汽车内饰件材料voc含量对车内空气质量的影响

汽车内饰件材料voc含量对车内空气质量的影响

0挥发性有机污染物车辆的内在空气直接影响人们的健康。根据这项研究，内饰件的蒸发有机化合物（voc）是影响车辆空气的主要原因之一。大多数内饰零件中都含有一定量的挥发性有机化合物,它们主要是烷烃、烯烃、芳烃、乙醛或酮类的物质,这些物质的沸点通常在50~260℃的范围之内。当气温达到一定高度时,这些挥发性物质就会释放出来,一方面会形成雾翳凝结在前挡风玻璃上,从而影响驾驶员的视线;另一方面,这些挥发性物质轻则使人头疼、恶心,重则伤害人体的肝脏、肾脏、大脑和神经系统早在2011年10月,环保部和国家质检总局联合发布了GB/T27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》,并于2012年3月1日正式实施。指南中明确规定了车内空气中苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛8种常见挥发性有机物浓度的限值,这是我国第一次对车内空气质量做评价的推荐性标准。随着社会各界对车内空气质量关注程度的不断提高,相关政府主管部门对车内VOC管控力度也在持续加大。2014年,工信部开展《车内挥发性有机污染物(VOC)控制技术政策》编制工作,用以明确整车、零部件、材料企业三方职责。在2015年3月26日召开的2015第五届车内空气质量及禁限用物质技术峰会上,专家、车企代表围绕汽车车内空气质量标准的修订、车内挥发性有机污染物(VOC)的改进解决方案、低VOC材料替代技术展开深入的研讨。现行的推荐性《乘用车内空气质量评价指南》有望升级为国家强制性标准,困扰消费者多年的车内空气污染问题有望得到有效解决。在这样的背景下,汽车内各种内饰材料的VOC含量越来越受重视。麻纤维板作为一种使用广泛的汽车内饰件材料,对其VOC含量进行研究有着重要意义。1汽车voc测试车内VOC的控制方法有两种:方法一是从材料入手,适用研发用车型,方法是设定整车厂企业标准,采购满足VOC标准限值的材料,使整车满足要求;方法二是从整车入手,适用已上市车型,方法是整车VOC→总成VOC→零部件VOC→材料VOC,逐级查找挥发源,再进行材料或工艺更改,以达到目的。VOC测试主要包括整车测试、总成零部件测试和材料测试,通过逐级控制的方法达到车内有机挥发物的控制。整车VOC测试在HJ/T400-2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》中有详细的规定。汽车部件和材料的VOC测试有VDA法和袋子法现阶段,国家正式发布的只有《乘用车内空气质量评价指南》规定了车内空气中苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛8种挥发性有机物浓度的限值,见表1。2纤维组成对纤维复合材料聚酰胺纤维麻纤维板是用天然黄麻纤维为增强剂对聚丙烯材料进行增强的复合材料。麻纤维板产品所用原材料为丙纶纤维(聚丙烯纤维)、黄麻纤维、涤纶纤维和PE膜。麻纤维板用作汽车内饰材料具有比重轻,强度高,可塑性好,阻燃性能好,高、低温尺寸变化率低等优点,不仅如此,还可在内饰件废弃后自然降解,不污染土壤环境,体现出优异的环保优势,因而广泛应用在汽车内饰结构件中,如车顶篷、车门内护板、轿车后搁物板、行李舱饰件以及客车空调风道等。2.1麻纤维和丙纶纤维的比例麻纤维板的原材料主要有麻纤维、丙纶纤维和涤纶纤维。其中,麻纤维约45%,丙纶纤维占35%,涤纶和PE膜占比少量。从麻纤维板的原材料组成成分来看,麻纤维基本上无VOC释放,VOC的主要来源为丙纶纤维和涤纶纤维。2.1.1丙纶纤维的生产要分析麻纤维板中丙纶(聚丙烯)短纤维的VOC的来源,就要对丙纶短纤维的整个生产流程进行详细的了解,包括单体丙烯的生产过程、聚丙烯树脂的生产过程,以及聚丙烯树脂加工成丙纶短纤维的过程首先,生产聚丙烯的初始材料为丙烯CH(1)炼厂催化裂化气经蒸馏除去C2和C4馏分,得到丙烯、丙烷馏分,再经精馏得丙烯。(2)石油烃类经高温裂解的产物,是乙烯生产的联产品。(3)丙烷脱氢。催化剂为氧化铬、氧化铝,反应温度635℃,丙烷转化率54%,丙烯选择性76%,回收率93%(分子比)。(4)采用吸附膨胀脱附法,从吸附相得到高纯丙烯产品。以工业丙烯为原料,粗纯化后经分子筛吸附剂选择性吸附,对极性化合物和不饱和烃选择吸附性强,在升温解吸过程中,比丙烯难吸附的组分易入气相馏出,然后从吸附相中得到高纯丙烯产品。丙纶纤维所用原料CH其次,丙烯发生聚合反应生产聚丙烯过程中产生VOC:(1)在PP基体合成过程中使用的催化剂体系或溶剂中含有一些烷烃类的化合物;(2)在PP基体进行改性加工以及后续成型加工过程当中,PP由于热降解形成了低分子化合物,如酮类、醛类化合物;(3)改性PP材料中所添加的一些稳定剂,如抗氧剂、光照助剂、抗静电剂、色粉等,它们自身所携带的一些低分子有机物。最后,聚丙烯粒子熔融后拉丝,生产丙纶纤维过程中产生VOC。(1)是高温纺丝时聚丙烯发生降解的产物;(2)是空气骤冷条件下热聚丙烯熔体表面发生有氧降解的产物;(3)是聚丙烯原料中的添加剂在高温下的挥发物。由于熔体在喷孔密集型分布的喷丝板喷出、冷却成形时,低分子挥发物扩散困难而吸附在丝束的表面麻纤维板的VOC含量会随着丙纶纤维含量的升高而升高,见图1。2.1.2麻纤维板中voc的量涤纶短纤维生产工艺与丙纶的相似,也有VOC存在,不过它在麻纤维板中的使用量较少,对麻纤维板的VOC含量影响较小。图2为涤纶含量与麻纤维板VOC的关系。2.1.3高温加热对麻纤维voc麻作为一种天然纤维,其本身并不含有VOC,但是经过高温加热后,麻纤维的木质素和半纤维素也会分解出极少量的VOC,具体会在下面分析。PE膜在麻纤维板中的含量也很小,不再详细分析,文中只着重分析丙纶纤维。2.2聚丙烯材料中voc来源麻纤维板中的聚丙烯材料的基本组成如下:PP基料+(增韧剂)+(填料)+热氧稳定剂+光稳定剂+色粉。其中:PP基料为主要组成部分;增韧剂视部件对材料的要求按一定比例添加,目前聚丙烯的增韧剂通常为聚烯烃弹性体;填料视材料标准的要求按一定比例添加,目前主要为滑石粉;光稳定剂目前聚丙烯中常用的为受阻胺类稳定剂;热氧稳定剂目前通常为受阻酚抗氧剂与磷酸酯抗氧剂的复配体;色粉通常为无机色粉。通常认为聚丙烯材料的VOC问题从定性上来说,主要来源于以下几个方面:(1)在PP树脂基体合成过程中使用的催化剂体系或溶剂中含有一些烷烃类的化合物;(2)在PP树脂基体进行改性加工以及后续成型加工过程当中,PP树脂由于热降解所形成的低分子化合物,如酯类、酮类、醛类、羧酸类化合物;(3)改性PP材料中所添加的一些稳定剂,如抗氧剂、光照助剂、滑石粉、色粉等,它们自身所携带的一些低分子杂化物。在聚丙烯均聚产品中,各种牌号主要是以其MI(熔融指数)的不同加以区别的。用途不同,产品牌号也不同,相应地要求不同规格的MI。同一牌号聚丙烯有一定的MI范围。不同的MI要求有不同的加工温度。如果MI相差很大的几批产品混在一起加工,则会在加工过程中产生“鱼眼”,即高MI的树脂已经熔融,而低MI的树脂没有熔融,在制品中产生白点,这会使制品的质量受到很大的影响,尤其是在抽丝纺制丙纶纤维时,鱼眼的存在对成丝性能和丙纶纤维的质量影响更大。因此要求PP树脂的MI稳定、可控,以保证产品良好的加工性能和制品质量。PP聚丙烯材料在内饰上的应用量非常大,是VOC管控的重点对象。PP材料中的VOC主要来源于聚丙烯树脂合成过程中的游离单体、残余溶剂、添加剂,并且受到材料改性和加工工艺的影响。不同牌号产品,由于工艺过程不同,其VOC含量不同,经检测用于生产丙纶纤维的牌号为T30S的聚丙烯粒子的总碳排放值为0.42μg/g,大于抗静电处理的Z30S牌号聚丙烯粒子的总碳排放值0.38μg/g。2.3丙纶油剂voc物质的组成及种类丙纶纤维(聚丙烯)质地轻、强度大、弹性好、耐磨,在我国的应用迅速扩大。但由于丙纶分子结构中没有极性基团,其吸湿性小,导电性差,结构紧密,摩擦因数大且本身不含脂肪类物质,因此在纺丝后续加工过程中丝条易滑落、散乱,造成毛丝、废丝。这就需要在纺丝和卷绕筒管之间用油剂处理,在其表面形成一层油膜,改善纤维平滑性,降低丝束的摩擦因数,增强可纺性,提高纺丝效率,保护纤维的质量。丙纶油剂配方由多种组分组成,主要有平滑剂、抗静电剂、乳化剂以及其他少量助剂,主要采用表面活性剂类产品。目前,国内丙纶纺丝油剂所用平滑剂主要是脂肪酸酯类平滑剂。根据分子中与长链烷基相连接的极性基的电荷性质,抗静电剂大致上可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性表面活性剂。一般说来,抗静电效果最好的是阳离子型和两性型,阴离子型次之,非离子型抗静电最差。考虑到成本因素,目前使用较为广泛的抗静电剂是脂肪醇磷酸酯(盐)和醇醚磷酸酯(盐)类抗静电剂。由于纺丝油剂使用时经常是水包油型的悬浮液,所以必须加入乳化剂。乳化剂的作用,在于将油剂中的各单体表面活性剂通过物理化学过程达到平衡,使油剂成为均一、透明、稳定的油状溶液,并在油剂使用时能成为均匀、透明、稳定的乳状液。在选择乳化剂时,需要考虑其与配方中其他成分的配伍作用。聚丙烯材料中VOC物质的分析,对于国内工厂而言,由于条件的欠缺,要想做一全面分析比较困难。但目前的分析手段比较成熟,可以采用红外及GC-MS两种分析方法对材料中的各种VOC组分分别进行定性及定量分析。通过这种分析,对原材料中各组分的初始状态、改性共混加工对VOC的影响以及后续成型加工对VOC的影响均可以有一个彻底了解,从而为更为合理控制VOC物质提供实践上的支持。2.4加热压制、冷却压制麻纤维板的加工过程首先要对原材料进行混合、开松、梳理、铺网、针刺固结、分切、热压、冷却定型等。在这一流程中,热压过程中的高温加热会导致麻纤维板中的化学纤维和麻纤维分解出VOC。压制麻纤维板要经过加热压制和冷却压制定型两道工序。加热压制时温度为(220±20)℃,压制时间一般不会少于2min。在这一过程中,化学纤维中的不稳定物质会释放出不同种类的易挥发有机物,如丙纶能够释放出以长碳链的烷烃为主,包括醛、酮、醇等小分子物质的多种VOC。麻纤维中含有10%~13%的木质素,含有14%~17%的半纤维素。在麻纤维板加工过程中,经对麻纤维加热,麻纤维中附着夹带的木质素会释放出极少量的苯系物质;附着夹带的半纤维素会释放出少量的醛类物质麻纤维的热压加工过程中,减少产品中苯类、醛类物质存在,对麻纤维板VOC的减少有积极作用。3减少麻纤维板vo的主要方法3.1原材料的选择原材料是麻纤维板中VOC的主要来源,因此要控制麻纤维板VOC含量,就必须选择质量稳定、VOC含量低的原材料。3.1.1减少voc的工艺措施,减少丙纶纤维的voc。防止丙纶纤维voc丙纶短纤维中VOC的来源,前面已经分析过。想要获得较低VOC含量的丙纶短纤维:(1)选择合适牌号的PP树脂;(2)选择合适的油剂与添加剂,以减少VOC的产生:(3)可以采用稍低的纺丝温度和较高的冷却速度工艺,以减少聚丙烯的降解和添加剂的挥发,并通过加快挥发物的扩散速度,减少挥发物在纤维表面的吸附;(4)对丙纶纤维进行VOC检测,保证所用丙纶纤维符合要求。涤纶的选择与丙纶基本相同。3.1.2制麻纤维原料麻纤维其本身是天然纤维,其VOC成分极低,但其所附带夹杂的木质素和半纤维素含有极少量的苯类和醛类物质,使用时必须加以控制。选用深度发酵沤制的麻纤维,这样的麻纤维经水洗后,附带夹杂的木质素和半纤维含量少,有利减少VOC。发酵沤制后,麻纤维要经水充分的洗涤,减少木质素、半纤维素的含量,从而减少VOC。表2所示的是某规格麻纤维板所用的原材料VOC检测结果(袋子法)。从表2中可以看出:丙纶、涤纶、麻都含有一定的挥发性有机物,其中丙纶、涤纶含量相对较多。并且乙苯、苯乙烯含量相比之下略高,但在后续的加工过程中会散发出大部分,这在下面将具体介绍。3.2麻纤维板原料中voc物质的变化麻纤维板生产过程中,各种原材料所含有的VOC,特别是一些易挥发性有机物(VVOC)会在“热压”工序加热时,得到较为充分的挥发。前面在分析麻纤维附带的木质素和半纤维素在制造过程中加热压制,原材料会分解出一些VOC。分解的VOC在高温加热时,同样也得到很大程度的挥发。从表3中的VOC检测结果可以看出麻纤维板所用的原料加工前后VOC值的关系。从表3可以看出:麻纤维板中需要控制的挥发性物质中,仅有甲醛含量有所提高,苯类、醛类很多都是未检出,可挥发性有机物总量满足《乘用车内空气质量评价指南》标准。同时,可以发现部分出现在原材料中的挥发性有机物经过生产加工基本上都挥发掉了。由此可见,麻纤维板中的VOC是可以在生产中进行控制的。3.3控制好麻纤维板的运输路线麻纤维板产品VOC的控制是一项系统工程,除了在原材料选择、生产过程中控制以外,对原材料和麻纤维产品的储存和运输环