低VOC汽車聚氨酯儀表板的研制

王威

(上海贏優新材料科技發展有限公司 201508)

低VOC汽車聚氨酯儀表板的研制

王威

(上海贏優新材料科技發展有限公司 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品VOC的含量；研究了POP聚醚的添加量，對產品硬度及性能方面的影響；研究了調節催化劑的含量，對產品反應性的影響。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，有助于降低產品有機物的揮發，從而使儀表板產品滿足國內的袋式法的標準；POP聚醚添加量的增加，會提升產品的硬度；通過調節反應型催化劑的含量，調整組合料的起發時間，凝膠時間及停止時間，滿足了客戶現場的生產工藝。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場生產工藝性能良好,能夠滿足各汽車儀表板生產廠家對產品工藝以及產品性能的需求。

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域。產品應用領域涉及輕工、化工、電子、紡織、醫藥、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，舒適和環保的要求也越來越高。汽車散發的揮發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，短時間內人們會感到頭痛、惡心等，嚴重時會出現抽搐，并會傷害到人的肝臟、腎臟、大腦和神經系統。國家環境保護總局于2007年12月7日發布了HJ/T400-2007《車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》。2008年3月1日實行。2012年3月1日，由國家環保組織制定，國資委共同頒布了GB/T27630-2011《乘用車內空氣質量評價指南》，從而促進了國內主機廠對車內零部件的VOC提出了更高的要求，各主機廠也分別頒布了《車內非金屬部件揮發性有機物及醛類物質限值要求》企業標準。目前日系袋式法是各大主機廠檢測汽車內VOC的主要檢測手段之一，本方法通過將樣件放在不同規格的采樣袋里，讓采樣袋通入50%氮氣，經過加熱讓樣件的VOC揮發至采樣袋內，從而進一步測量二甲苯、甲苯、甲醛、乙醛的揮發量。目前針對國內VOC的要求，聚醚多元醇的廠家通過改進生產工藝等來降低原料里面小分子物質的含量；催化劑的供應商通過開發出反應型的催化劑來代替普通的胺類催化劑；組合料的生產商通過使用水發泡劑來代替物理發泡劑等來降低產品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。根據不同催化劑的本身的分子結構和空間位阻的不同，催化劑分為起發型催化劑和凝膠型催化劑：起發型催化劑主要是起發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，從而降低產品反應過程中VOC的含量，來實現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 實驗室反應性調節

在恒溫恒濕（23攝氏度，50%濕度）實驗室內對低VOC配方的反應性進行調節，具體數據如表2。

表2 實驗室反應性

從表2可以看出，新開發的低VOC配方反應性方面已于目前的商業配方調到一致。

1.3.2 實驗室制備樣件

根據現場生產工藝需求，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 結果與討論

2.1 實驗室測試POP聚醚對產品機械性能的影響

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，在送往公司內部的物理實驗室進行機械性能測試，測試實驗結果如圖2、圖3和圖4。

圖2 POP聚醚的用量對產品壓縮型變的影響

圖3 POP聚醚的用量對產品拉伸強度的影響

圖4 POP聚醚的用量對產品斷裂伸長率的影響

由圖2可以看出，隨著POP含量的增加，產品的型變率越來越低，說明隨著POP含量的增加，產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，產品的斷裂伸長率越來越差。

2.2 實驗室測試POP聚醚對產品硬度的影響

實驗室調整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，測試結果如圖5。

圖5 POP聚醚的用量對產品硬度的影響

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，測試結果如表3。

由表7可以看出，新開發的低VOC配方，送往SGS檢測出來的結果，笨類系列物質未檢測出來；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。檢測結果顯示新開發的低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 客戶現場試料測試

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

表3 儀表板GMW15634 VOC檢測結果

3 結論

(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，可以生產出低VOC的汽車儀表板產品，滿足主機廠在VOC方面的需求，且具有非常好的現場操作工藝。

(2)增加POP聚醚在產品中的含量，從3%～7%，對產品的機械性能，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聚醚在產品中的含量，會使產品的硬度增大，客戶在HPE=3.5時手感最舒適。

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

[1] 徐培林，聚氨酯材料手冊．北京[M]：化學工業出版社，2002-8

[2] 黃利榆，林少敏，汽車內部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:聚氨酯自節皮研發與技術服務.