车用聚氨酯泡沫材料气味来源分析

1原材料产生的气味

聚氨酯泡沫合材原材料之一的异氰酸酯具有低沸点和高蒸汽压的特点，挥发性较强；异氰酸酯基团(—NCO) 对眼黏膜有刺激性，长期吸入易损伤肺、引起过敏等不良反应。聚氨酯产品在生产过程中剩余的异氰酸酯单体，会在日后的使用过程中慢慢释放出来，造成气味污染。

聚氨酯泡沫材料另一主要原料是聚醚多元醇，聚醚多元醇本身没有刺激性气味，但是在聚醚多元醇合成过程中会残余甲醛、乙醛、丙烯醛等醛类物质，从而使聚氨酯泡沫材料带有刺激性气味。

2助剂产生的气味

异氰酸酯和聚醚多元醇是聚氨酯两大主要原料。应用中为实现聚氨酯泡沫的使用特性，通常还需要加入一些助剂。如促进多元醇和异氰酸酯反应的凝胶催化剂；促进水和异氰酸酯反应的发泡催化剂；使分子链交联、形成体系结构的交联剂；控制开孔闭孔程度与控制泡孔尺寸以有机硅为主体的表面活性剂；便于泡沫有效脱模的脱模剂；以及抗氧化剂、老化剂、增塑剂等助剂。由于聚合反应不能完全，剩余的小分子助剂易从泡沫中挥发，形成异味。在车辆使用中，以及高温和光照条件下，会加速这些物质的挥发。总之助剂对聚氨酯泡沫材料气味的影响是不可忽视的因素之一。

3老化产生的气味

聚氨酯泡沫材料使用过程中，受到光和热的作用，高分子链端的基团易被氧化成醛、酮或其它小分子，产生相应的异味。

车用聚氨酯泡沫材料VOC和气味控制技术

1低气味聚醚多元醇的开发

聚醚多元醇是以低相对分子质量多元醇、多元胺或含活泼氢的化合物为起始剂，与氧化烯烃在催化剂作用下开环聚合而成。聚醚多元醇纯品无特殊异味，但在多元醇合成过程中，原材料和助剂的残留，反应的副产物等会导致成品出现异味问题。聚醚多元醇作为聚氨酯泡沫材料的主体构成，原料中所占比例较大，降低聚醚多元醇中的气味物质是改善聚氨酯泡沫材料气味属性的重要措施之一。聚醚多元醇气味来源有反应副产物丙烯氧基聚醚、精制过程中分解的醛类、氧化后的聚醚氧化物等。当前主要通过催化体系，聚合及后处理工艺等方法对其气味进行改进。

聚醚多元醇合成用催化剂有3 个发展阶段：以KOH，CsOH为代表的碱金属基催化剂；以双金属氰化物络合物(DMC)为代表的催化剂；以磷腈盐(PZN)、三( 五氟苯基)硼烷(FAB)等为代表的催化剂。其中碱金属催化剂技术成熟，使用较为广泛但有分子量分布过宽等问题；DMC催化剂活性高，可制得高分子量聚醚多元醇，但存在自聚副反应。且两种催化剂均含金属元素，而这些金属元素在一定程度上又会促使聚醚多元醇中醛类和过氧化物等杂质产生。因此，近年来开发了以PZN和FAB为代表的低气味不含金属元素的新型催化剂。

工艺优化是降低聚醚多元醇气味的重要措施，集中在预聚体合成及无机填料的处理过程。在预聚体合成过程中，同时进行加热、通氮气、抽真空处理，可以有效改善产品的VOC 和气味。

2改性二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI) 替代传统甲苯二异氰酸酯(TDI)

传统的聚氨酯泡沫材料一直采用TDI，但随着环保要求日趋严格，TDI的性能和成本已经不能满足当前汽车内饰生产的需要，很多车企开始选择应用改性MDI，由于改性MDI制造的聚氨酯泡沫有更好的性能和工艺优势，且在当前汽车内饰低气味的要求下，因此在汽车内饰生产商中逐渐得到应用推广。

对比TDI合成聚氨酯体系，MDI合成聚氨酯体系可以有效利用MDI的低挥发性和高反应活性，降低催化剂用量，降低产品的气味。

3催化剂的选用

叔胺类催化剂是制备聚氨酯泡沫材料所必须的催化剂，可同时作为发泡催化剂和凝胶催化剂。决定着聚氨酯泡沫材料的发泡过程，甚至泡沫塑料的硬度和孔性都取决于叔胺类催化剂。叔胺类催化剂根据结构可分为脂肪族叔胺如双二甲胺基乙基醚(BDMAEE)，芳香族叔胺如N-甲基吗啉(NEM) 和杂环叔胺如三乙烯二胺(TEDA)。工业上通常选择多种类型的叔胺催化剂，复配提升催化效果。但大多数叔胺类催化剂不参与反应，反应完成后，在泡沫多孔结构中游离的叔胺类催化剂会挥发产生氨臭味，影响汽车玻璃的雾化和有严重的新车异味现象。当前主要通过低挥发性胺类催化剂和自催化聚醚多元醇来解决催化剂残留导致的异味问题。

反应型催化剂是含有活性氢原子的胺类化合物，易与异氰酸酯结合，与泡沫大分子交联结合链的一部分，减小了催化剂的散发。将叔胺基团与聚醚多元醇反应，使多元醇具有催化功能。使用自催化聚醚多元醇，能有效减少催化剂用量，降低聚氨酯成品的气味。

4硅酮表面活性剂的选用

硅酮表面活性剂是指分子中含有聚二甲基硅氧烷( 通称硅酮) 和聚氧代烷撑醚( 通称聚醚) 的特种表面活性剂。聚二甲基硅氧烷端疏水，聚氧代烷撑醚端亲水。当聚醚部分占比较大时则呈水溶性，当硅酮部分占比较高时则成醇溶性，具有良好的表面活性。硅酮表面活性剂具有乳化、气泡成核、稳泡、消泡等作用，是当前聚氨酯泡沫关键助剂之一。但常用的硅酮表面活性剂含有低相对分子质量的硅氧烷，有机硅的挥发会导致雾化现象和增加泡沫的挥发性和VOC，制约了在汽车零部件上的应用。为解决该问题，国内外许多企业开发了一些低挥发性的硅酮表面活性剂。如空气公司开发的低挥发性表面活性剂系列Dabco DC2525／Dabco DC2585等。

5脱模剂的选用

聚氨酯发泡中含有的异氰酸酯有一定的粘结性，会与发泡模具产生粘连。因此需要使用脱模剂，便于泡沫制品和模具的分离。聚氨酯泡沫脱模剂主要分为内脱模剂和外脱模剂。内脱模剂会影响发泡效果，且仍需要外脱模剂配合使用。因此外脱模剂使用更为广泛。外脱模剂一般由介质和脱模活性物质组成。介质一般是有机溶剂或水，脱模活性物质常见的有硅油、蜡及油脂等。现用的外脱模剂中使用的有机溶剂( 如卤代烃及脂肪烃等)，存在较大污染，且存在异味问题。因此以水为介质的水基脱模剂受到人们极大关注。水性脱模剂由于以水做主要载体，将极大降低脱模剂的VOC贡献值。

6除醛剂的添加

除醛剂在专利方面有多项研究。专利CN110305436A发明一种除醛剂，该除醛剂组合物包含β-酮基酯类或β-二酮类与含有氨基的聚合物。将该除醛剂应用于聚氨酯类材料，通过抑制醛类物质的产生，可对多种醛类物质产生抑制作用从而从根本上降低醛类物质的释放量，改善空气质量。专利US11/300927使用含肼的化合物减少来自聚氨酯泡沫的甲醛和乙醛释放，但肼有毒和爆炸性，故含肼的化合物的使用受到限制。专利US12/487137在相同分子中合成同时含酰氨基和氰基的化合物，作为聚氨酯组合物中的甲醛清除剂。专利US12/919817描述了伯胺化合物与叔胺催化剂的组合以减少来自聚氨酯泡沫的甲醛释放，但这种方案无法减少乙醛。专利US13/498979使用含有氨基脲的化合物减少聚氨酯泡沫中的甲醛。专利US12/396539公开了一种除醛剂配方，但其在多元醇和异氰酸酯中都需要添加，存在一定限制。