说明外，均按重量份计算。
[0028]
气味测试：将试样裁成5cm
×
5cm
×
2cm大小，放入事先准备好的1l容积的干净玻璃瓶中，旋紧瓶盖；在(80
±
2)℃烘箱中放置2h后等温度降到60℃时打开瓶盖，由5位鉴定人员通过瓶口逸出的气体判断泡沫的气味等级。鉴定标准：气味评判标准分为1～6级，同时也会出现介于两种评判等级之间的情况，泡沫的气味等级取5位鉴定人员测试值的算数平均值。
[0029]
评分1无气味评分2有气味，但无干扰性气味评分3有明显气味，但无干扰性气味评分4有干扰性气味评分5有强烈干扰性气味评分6有不能忍受的气味pvc变色试验：将 50 mm
×
50 mm
×
20 mm 的泡沫放置在玻璃瓶中，瓶口用pvc 薄膜封住，盖上密封盖后， 放置在 100 ℃的烘箱中加热 72 h。随着时间的变化，观察pvc的
变色情况。
[0030]
voc测试采用袋式法，标准为q/bydq
‑
1901.771
‑
2017比亚迪汽车
‑
乘员舱内零部件挥发性有机物和醛酮类物质检测方法，采用标准中的方法2进行测试。
[0031]
实施例配方中使用的原料：聚醚多元醇：甘油起始，3官能度，环氧丙烷接枝，环氧乙烷封端多元醇，羟值30
‑
35mgkoh/g，端伯羟基含量大于70%的聚氧化丙烯醚三元醇，如壳牌sa
‑
3405，烟台万华fa
‑
3135；聚合物多元醇：甘油起始，3官能度，羟值18
‑
22mgkoh/g，苯乙烯、丙烯腈接枝的聚合物多元醇，如山东隆华lhh
‑
500l，江苏长华chp
‑
h45；原料聚醚胺jefamine d2000
ꢀꢀ
mw＝2000、f＝2，huntsman公司；原料聚醚胺jefamine t5000
ꢀꢀ
mw＝5000、f＝3，huntsman公司；cfa8125， 山东补天新材料有限公司产品，3官能度，羟值1600
‑
2000 mgkoh/g；催化剂z
‑
110， huntsman公司产品；催化剂z
‑
130， huntsman公司产品；泡沫稳定剂为dc
‑
6070， 美国气体化学品公司产品；交联剂为二乙醇胺（deoa）， dow化学公司产品；异氰酸酯为wannate 8007，购自烟台万华股份有限公司；表1为实施例与对比例配方。
[0032]
pip灌泡头枕泡沫材料的制备：按表1所示重量将聚醚、发泡剂、硅油、催化剂等各原料按比例配制成组合聚醚(a组分)，将组分a和组分b分别置于高压发泡机的a、b料罐中；保持料温在30
‑
40℃；按组分a∶组分b为100∶45
‑
65的重量比，通过闭模注入pip头枕模具中的面套内；60
‑
90秒钟后，从模具中取出，即得到汽车pip灌泡头枕。原料重量份、材料发泡情况及材料性能见表1。
[0033]
表1实施例e1
‑
e6和对比例c1
‑
c2原料配方和泡沫发泡性能原料e1e2e3e4e5e6e7c1c2聚醚多元醇707070707070707070聚合物多元醇252525252522203030d200055555————t5000—————810——水0.51.01.51.01.01.01.03.03.0cfa812510868888——乙醇胺2223433——二乙醇胺1.21.21.21.21.21.21.21.21.2z
‑
1100.250.250.250.250.250.250.250.251.0z
‑
1300.60.60.60.60.60.60.60.63.0pu
‑
12540.50.50.50.50.50.50.50.50.5wannate8007555555555555555555乳白时间，s2222222112凝胶时间，s262830272326237824
脱模时间，s8090907070707024080有无渗漏无无无无无无无有无泡沫物理性能见表2。
[0034]
表2 泡沫物理性能及环保性能
性能e1e2e3e4e5e6e7c1c2密度，kg/m3555555555555555555拉伸强度，kpa145136132133130142146130134伸长率，%10610510210298104105101102撕裂强度，n/cm1.821.791.751.761.801.881.951.721.75球回弹，%58575658575657555675%压缩永久变形，%5.25.34.94.85.24.64.55.65.3气味，级333333334pvc变色不不不不不不不不变甲醛，
µ
g/m3ndndndndndndndnd128乙醛，
µ
g/m3221820211920222248丙烯醛，
µ
g/m3ndndndndndndndnd30苯，
µ
g/m3202221222623242863甲苯，
µ
g/m3484343424544465565乙苯，
µ
g/m3182022232521222522二甲苯，
µ
g/m3666362656263626088苯乙烯，
µ
g/m3484846434945426672tvoc，
µ
g/m36326650061005878667364536974602312500
从表1和表2可以看出，c1和c2为对比配方，不属于本发明的内容，其中c1为普通反应体系，催化剂使用量少，制得的泡沫气味小，但是pip头枕容易渗料；c2为常规的快速反应配方，不渗料，但是泡沫的气味和tvoc都偏高，并且pvc变色；而e1到e7属于本发明配方，通过调整发泡剂的比例和单乙醇、聚醚胺的比例，制得的pip头枕泡沫，不渗料，催化剂用量少，tvoc低，pvc不变色。
[0035]
同时本发明的pip灌泡头枕用组合物可以推广至其他相近pip工艺中，比如用于制造轿车的扶手、座椅等，这对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，在不违背本发明的思想下，本领域技术人员可以在此基础上对本发明做出的各种改动或者修改，同样应属于本发明的范围。