一种聚氨酯及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于汽车内饰技术领域，具体涉及一种聚氨酯及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着人们生活水平的提升，国内汽车行业迅猛发展，中高端车辆的需求量急剧增加，仪表板作为汽车最主要的内饰件，也受到了人们的广泛关注。汽车仪表板是指汽车上用于安装各类仪表、指示灯等装置的刚性平板或结构件，包括盘、屏、柜、台、模拟半模拟盘等。仪表板可带外照明，亦可接控制台，有各种形式及规格，可按需要安装各种仪表，亦可按需要将各种仪表板组合成一个整体。目前汽车仪表板除少量采用金属制造外，几乎全部用塑料制造，且随着汽车行业的发展及人们需求的增长，人们制备得到了具有不同性能的材料用于制备仪表板。
3.cn109553750a公开了一种高粘结性聚氨酯汽车仪表板的制作工艺。所述高粘结性聚氨酯汽车仪表板的制备原料有以下重量份数的组分：聚醚多元醇60～80份、聚酯多元醇10～20份、叔胺类催化剂0.1～0.3份、硅油0.5～1.5份、水1.5～2.5份、扩链剂10～15份、粗mdi 60～70份、液化mdi 30～40份；该制备工艺包括以下步骤：(1)向聚醚多元醇中，加入聚酯多元醇、叔胺类催化剂、水、硅油和扩链剂，控制转速在40～80rpm/min，搅拌40～60min，得到a料；(2)将液化mdi与粗mdi混合搅拌30～50min，转速控制在30～50rpm/min，得到b料；(3)将a料打入发泡机a组原料桶内；将b料打入发泡机b组原料桶内；(4)将皮革平铺在模具的底部，用发泡机将a料与b料在浇注机混合头的混合区混合均匀，浇注成型；脱模，对聚氨酯泡沫板切割整理，得到仪表台外壳；(5)将所需安装的仪表盘装在仪表台上，完成仪表台的制作。改善技术方案虽然制备得到的了一种具有高粘结性聚氨酯汽车仪表板，但是其热稳定性和耐候性较差。
4.cn108676145a公开了一种用于仪表板的环保阻燃聚氨酯发泡材料及其制备方法。所述环保阻燃聚氨酯发泡材料包含异氰酸酯和组合料，所述异氰酸酯和组合料的质量比为1:1.7，所述组合料包含的组分及各组分的质量份数如下：聚酯3628 60～80份、聚醚330 40～45份、玻璃纤维100～200份、聚酯2056 20～30份、硅油1.5～2份、二乙醇胺8～10份、催化剂hp-42 1.5～1.7份、催化剂hp-50 1～1.3份、水2.5～3.9份和阻燃剂33～37份。所述制备方法包含以下制备步骤：(1)将组合料的各组分按质量份数加入反应釜中进行混合反应，反应温度为110～130℃，搅拌速度100～110r/min，搅拌时间2～3h，即可得组合料；(2)将异氰酸酯和组合料按照1:1.7的质量比混合，并在温度为80～100℃的条件下反应，即可制得用于仪表板的环保阻燃聚氨酯发泡材料。该技术方案提供的聚氨酯材料虽然具有较好的阻燃性，但是其热稳定性和耐候性较差。
5.cn109535381a公开了一种低voc聚氨酯汽车仪表板的制作工艺。所述低voc聚氨酯汽车仪表板的制备原料按重量份数计包括如下组分：聚醚多元醇80～85份、植物油1～2份、叔胺类催化剂0.1～0.3份、硅油0.5～1.5份、水1.5～2.5份、扩链剂10～15份、粗mdi 50～70份、液化mdi 15～40份。该技术方案中，采用聚醚多元醇和植物油作为原料，在不影响聚
氨酯汽车仪表板其他性能的前提下，虽然降低了voc的挥发，提高了环保性能，但是材料的热稳定性和耐候性均较差。
6.因此，如何提供一种既具有较好热稳定性和耐候性，又具有较好力学性能的聚氨酯材料，使其适用于制备汽车仪表板，已成为目前亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种聚氨酯及其制备方法和应用。本发明通过聚硅氧烷化合物的使用，将有机硅引入聚氨酯材料中，提高了聚氨酯材料的热稳定性，同时，本发明通过聚硅氧烷化合物和紫外光吸收剂的配合使用，提高了聚氨酯材料的耐候性，进一步提高了由此制备得到的汽车仪表板的使用寿命。
8.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
9.第一方面，本发明提供一种聚氨酯，所述聚氨酯的制备原料包括如下重量份数的组分：
10.聚醚多元醇50～70份、聚酯多元醇10～20份、二异氰酸酯60～80份、扩链剂5～15份、聚硅氧烷化合物5～10份、发泡剂1～5份和紫外光吸收剂1～3份。
11.聚氨酯材料具有较好的耐磨性、耐溶剂性和优异的力学性能，但是其热稳定性较差，而聚硅氧烷化合物具有较好的耐热性和耐水解性。因此，本发明中，通过聚硅氧烷化合物的使用将有机硅引入聚氨酯材料中，提高了聚氨酯材料的热稳定性。
12.同时，本发明通过控制聚硅氧烷化合物的重量份数在特定的范围内，制备得到了既具有较好力学性能，又具有较高热稳定性的聚氨酯材料。若聚氨酯材料中聚硅氧烷化合物的重量份数过大，由于聚硅氧烷化合物与聚氨酯基材的相容性较差，导致制备得到的聚氨酯材料的力学性能较差；若聚氨酯材料中聚硅氧烷化合物的重量份数过小，则制备得到的聚氨酯材料的热稳定性较差。
13.本发明中，通过聚硅氧烷化合物与紫外光吸收剂的配合使用，提高了聚氨酯材料的耐候性。若聚氨酯的制备原料中不含聚硅氧烷化合物或紫外光吸收剂，则制备得到的聚氨酯的耐候性均较差。
14.以下作为本发明的优选技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的目的和有益效果。
15.作为本发明的优选技术方案，所述聚硅氧烷化合物的制备原料包括如下质量百分含量的组分：
16.聚二甲基硅氧烷30～40％、n-环己基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷20～30％、钛酸四丁酯0.5～1％和有机溶剂40～50％。
17.本发明中，所述聚二甲基硅氧烷的质量百分含量为30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％或40％等。
18.所述n-环己基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的质量百分含量为20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％等。
19.所述钛酸四丁酯的质量百分含量为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％等。
20.所述有机溶剂的质量百分含量为40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％等。
21.优选地，所述聚二甲基硅氧烷为双羟基封端聚二甲基硅氧烷。
22.优选地，所述双羟基封端聚二甲基硅氧烷的数均分子量为500～600，例如可以是500、510、520、530、540、550、560、570、580、590或600等。
23.优选地，所述有机溶剂为甲苯。
24.作为本发明的优选技术方案，所述聚硅氧烷化合物的制备方法包括如下步骤：
25.将聚二甲基硅氧烷、n-环己基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和钛酸四丁酯和有机溶剂混合后，进行反应，得到所述聚硅氧烷化合物。
26.优选地，所述反应的温度为90～110℃，例如可以是90℃、92℃、94℃、96℃、98℃、100℃、102℃、104℃、106℃、108℃或110℃等。
27.优选地，所述反应的时间为10～12h，例如可以是10h、10.5h、11h、11.5h或12h等。
28.优选地，所述反应后还包括后处理的步骤。
29.优选地，所述后处理的方法包括：冷却后去除有机溶剂。
30.需要说明的是，本发明中所述冷却是指将反应后的反应体系冷却至室温。
31.作为本发明的优选技术方案，所述聚醚多元醇选自两官能度聚醚多元醇和/或三官能度聚醚多元醇。
32.优选地，所述聚醚多元醇的数均分子量为2000～5000，例如可以是2000、2200、2500、2700、3000、3300、3600、3900、4200、4600或5000等。
33.优选地，所述聚醚多元醇的羟值为25～40mg koh/g，例如可以是25mg koh/g、26mg koh/g、28mg koh/g、30mg koh/g、32mg koh/g、34mg koh/g、36mg koh/g、38mg koh/g或40mg koh/g等。
34.优选地，所述聚酯多元醇选自两官能度聚酯多元醇和/或三官能度聚酯多元醇。
35.优选地，所述聚酯多元醇的数均分子量为1000～3000，例如可以是1000、1200、1400、1600、1800、2000、2200、2400、2600、2800或3000等。
36.优选地，所述聚酯多元醇的羟基含量为34～88mg koh/g，例如可以是34mg koh/g、40mg koh/g、46mg koh/g、52mg koh/g、58mg koh/g、64mg koh/g、70mg koh/g、76mg koh/g、82mg koh/g或88mg koh/g等。
37.作为本发明的优选技术方案，所述二异氰酸酯选自4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯和/或二苯基甲烷二异氰酸酯。
38.优选地，所述扩链剂选自1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、己二醇或三羟甲基丙烷中的任意一种或至少两种的组合。
39.优选地，所述发泡剂为水。
40.优选地，所述紫外光吸收剂选自uv-326、uv-327、uv-328、uv-329或uv-360中的任意一种或至少两种的组合。
41.作为本发明的优选技术方案，所述聚氨酯的制备原料中还包括催化剂0.5～1份，例如可以是0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或1份等。
42.优选地，所述催化剂为锡类催化剂。
43.优选地，所述锡类催化剂选自二月桂酸二丁基锡和/或异辛酸亚锡。
44.第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的聚氨酯的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
45.(1)将聚醚多元醇、聚酯多元醇、扩链剂、聚硅氧烷化合物、发泡剂、紫外光吸收剂和催化剂混合，得到混合物；
46.(2)将步骤(1)得到的混合物与二异氰酸酯混合后，置于模具中浇注成型，得到所述聚氨酯。
47.作为本发明的优选技术方案，步骤(1)所述混合的方法为搅拌。
48.优选地，所述搅拌的转速为60～120rpm，例如可以是60rpm、65rpm、70rpm、75rpm、80rpm、85rpm、90rpm、95rpm、100rpm、105rpm、110rpm、115rpm或120rpm等。
49.优选地，所述混合的时间为40～60min，例如可以是40min、42min、44min、46min、48min、50min、52min、54min、56min、58min或60min等。
50.作为本发明的优选技术方案，步骤(2)所述混合的方法为使用打泡机进行混合。
51.优选地，所述浇注成型后还包括后处理的步骤。
52.优选地，所述后处理的方法为：去除模具。
53.第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的聚氨酯的应用，所述聚氨酯用于制备汽车仪表板。
54.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
55.本发明通过聚硅氧烷化合物的使用，并通过聚硅氧烷化合物和紫外光吸收剂的配合使用，制备得到的聚氨酯既具有较好力学性能，又具有较好热稳定性和耐候性，其拉伸强度为179～192kpa，断裂伸长率为55～62％，热分解温度为283～305℃，耐水解性为4～5级，耐黄变性能为4～5级。本发明提供的聚氨酯适用于制备汽车仪表板。
具体实施方式
56.为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
57.实施例和对比例中部分组分来源如下：
58.聚醚多元醇：国都化工有限公司，dp4000e；
59.聚酯多元醇：大赛璐化学工业株式会社，pcl220al；
60.双羟基封端聚二甲基硅氧烷：sigma-aldrich，cas号为70131-67-8。
61.实施例1
62.本实施例提供一种聚氨酯及其制备方法，所述聚氨酯的制备原料包括如下重量份数的组分：
63.聚醚多元醇60份、聚酯多元醇15份、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯70份、1,3-丙二醇10份、聚硅氧烷化合物6份、水3份、uv-326 1份和二月桂酸二丁基锡0.8份；
64.所述聚硅氧烷化合物的制备原料包括如下质量百分含量的组分：
65.双羟基封端聚二甲基硅氧烷35％、n-环己基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷24％、钛酸四丁酯1％和甲苯40％；
66.所述聚硅氧烷化合物的制备方法如下：
67.将聚二甲基硅氧烷、n-环己基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和钛酸四丁酯和甲苯混合后，在100℃下反应10h后，冷却至室温，去除甲苯，得到所述聚硅氧烷化合物。
68.上述聚氨酯的制备方法如下：
69.(1)在转速为80rpm的条件下，将聚醚多元醇、聚酯多元醇、1,3-丙二醇、聚硅氧烷化合物、水、uv-326和二月桂酸二丁基锡搅拌混合50min，得到混合物；
70.(2)使用打泡机将步骤(1)得到的混合物与4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯混合均匀，置于模具中浇注成型后，除去模具，得到所述聚氨酯。
71.实施例2
72.本实施例提供一种聚氨酯及其制备方法，所述聚氨酯的制备原料包括如下重量份数的组分：
73.聚醚多元醇50份、聚酯多元醇20份、二苯基甲烷二异氰酸酯60份、1,4-丁二醇5份、聚硅氧烷化合物7份、水1份、uv-327 3份和异辛酸亚锡0.5份；
74.所述聚硅氧烷化合物的制备原料包括如下质量百分含量的组分：
75.双羟基封端聚二甲基硅氧烷30％、n-环己基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷20％、钛酸四丁酯0.5％和甲苯49.5％；
76.所述聚硅氧烷化合物的制备方法如下：
77.将聚二甲基硅氧烷、n-环己基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和钛酸四丁酯和甲苯混合后，在90℃下反应12h后，冷却至室温，去除甲苯，得到所述聚硅氧烷化合物。
78.上述聚氨酯的制备方法如下：
79.(1)在转速为60rpm的条件下，将聚醚多元醇、聚酯多元醇、1,4-丁二醇、聚硅氧烷化合物、水、uv-327和异辛酸亚锡搅拌混合60min，得到混合物；
80.(2)使用打泡机将步骤(1)得到的混合物与二苯基甲烷二异氰酸酯混合均匀，置于模具中浇注成型后，除去模具，得到所述聚氨酯。
81.实施例3
82.本实施例提供一种聚氨酯及其制备方法，所述聚氨酯的制备原料包括如下重量份数的组分：
83.聚醚多元醇70份、聚酯多元醇10份、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯80份、己二醇15份、聚硅氧烷化合物8份、水5份、uv-328 1份和二月桂酸二丁基锡1份；
84.所述聚硅氧烷化合物的制备原料包括如下质量百分含量的组分：
85.双羟基封端聚二甲基硅氧烷39.4％、n-环己基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷20％、钛酸四丁酯0.6％和甲苯40％；
86.所述聚硅氧烷化合物的制备方法如下：
87.将聚二甲基硅氧烷、n-环己基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和钛酸四丁酯和甲苯混合后，在110℃下反应10h后，冷却至室温，去除甲苯，得到所述聚硅氧烷化合物。
88.上述聚氨酯的制备方法如下：
89.(1)在转速为120rpm的条件下，将聚醚多元醇、聚酯多元醇、己二醇、聚硅氧烷化合物、水、uv-328和二月桂酸二丁基锡搅拌混合40min，得到混合物；
90.(2)使用打泡机将步骤(1)得到的混合物与4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯混合均匀，置于模具中浇注成型后，除去模具，得到所述聚氨酯。
91.实施例4
92.本实施例提供一种聚氨酯及其制备方法，所述聚氨酯的制备原料包括如下重量份数的组分：
93.聚醚多元醇65份、聚酯多元醇18份、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯72份、三羟甲基丙烷12份、聚硅氧烷化合物9份、水4份、uv-360 2份和二月桂酸二丁基锡1份；
94.所述聚硅氧烷化合物的制备原料包括如下质量百分含量的组分：
95.双羟基封端聚二甲基硅氧烷28％、n-环己基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷24.5％、钛酸四丁酯0.5％和甲苯47％；
96.所述聚硅氧烷化合物的制备方法如下：
97.将聚二甲基硅氧烷、n-环己基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和钛酸四丁酯和甲苯混合后，在110℃下反应11h后，冷却至室温，去除甲苯，得到所述聚硅氧烷化合物。
98.上述聚氨酯的制备方法如下：
99.(1)在转速为100rpm的条件下，将聚醚多元醇、聚酯多元醇、三羟甲基丙烷、聚硅氧烷化合物、水、uv-360和二月桂酸二丁基锡搅拌混合45min，得到混合物；
100.(2)使用打泡机将步骤(1)得到的混合物与4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯混合均匀，置于模具中浇注成型后，除去模具，得到所述聚氨酯。
101.实施例5
102.本实施例提供一种聚氨酯及其制备方法，与实施例1的区别在于，所述聚硅氧烷化合物的重量份数为5份，其他条件与实施例1相同。
103.实施例6
104.本实施例提供一种聚氨酯及其制备方法，与实施例1的区别在于，所述聚硅氧烷化合物的重量份数为10份，其他条件与实施例1相同。
105.对比例1
106.本对比例提供一种聚氨酯及其制备方法，与实施例1的区别在于，所述聚硅氧烷化合物的重量份数为2份，其他条件与实施例1相同。
107.对比例2
108.本对比例提供一种聚氨酯及其制备方法，与实施例1的区别在于，所述聚硅氧烷化合物的重量份数为15份，其他条件与实施例1相同。
109.对比例3
110.本对比例提供一种聚氨酯及其制备方法，与实施例1的区别在于，所述聚氨酯的制备原料中不含聚硅氧烷化合物，紫外光吸收剂的重量份数为7份，其他条件与实施例1相同。
111.对比例4
112.本对比例提供一种聚氨酯及其制备方法，与实施例1的区别在于，所述聚氨酯的制备原料中不含紫外光吸收剂，聚硅氧烷化合物的重量份数为7份，其他条件与实施例1相同。
113.对上述实施例和对比例提供的聚氨酯的性能进行测试，测试方法如下：
114.拉伸强度：din en iso 1798；
115.断裂伸长率：din en iso 1798；
116.热分解温度：使用热重分析仪对上述实施例和对比例提供的聚氨酯进行热重分析，记录开始分解的温度；
117.耐水解性：gb/t15905-1995；
118.耐黄变性能：zn-h/ios 11507-1997。
119.上述实施例和对比例提供的发泡聚氨酯性能的测试结果如表1所示：
120.表1
[0121][0122]
由表1可知，本发明通过聚硅氧烷化合物的使用，并通过聚硅氧烷化合物和紫外光吸收剂的配合使用，制备得到的聚氨酯既具有较好力学性能，又具有较好热稳定性和耐候性，其拉伸强度为179～192kpa，断裂伸长率为55～62％，热分解温度为283～305℃，耐水解性为4～5级，耐黄变性能为4～5级。
[0123]
与实施例1相比，若聚硅氧烷化合物的含量过少(对比例1)，则制备得到的聚氨酯的热稳定性和耐候性均较差；若聚硅氧烷化合物的含量过多(对比例2)，由于聚硅氧烷化合物与聚氨酯基体的相容性较差，导致制备得到的聚氨酯的拉伸强度和断裂伸长率较低。由此可知，本发明通过控制聚硅氧烷化合物的含量在特定的范围内，制备得到的聚氨酯既具有较好的力学性能，又具有较好的热稳定性和耐候性。
[0124]
与实施例1相比，若聚氨酯的制备原料中不含聚硅氧烷化合物(对比例3)，则制备得到的聚氨酯的热稳定性和耐候性均较差；若聚氨酯的制备原料中不含紫外光吸收剂(对比例4)，则制备得到的聚氨酯的耐候性较差。由此可知，本发明通过聚硅氧烷化合物和紫外光吸收剂的配合使用，制备得到的聚氨酯具有较好的耐候性。
[0125]
综上所述，本发明通过聚硅氧烷化合物的使用，并通过聚硅氧烷化合物和紫外光吸收剂的配合使用，制备得到的聚氨酯既具有较好力学性能，又具有较好热稳定性和耐候性，适用于制备汽车仪表板。
[0126]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺流程才能实施。所
属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。