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低气味NA系列催化剂在聚氨酯材料中的应用

郭毅

奥斯佳材料科技
聚氨酯添加剂

松胜路1218号
201600 上海
中国



研究背景及意义   
聚氨酯材料,作为用途相当广泛的高分子材料之一,应用涉及建筑、装饰和家具等各个领域。同时,聚氨酯具备的舒适性和轻量化等优良性能使其成为初始应用于汽车领域的高分子材料之一。据统计,在一辆汽车中,利用聚氨酯制作的材料如汽车座椅,头枕,仪表盘,地垫,车顶棚和各种内饰件材料,总重量大约在19.6kg,其中大部分为聚氨酯发泡材。在居室用品方面,聚氨酯应用制品展示出良好的舒适性。广泛应用于坐垫材料以及分散人体压力的健康被褥,均是用软质泡沫制备而成。在厨房用品方面,硬质泡沫由于其优异的隔热性能应用于电冰箱等保温产品。利用聚氨酯获得满足需求的不同性能的软泡材料,生产上会引入各种添加剂和不同的配方,但这也将导致挥发性有机物的增加。例如聚醚多元醇中含有一些低活性的小分子多元醇,聚合物多元醇中含有一定量的抗氧剂,促进发泡反应的叔胺类催化剂以及凝胶反应催化剂辛酸亚锡等,这些都成为挥发性有机化合物的来源。

随着人们对健康安全的关注度越来越高,为了保障生活环境内的空气质量,在汽车行业,各大车厂纷纷制定了各自的有机物质量控制标准,我国更是对车内的空气中的有机化合物特别是五苯三醛的浓度有严格的规定。除了挥发性有机物浓度外,作为消费者,对车内气味的关注度也与日俱增。另外,在生活家居方面,各国政府制定了各种各样的标准,甚至一些企业制定了自己的企业标准。表1和表2分别列出了对于室内空气质量和民用建筑工程室内环境污染控制规范的国标。
 
 
 
表1 GB18883-2002室内空气质量标准
控制物质 单位 标准值 参考
甲醛 mg/m3 0.1 1小时均值
mg/m3 0.11 1小时均值
甲苯 mg/m3 0.2 1小时均值
二甲苯 mg/m3 0.2 1小时均值
mg/m3 0.2 1小时均值
总挥发有机物(TVOC) mg/m3 0.6 8小时均值
 
表2 GB50325-2010民用建筑工程室内环境污染控制规范
控制物质 单位 一类建筑 二类建筑
甲醛 mg/m3 0.08 0.1
mg/m3 0.09 0.09
mg/m3 0.2 0.2
总挥发有机物(TVOC) mg/m3 0.5 0.6
 
基于对生命健康、环境以及市场等多种因素的考虑,聚氨酯业内人士作了不懈的努力,相继开发出低散发性聚醚,反应型催化剂、低雾化硅油等创新性产品。尽管这些产品对降低挥发物有一定的促进作用,但仍有许多问题亟待解决,例如反应型催化剂可能与聚合物的链端进行作用导致链端反应终止,导致泡绵过分的开孔破坏发泡过程中的稳定性,进而导致聚合材料物性变差;而低VOC催化剂,虽然可以降低催化剂的挥发性,却很难除去自带的刺激性气味;原料生产中引进更好的真空抽滤装置将易挥发小分子有机物(如醛类)除去,但却很难控制在反应过程中产生的小分子(如醛类)等。
 

研究方法及结果   
本文介绍了一种新型的聚氨酯软泡催化剂NA系列催化剂,利用该产品可以同时达到减小聚氨酯软泡中气味,降低总挥发性有机物(T-VOC)和醛类的目的。下面介绍了NA-700催化剂与胺类催化剂的对比以及NA系列催化剂的优良特性。

表3 NA-700与A-33两种催化剂的特性比较
特性 NA-700 A-33
外观 透明微黄 透明微黄
气味 极低气味 胺味
粘度@25℃,mPa/s 100 95
pH 值 10 12.1
羟值(mg KOH/g) 732 557
VDA270标准测试气味Odor grade 2.5 5.5


试验配方与发泡工艺
表4 组分A和组分B用于制备Foam-S和Foam-700的配方
  TM36 Foam-S Foam-700
A TEP-330N 80 80
TPOP-3630 20 20
3.2 3.2
UF-5361 0.6 0.6
DEOA 2 2
反应性凝胶催化剂 0.7 0
NA-700 0 0.7
反应性发泡催化剂 0.15 0.15
B 改性MDI 70 70
 
 
首先将料温控制在22~25 ℃,再依照上表配方准确称取A组分,在转速2500 r/min下混合搅拌60 s,然后定量倒入B组分,以转速2500 r/min搅拌5 s,快速倒入模具箱中,从倒B组分开始用秒表计时,直至吐气结束,记录发泡时间,再经过熟化获得成品海绵,进行下一步测试。

表5 第三方(Intertek)气味测试 日产NES M0160[2016-N]
样品 测试条件 测试员 刺激性 气味种类 气味强度 舒适度 评判结果
      <1.0     <-1.0  
Foam-S 20℃,50%RH,24HR 测试员1 0.2 咸鱼味 2.3 -1 合格
测试员2 0 发泡味 2.2 -0.8
测试员3 0.3 氨臭味 2.5 -1
测试员4 0.3 咸鱼味 2.5 -1
测试员5 0.2 咸鱼味 2.5 -1
平均值 0.2 \ 2.4 -1
Foam-700 20℃,50%RH,24HR 测试员1 0 发泡味 1.3 0 合格
测试员2 0 发泡味 1 0
测试员3 0 发泡味 1.3 0
测试员4 0 发泡味 1.2 0
测试员5 0 发泡味 1.3 0
平均值 0 \ 1.2 0
Foam-S 80℃,4HR 测试员1 0.8 咸鱼味 3.5 -1.8 不合格
测试员2 0.5 咸鱼味 3.3 -1.5
测试员3 1 氨臭味 3.5 -2
测试员4 1 氨臭味 3.8 -2
测试员5 0.8 氨臭味 3.5 -1.8
平均值 0.8 \ 3.5 -1.8
Foam-700 80℃,4HR 测试员1 0 发泡味 2 -0.5 合格
测试员2 0.2 发泡味 2.2 -0.7
测试员3 0.2 发泡味 2.5 -1
测试员4 0 发泡味 2 -0.5
测试员5 0.2 发泡味 2.2 -0.7
平均值 0.1 \ 2.2 -0.7
 
上表根据由第三方(天祥intertek)进行检测,按照尼桑日产的气味测试方法对海绵的气味等级进行评判。从结果上可以看出,相对于对标样品,使用NA系列低气味催化剂,可以对泡棉的整体气味都有非常明显的改善,基本上可以直接降低一个等级。
另外,对于泡沫醛类和T-VOC含量的检测,由SGS对上述泡沫进行测试。
 
表6 第三方(SGS)检测泡沫五苯三醛含量
Test Data(μg/m3) 标准 Foam-S Foam-700
甲醛 100 154 56
乙醛 50 ND ND
丙烯醛 50 44 ND
110 ND ND
甲苯 1100 26 24
二甲苯 1500 12 ND
乙苯 1500 32 ND
苯乙烯 260 58 12
TVOC(C6-C16)   2842 1024
   
在上表中,使用了NA-700催化剂后,五苯三醛都有了显著的降低。特别是甲醛含量降低了64%,T-VOC也同比降低了65%。
 

结论
1:NA系列低气味催化剂能有效降低聚氨酯材质的气味等级。
2:NA系列低气味催化剂可以有效降低泡沫中的五苯三醛含量以及T-VOC含量。

  产品 NA-700 NA-720 NA-830
催化剂类型 凝胶型 ●●●    
平衡型   ●●●  
延时型     ●●●
低气味型 ●●● ●●● ●●●
应用类型 普通流水线  
模塑高回弹  
产品特性 无气味低挥发凝胶催化剂。该催化剂可以有效降低泡沫气味和挥发物。同时可提高泡棉开孔性,有助于获得细腻绵软手感的泡沫可应用于模塑高回弹泡沫,慢回弹泡沫等多种用途。 高效无气味低挥发平衡型催化剂。催化效率高,可以有效降低泡沫气味和挥发物,改善海绵气味问题。可应用于普通泡沫,高回弹泡沫和慢回弹泡沫等多种用途。 专用于模塑泡沫的无气味延迟型凝胶催化剂。有助于提高高回弹泡沫的稳定性。增加泡沫开孔性。
 

作者介绍

郭毅
1980年出生,南开大学高分子硕士,南京工业大学博士。2005年加入GE东芝有机硅公司(后迈图公司)从事聚氨酯添加剂产品工艺和生产,2010年加入奥斯佳,从事产品研发工作和生产工作,2020任职奥斯佳材料科技生产总监。

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