本发明涉及汽车配件领域，为一种车内座椅用聚氨酯泡沫，具体为一种开孔聚氨酯泡沫及其制备方法。
背景技术：
聚氨酯泡沫，因其优良的物理机械性能(极高的回弹性、低滞后损失)，较高的压缩负荷比值(sag因子)，故有显著的坐感舒适性，优良的抗疲劳性能，类似乳胶表面的手感，良好的透气性及阻燃性能；同时生产周期短、效率高、耗能低，逐渐取代传统的热熟化聚氨酯泡沫塑料，广泛地应用于汽车、摩托车、火车、家具等行业领域，用作座垫、靠背、床垫、头垫等。
当聚氨酯泡沫用作坐垫等于人体直接接触的支撑件时，需要聚氨酯泡沫能够表现良好的透气性，但是现有的聚氨酯泡沫透气性普遍较差，不利于作为坐垫的使用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种开孔聚氨酯泡沫，可使聚氨酯泡沫中具有均匀的开孔，且开孔贯穿泡沫，实现了聚氨酯泡沫作为坐垫在保证良好的支撑作用的同时还具有良好的透气性。
本发明还提供一种开孔聚氨酯泡沫的制备方法，实现了开孔聚氨酯泡沫形成的泡沫致密且均匀贯穿于聚氨酯泡沫。
本发明是这样实现的：
一种开孔聚氨酯泡沫，主要由第一组分和第二组分经过发泡和加热制作而成，且所述第一组分与第二组分按重量比例为100:30～40。第一组分包括按重量份数的以下组分：聚醚多元醇20～70份，聚合物多元醇20～70份，交联剂0.5～5份，发泡剂2～6份，发泡助剂0.25～3份，匀泡剂0.8～1.2份，开孔剂0.5～10份。开孔剂包括偶氮类化合物、酰肼类化合物中的一种或两种。第二组分包括甲苯二异氰酸酯。
本发明还提供了一种上述开孔聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
将按100:30～40的重量配比混合的第一组分和第二组分经发泡制得聚氨酯泡沫，加热聚氨酯泡沫，既得开孔聚氨酯泡沫。
上述方案的有益效果：本发明提供了一种基于第一组分和第二组分组成的聚氨酯泡沫，并且第一组分基于聚醚多元醇和混合物多元醇为主料，通过添加有多种助剂实现了聚氨酯泡沫的成型，使聚氨酯泡沫具有较好的承载能力。并且通过在多种助剂里添加有开孔剂使聚氨酯泡沫中开设有排列紧致的开孔。且在本发明中，聚醚多元醇、混合物多元醇以及多种助剂和开孔剂的比例组分合理，不会产生各组分之间性能的影响，即不会因为开孔剂从而降低了聚氨酯泡沫的稳定性。从而使聚氨酯泡沫在具有良好的承载能力的同时还开设只有开孔，实现了在保证聚氨酯泡沫稳定性良好的情况下具有很好的透气性。
本发明还提供了一种开孔聚氨酯泡沫的制备方法，通过先制备第一组分形成混合物再与第二组分通过合理的配比和混合最终形成稳定的聚氨酯泡沫，最后通过加热使开孔在聚氨酯泡沫内形成，形成了开孔聚氨酯泡沫。本方法使聚氨酯泡沫在具有一定稳定性的同时再进行开孔操作，使开孔呈阶段的形成，实现了在不影响聚氨酯泡沫承载能力的同时还使开孔的形成更加稳定和快速。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下针对本发明实施例的开孔聚氨酯泡沫及其制备方法进行具体说明：
一种开孔聚氨酯泡沫，主要由第一组分和第二组分经过发泡和加热制作而成，且所述第一组分与第二组分按重量比例为100:30～40。
第一组分主要由按重量份数计的以下组分制作而成：聚醚多元醇20～70份，聚合物多元醇20～70份，交联剂0.5～5份，发泡剂2～6份，发泡助剂0.25～3份，匀泡剂0.8～1.2份，开孔剂0.5～10份。第二组分包括甲苯二异氰酸酯13.2份～66份。
本实施例中聚醚多元醇为3～8官能度，分子量为5000～7000g/mol，伯羟基的摩尔分数≥65％的不饱和度聚醚多元醇。聚合物多元醇固含量≥30％的聚合物多元醇。聚合物多元醇都是用于制备高承载或高模量软质和半硬质聚氨酯泡沫制品的最主要的原料，是在反应系统中应为含量最多的两个组成物，且在一定的情况下，两者之间可以进行部分替换。
交联剂是能在线型分子间起架桥作用从而使多个线型分子相互键合交联成网络结构的物质。促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形成的物质。交联剂量的选择不宜过多也不宜过少，当交联剂的量过少时，不易形成键合交联，会使成品聚氨酯泡沫形成较多大孔径，整体呈酥软的状态。当交联剂过多时，易在分子间形成固化，会使成品聚氨酯泡沫回弹性差，质地坚硬。本实施例中，交联剂占聚醚多元醇和聚合物多元醇含量的2.5％～7％，能够促使分子间的键合交联，但又不会使分子间形成固化，影响聚氨酯泡沫的回弹性。在本实施例中，交联剂为三羟甲基丙烷、蓖麻油、季戊四醇中的任意一种或几种。本实施例优选为三羟甲基丙烷，本实施例中，交联剂含量进一步优选为2～3份。
发泡剂包括物理发泡剂，适宜的物理发泡剂的实例包括：挥发性(环)烷烃，如(环)戊烷、(环)己烷；含卤物质，如(全)氟代烃和含氢氯氟代烃化合物，其实例包括二氯一氟甲烷、一氯二氟甲烷、二氯三氟乙烷、一氯四氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷、二氯一氟乙烷、一氯二氟乙烷、氟乙烷、全氟戊烷和全氟己烷。也可以采用水和多异氰酸酯反应产生二氧化碳作为化学发泡剂。本实施例中的发泡剂为水。发泡剂在聚氨酯泡沫的制备过程中是作为辅助用料，但也是必不可少的，本实施例中通过水与甲苯二异氰酸酯进行反应产生二氧化碳从而使未成形的聚氨酯泡沫中产生气泡，从而使成型后的聚氨酯泡沫形成较为蓬松的空间状态。但是甲苯二异氰酸酯在聚氨酯泡沫的制备过程中是作为黑料与二元醇即本实施例中的聚醚多元醇和聚合物多元醇反应形成聚氨酯泡沫的原材料，所以如果当发泡剂即水过多时，会使甲苯二异氰酸酯更多的与水进行反应形成二氧化碳而降低了与二元醇之间的反应，使聚氨酯泡沫的产量降低，并且单位的二氧化碳含量较高，不易于聚氨酯泡沫的成型状态。本实施例中的发泡剂含量为2～6份，进一步优选为3～5份。
开孔剂是具有在50～300℃温度下热分解释放大量气体特性的化学物质。该化学物质包括偶氮化合物，如偶氮二甲酰胺(adc)、偶氮二异丁腈、偶氮二甲酸异丙酯、偶氮二甲酸二乙酯、二偶氮氨基苯、偶氮二甲酸钡等；酰肼类化合物，如4，4-二磺酰肼二苯醚(obsh)、对苯磺酰肼、3，3-二磺酰肼二苯砜、4，4-二苯二磺酰肼、1，3-苯二磺酰肼、1，4-苯二磺酰肼等。该开孔剂是它们中的一种或混合物。优选为偶氮二甲酸二乙酯。开孔剂是本实施例中能够实现扩大聚氨酯泡沫中开孔孔径以及数目的添加剂，其含量过多的情况下会造成聚氨酯泡沫中开孔数目过高，形成太过蓬松的结构不易实现聚氨酯泡沫的支撑作用；当开孔剂的含量较少时，会使聚氨酯泡沫中开孔数目较少，孔径较小，无法达成本实施例要实现的增加透气性的效果。本实施例中开孔剂优选3～7份。
发泡助剂是用于调节发泡剂作用的物质，能调节分解温度和分解速度。是硅氧烷稳定剂、有机锡类催化剂、有机胺类催化剂中的一种或几种的混合。优选为有机锡类催化剂。其含量在本实施例中进一步优选为1.25～2份。
匀泡剂属于聚氨酯表面活性剂，能够增加各组分的溶性一起着乳化泡沫物料、稳定泡沫和调节泡孔的作用。泡沫形成过程中，不溶性聚脲的析出会破坏泡沫的稳定。匀泡剂可使聚脲分散，增大聚脲与泡沫基体的相容性。目前使用的匀泡剂，多是聚醚改性有机硅聚氨酯表面活性剂，、它的主要结构是聚硅烷一氧化烯烃嵌段共聚物。匀泡剂的用量越大，泡孔越细，但有可能造成闭孔。其含量在本实施例中进一步优选为0.9～1.1份。
上述开孔聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
先制备第一组分，再将制备好的第一组分和第二组分按100:30～40的重量配比进行混合制得聚氨酯泡沫。再将制备好的聚氨酯泡沫加热得到开孔聚氨酯泡沫。
第一组分的制备方法包括：
将交联剂、发泡剂、发泡助剂、匀泡剂、开孔剂加入由聚醚多元醇和聚合物多元醇经高速搅拌形成的混合物中，在恒温状态下进行低速搅拌。
较佳地，聚醚多元醇和聚合物多元醇在反应釜内以135～150转/min的速度搅拌30～45min。本实施例中，135～150转/min为高速搅拌，目的是为了将聚醚多元醇和聚合物多元醇这两种原料搅拌均匀。
较佳地，聚醚多元醇和聚合物多元醇的混合物与交联剂，发泡剂，发泡助剂，匀泡剂，开孔剂在反应釜内保持温度为22℃～30℃条件下以35～45转/min的速度进行搅拌。本实施例中，35～45转/min为低速搅拌，为了使聚醚多元醇和聚合物多元醇的混合物能够与其他助剂进行混合，并且保持温度在22℃～30℃之间不会使助剂与混合物之间产生固化或者流动性增强的问题，使多种助剂与混合物混合能够稳定进行。
本发明实施例中，将交联剂、发泡剂、发泡助剂、匀泡剂、开孔剂加入由聚醚多元醇和聚合物多元醇经高速搅拌形成的混合物中，在恒温状态下进行低速搅拌的步骤中，高速搅拌和低速搅拌是仅仅用于区别两者的相对速度，即达到高速搅拌的速度大于低速搅拌即可，高速搅拌的速度值以及低速搅拌的速度值可以根据具体各原料的用量进行选择。
本实施例中，聚醚多元醇、聚合物多元醇在高速反应釜中进行搅拌，聚醚多元醇和聚合物多元醇的混合物与交联剂、发泡剂、发泡助剂、匀泡剂、开孔剂在低速恒温反应釜中进行搅拌。高速反应釜和低速恒温反应釜为现有技术中使用的设备。
混合第一组分与第二组分的方法：
将第一组分加热至30℃～50℃与第二组分均匀混合。
加热聚氨酯泡沫的方法：
将聚氨酯泡沫在50℃～300℃的温度下静置20～200分钟。
较佳地，聚氨酯泡沫在50℃～300℃的温度下加热20～200分钟后得到开孔聚氨酯泡沫。当聚氨酯泡沫处于较低温度下，例如在50℃时，可以通过增加加热时间至200分钟来得到开孔聚氨酯泡沫。当聚氨酯泡沫处于较高温度下，例如在300℃时，可以通过降低加热时间至20分钟来得到开孔聚氨酯泡沫。加热的时间不宜过长，当加热时间过长时容易引起聚氨酯泡沫的软化，降低聚氨酯泡沫的承载性能，但也不能过短，当加热时间过短使会造成开孔的打开不完全，无法形成充分完整的开孔。
以下结合实施例对本发明的开孔聚氨酯泡沫及其制备方法作进一步的详细描述。
实施例1
一种开孔聚氨酯泡沫由第一组分和第二组分构成，第一组分主要由按重量份数计的以下组分制作而成：聚醚多元醇20份，聚合物多元醇20份，交联剂0.5份，发泡剂2份，发泡助剂0.25份，匀泡剂0.8份，开孔剂0.5份。第二组分包括甲苯二异氰酸酯13.2份。聚醚多元醇为3官能度，分子量为5000g/mol，伯羟基的摩尔分数为65％的不饱和度聚醚多元醇。聚合物多元醇为固含量为30％的聚合物多元醇。
上述开孔聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚多元醇20份、聚合物多元醇20份加入高速反应釜中以135转/min的速度搅拌30min使其充分混合得到第一混合物。再将第一混合物转入低速恒温反应釜内并在加入交联剂0.5份，发泡剂2份，发泡助剂0.25份，匀泡剂0.8，开孔剂0.5份，以22℃条件下以35转/min的速度进行搅拌，得到第二混合物。将甲苯二异氰酸酯13.2份和第二混合物混合均匀，得到聚氨酯泡沫。将聚氨酯泡沫加热至50℃条件下20分钟后得到开孔聚氨酯泡沫。
实施例2
一种开孔聚氨酯泡沫由第一组分和第二组分构成，第一组分主要由按重量份数计的以下组分制作而成：聚醚多元醇45份，聚合物多元醇45份，交联剂3份，发泡剂4份，发泡助剂1.5份，匀泡剂1份，开孔剂5份。第二组分包括甲苯二异氰酸酯31.4份。聚醚多元醇为5官能度，分子量为6000g/mol，伯羟基的摩尔分数为75％的不饱和度聚醚多元醇。聚合物多元醇为固含量为35％的聚合物多元醇。
上述开孔聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚多元醇45份、聚合物多元醇45份加入高速反应釜中以140转/min的速度搅拌40min使其充分混合得到第一混合物。再将第一混合物转入低速恒温反应釜内并在加入交联剂3份，发泡剂4份，发泡助剂1.5份，匀泡剂1份，开孔剂5份，以25℃条件下以40转/min的速度进行搅拌，得到第二混合物。将甲苯二异氰酸酯31.4份和第二混合物混合均匀，得到聚氨酯泡沫。将聚氨酯泡沫加热至200℃条件下90分钟后得到开孔聚氨酯泡沫。
实施例3
一种开孔聚氨酯泡沫由第一组分和第二组分构成，第一组分主要由按重量份数计的以下组分制作而成：聚醚多元醇70份，聚合物多元醇70份，交联剂5份，发泡剂6份，发泡助剂3份，匀泡剂1.2份，开孔剂10份。第二组分包括甲苯二异氰酸酯50份。聚醚多元醇为8官能度，分子量为7000g/mol，伯羟基的摩尔分数为80％的不饱和度聚醚多元醇。聚合物多元醇的固含量为40％。
上述开孔聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚多元醇70份、聚合物多元醇70份加入高速反应釜中以150转/min的速度搅拌45min使其充分混合得到第一混合物。再将第一混合物转入低速恒温反应釜内并在加入交联剂3份，发泡剂4份，发泡助剂1.5份，匀泡剂1份，开孔剂5份，以30℃条件下以45转/min的速度进行搅拌，得到第二混合物。将甲苯二异氰酸酯50份和第二混合物混合均匀，得到聚氨酯泡沫。将聚氨酯泡沫加热至300℃条件下200分钟后得到开孔聚氨酯泡沫。
实施例4
一种开孔聚氨酯泡沫由第一组分和第二组分构成，第一组分主要由按重量份数计的以下组分制作而成：聚醚多元醇20份，聚合物多元醇20份，交联剂0.5份，发泡剂2份，发泡助剂0.25份，匀泡剂0.8份，开孔剂0.5份。第二组分包括甲苯二异氰酸酯15.4份。聚醚多元醇为4官能度，分子量为5500g/mol，伯羟基的摩尔分数为70％的不饱和度聚醚多元醇。聚合物多元醇的固含量为30％。
上述开孔聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚多元醇20份、聚合物多元醇20份加入高速反应釜中以150转/min的速度搅拌45min使其充分混合得到第一混合物。再将第一混合物转入低速恒温反应釜内并在加入交联剂0.5份，发泡剂2份，发泡助剂0.25份，匀泡剂0.8，开孔剂0.5份，以30℃条件下以45转/min的速度进行搅拌，得到第二混合物。将甲苯二异氰酸酯15.4份和第二混合物混合均匀，得到聚氨酯泡沫。将聚氨酯泡沫加热至300℃条件下200分钟后得到开孔聚氨酯泡沫。
实施例5
一种开孔聚氨酯泡沫由第一组分和第二组分构成，第一组分主要由按重量份数计的以下组分制作而成：聚醚多元醇45份，聚合物多元醇45份，交联剂3份，发泡剂4份，发泡助剂1.5份，匀泡剂1份，开孔剂5份。第二组分包括甲苯二异氰酸酯46份。聚醚多元醇为6官能度，分子量为6500g/mol，伯羟基的摩尔分数为70％的不饱和度聚醚多元醇。聚合物多元醇的固含量为35％。
上述开孔聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚多元醇45份、聚合物多元醇45份加入高速反应釜中以135转/min的速度搅拌30min使其充分混合得到第一混合物。再将第一混合物转入低速恒温反应釜内并在加入交联剂3份，发泡剂4份，发泡助剂1.5份，匀泡剂1份，开孔剂5份，以22℃条件下以35转/min的速度进行搅拌，得到第二混合物。将甲苯二异氰酸酯46份和第二混合物混合均匀，得到聚氨酯泡沫。将聚氨酯泡沫加热至50℃条件下20分钟后得到开孔聚氨酯泡沫。
实施例6
一种开孔聚氨酯泡沫由第一组分和第二组分构成，第一组分主要由按重量份数计的以下组分制作而成：聚醚多元醇70份，聚合物多元醇70份，交联剂5份，发泡剂6份，发泡助剂3份，匀泡剂1.2份，开孔剂10份。第二组分包括甲苯二异氰酸酯57.9份。聚醚多元醇为7官能度，分子量为6500g/mol，伯羟基的摩尔分数为70％的不饱和度聚醚多元醇。聚合物多元醇的固含量为40％。
上述开孔聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚多元醇70份、聚合物多元醇70份加入高速反应釜中以140转/min的速度搅拌40min使其充分混合得到第一混合物。再将第一混合物转入低速恒温反应釜内并在加入交联剂3份，发泡剂4份，发泡助剂1.5份，匀泡剂1份，开孔剂5份，以25℃条件下以40转/min的速度进行搅拌，得到第二混合物。将甲苯二异氰酸酯57.9份和第二混合物混合均匀，得到聚氨酯泡沫。将聚氨酯泡沫加热至200℃条件下90分钟后得到开孔聚氨酯泡沫。
实施例7
一种开孔聚氨酯泡沫由第一组分和第二组分构成，第一组分主要由按重量份数计的以下组分制作而成：聚醚多元醇20份，聚合物多元醇20份，交联剂0.5份，发泡剂2份，发泡助剂0.25份，匀泡剂0.8份，开孔剂0.5份。第二组分包括甲苯二异氰酸酯17.6份。聚醚多元醇为3官能度，分子量为7000g/mol，伯羟基的摩尔分数为65％的不饱和度聚醚多元醇。聚合物多元醇的固含量为30％。
上述开孔聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚多元醇20份、聚合物多元醇20份加入高速反应釜中以140转/min的速度搅拌40min使其充分混合得到第一混合物。再将第一混合物转入低速恒温反应釜内并在加入交联剂0.5份，发泡剂2份，发泡助剂0.25份，匀泡剂0.8，开孔剂0.5份，以25℃条件下以40转/min的速度进行搅拌，得到第二混合物。将甲苯二异氰酸酯17.6份和第二混合物混合均匀，得到聚氨酯泡沫。将聚氨酯泡沫加热至200℃条件下90分钟后得到开孔聚氨酯泡沫。
实施例8
一种开孔聚氨酯泡沫由第一组分和第二组分构成，第一组分主要由按重量份数计的以下组分制作而成：聚醚多元醇45份，聚合物多元醇45份，交联剂3份，发泡剂4份，发泡助剂1.5份，匀泡剂1份，开孔剂5份。第二组分包括甲苯二异氰酸酯52.6份。聚醚多元醇为8官能度，分子量为7000g/mol，伯羟基的摩尔分数为70％的不饱和度聚醚多元醇。聚合物多元醇的固含量为35％。
上述开孔聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚多元醇45份、聚合物多元醇45份加入高速反应釜中以150转/min的速度搅拌45min使其充分混合得到第一混合物。再将第一混合物转入低速恒温反应釜内并在加入交联剂3份，发泡剂4份，发泡助剂1.5份，匀泡剂1份，开孔剂5份，以30℃条件下以45转/min的速度进行搅拌，得到第二混合物。将甲苯二异氰酸酯52.6份和第二混合物混合均匀，得到聚氨酯泡沫。将聚氨酯泡沫加热至300℃条件下200分钟后得到开孔聚氨酯泡沫。
实施例9
一种开孔聚氨酯泡沫由第一组分和第二组分构成，第一组分主要由按重量份数计的以下组分制作而成：聚醚多元醇70份，聚合物多元醇70份，交联剂5份，发泡剂6份，发泡助剂3份，匀泡剂1.2份，开孔剂10份。第二组分包括甲苯二异氰酸酯66份。聚醚多元醇为3官能度，分子量为5000g/mol，伯羟基的摩尔分数为75％的不饱和度聚醚多元醇。聚合物多元醇的固含量为40％。
上述开孔聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚多元醇70份、聚合物多元醇70份加入高速反应釜中以135转/min的速度搅拌30min使其充分混合得到第一混合物。再将第一混合物转入低速恒温反应釜内并在加入交联剂3份，发泡剂4份，发泡助剂1.5份，匀泡剂1份，开孔剂5份，以22℃条件下以35转/min的速度进行搅拌，得到第二混合物。将甲苯二异氰酸酯66份和第二混合物混合均匀，得到聚氨酯泡沫。将聚氨酯泡沫加热至50℃条件下20分钟后得到开孔聚氨酯泡沫。
对比例1
采用聚醚多元醇100份，聚合物多元醇100份，交联剂5份，发泡剂20份，发泡助剂1份，甲苯二异氰酸酯30份得到聚氨酯泡沫，记做cs-01。针对本发明的按照《聚氨酯泡沫开孔与闭孔体积百分数实验方法》来测定聚氨酯泡沫的开孔体积百分数。
结果如下：cs-01的开孔体积百分数为12.1，实施例1的开孔体积百分数为56.3，实施例2的开孔体积百分数为76.2，实施例3的开孔体积百分数为95.1，实施例4的开孔体积百分数为92.1，实施例5的开孔体积百分数为70.4，实施例6的开孔体积百分数为82.3，实施例7的开孔体积百分数为77.8，实施例8的开孔体积百分数为93.4，实施例9的开孔体积百分数为66.6。
从上可知，实施例1～9中的开孔体积百分数都要比cs-01中高出至少4倍。所以，在添加有开孔剂的实施例1～9中实现了大幅增加聚氨酯泡沫中开孔的数量和体积，从而实现了聚氨酯泡沫的透气性。
本对比例1还证明，在一定范围内，随着破孔温度的提高即破孔时间的延长，制备的聚氨酯开孔体积百分数有所增加。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有技术方案。