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如何降低车用PP材料的VOC?
2017.12.01   点击74次

    “节能、 环保、 安全” 是汽车行业发展永恒的主题,车内空气质量作为汽车环保、安全的重要方面,必将深刻影响消费者的购车理念。车用PP材料的VOC含量已成为衡量汽车安全、环保的重要指标。通过PP树脂聚合工艺和助剂优化、吸附法、聚合物脱挥等技术是目前有效控制VOC含量的主要方法。若能从VOC释放来源入手,通过在各个阶段协同控制PP材料中VOC含量的方法将成为今后的发展趋势。但与此同时,如何兼顾材料其他性能亦成为必须考虑的主要问题。

    什么是VOC?

    VOC的全称是“挥发性有机化合物”,根据不同国家的定义,限定条件也有所不同。为加强乘用车内空气质量控制,环保部科技标准司2014年下发《乘用车内空气质量评价指南》(修订GB//T26730-2011),修订版指南由推荐级别升级为强制级别,意味着今后所有的车企将提升生产标准,自2017年1月1日起,所有新定型的销售车辆必须满足标准要求,而对于此前已经定型的车辆,则自2018年7月1日开始严格执行。本次标准修订,原有八项监控物质不变,并修订了车内空气质量污染限值。上述的八项监控物质就是对VOC的一种阐述。

    车用PP材料的VOC问题

    PP材料以其质轻价廉、易于回收、具有优异的力学性能和加工性能等优点而广泛应用于汽车仪表板、控制盘、门板、座椅部件、手套箱和空调系统等汽车内饰件中,约占总体车用塑料的40%左右。但由于PP制品在较高温度下可不同程度地释放出危害人体健康的VOC,如何降低车用PP材料的VOC是亟待解决的问题。

    车用PP材料的VOC来源

    车用PP材料中VOC的来源较多,主要产生于PP聚合过程、加工过程及使用过程等几个方面。首先,在PP聚合过程中,不可避免残留的一些单体、低聚体,根据聚合工艺不同,添加的己烷、乙醇、庚烷等溶剂,合成过程中必需的主催化剂、助催化剂以及有些内给电子体、外给电子体,赋予PP某些特性的助剂、控制分子量所用的过氧化物,这些低分子化合物均会不同程度使PP材料含有一定的VOC。

    其次,在加工过程中(共混改性、挤出造粒和注塑加工等),PP材料在受热熔融过程中所发生的一定程度的降解,会产生一部分VOC。

    此外,添加的某些助剂的降解和填料中金属离子的催化,也会产生对人体有害的VOC。

    最后,PP分子链具有叔碳原子,在受到光、氧、热的作用下会不同程度的发生老化降解,这个过程也会释放大量挥发性有机物。可见,车用PP材料中VOC的来源复杂,PP组成不同其产生的VOC种类和含量均有较大差异。

    车用PP材料VOC的组成

    通常车用PP材料产生的V0C主要为大量的烷烃、烯烃和少量的醛酮类小分子化合物。另有研究发现,PP树脂产生的VOC除了含有烷烃、烯烃和酮类化合物外,还发现有少量的苯酚类化合物。研究人员进一步研究了VOC产生的机理。即烷烃主要是PP无规断链和低聚体的释放产生的;丙酮是PP氧化降解产生;苯酚是抗氧剂降解产生。其中,C6,C9,C12,C15,C18等3的倍数烃类化合物主要为低聚物产生,醛,酮;苯酚类小分子化合物主要为热氧化降解所致;C5,C7,C8,C10,C11,Cl3,Cl4等碳原子数不均一的烃类化合物则主要为热机械降解产生。

    车用PP材料VOC的控制

    聚合工艺的优化:利用可控流变法生产的PP树脂中VOC含量较高,故在工业生产中,选择氢调法生产工艺代替可控流变法成为降低PP树脂中VOC含量的主要方法之一。氢调法通过在聚合过程中添加氢气使PP分子链失去活性来终止分子链增长,从而得到高流动性PP树脂。该方法由于仅在聚合过程中添加氢气,因此不存在叔丁醇等小分子有机物。研究发现,氢调法生产的抗冲共聚PP树脂(K7726H)中的VOC含量较降解法生产的PP树脂中的VOC含量降低了76.5%(wt%)。

    助剂优化:助剂优化应从以下几个方面考虑:低浓度下的有效性和高效能;与基材的相容性好,对产品的最终性能影响小;对基材的理化指标无不良影响;热稳定性高、耐热性好;挥发性小,耐溶剂抽提性好,不与其他添加剂和助剂发生不良反应;无毒、无害、无异味、污染性小。

    吸附法:采用吸附法也可对PP中的VOC进行有效脱除。吸附法是指利用吸附剂捕获或吸附PP基体中残留的有机小分子达到控制VOC含量的要求。吸附法分为化学反应吸附和物理吸附两大类。化学反应吸附是指加入能与VOC反应的添加剂以生成相对分子质量较大、在正常使用环境下(如温度低于100 ℃)不会挥发的一种化合物或生成更易挥发的气体进而消除材料中原有VOC的方法。理论上物理吸附可对任何VOC进行吸附。因此,物理吸附方法适用于VOC含量较高的PP树脂。随着物理吸附剂的不断发展,现已出现了较多的物理吸附体系,包括活性炭、硅胶、金属氧化物、植物纤维、凹凸棒土等矿物土、分子筛和纳米粉末硅橡胶等。

    聚合物脱挥:从聚合物本体中脱除挥发性成分的方法称为脱挥。PP脱挥主要有聚合后期粉料的闪蒸脱挥和熔体脱挥。在加工过程中,挤出机脱挥是熔体脱挥最常用的方法。挤出机脱挥是利用双螺杆挤出机优良的输送、传热、混合和界面更新等特性配合多阶排气装置在合成、混炼、造粒的过程中完成对副产物的脱除,从而促进残留物的脱除。

本文来自:SELON聚赛龙
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