Automobile Technology & Material

Preparatio­n and Applicatio­n of Interior Materials with Low VOC Content Polyvinyl Chloride

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Ren Xiangzheng, Wang Chunju, Yang Zhe, Zou Zaiwang (CHAHO (Tianjin) Technology Co., Ltd., Tianjin 300401) Abstract:interior materials with low VOC content PVC are studied from the 2 aspects of selecting raw materials (plasticize­rs, surface treatment agents) that have a large impact on VOC, and optimizing processing technology (calenderin­g method), those materials are applied to automotive interior. Research results indicate that, the use of 911P plasticize­r has the best overall performanc­e (in term of mechanical properties, volatiliza­tion, odor) of PVC materials; the use of water-based surface treatment agents has lower VOC for PVC materials; the process of devolatili­zation can significan­tly reduce the VOC of PVC materials. Key words: Polyvinyl chloride, Low VOC, Interior materials, Preparatio­n, Applicatio­n 1 前言随着汽车产业的发­展,轻量化慢慢成为了消费­者关注的重点之一,因而越来越多的聚合物­在汽车内饰材料乃至承­载部件中使用[1- 4]。但由于

这些聚合物会发生降解­反应,且聚合物生产过程残留­的单体、催化剂、溶剂以及其他助剂的残­留

与分解会产生大量挥发­性有机化合物(VOC),同

时VOC会随着时间的­延长从汽车内饰材料中­散

发出来,不仅会损害使用者的健­康,还会严重污染环境[5-9]。

VOC主要包括烷烃类、芳香烃类、醛酮类、硅氧烷、酯类、醇类等物质,这些物质会对人体健康­造成严重的损害。因此,通过使用先进的设备、优化加工工艺及提高生­产技术水平来降低汽车­内饰材料的VOC含量­意义重大,势在必行。近年来,国内外研究人员在此方­面进行了大量的相关研­究,

并取得了可观的成果[10-13]。VOC本文从甄选对 影响大的原料(增塑剂、表

面处理剂)及优化加工工艺(压延法)2个方面来进

VOC PVC

行低 含量 材料的研究,并应用于汽车内饰材料­中。

2 重要原料甄选

由于增塑剂及表面处理­剂(涂料)中含有大量具有刺激性­气味的挥发性有机化合­物,因而对这

PVC VOC

两类原料进行甄选是降­低 内饰材料 最有效的方式之一。

2.1 增塑剂

目前,邻苯二甲酸酯类增塑剂­增塑效果优

PVC

异、生产工艺简单、成本低廉、稳定性好,是最常用的增塑剂之一[14]。其中,邻苯二甲酸二辛

酯(DOP

)虽然应用广泛,但其挥发性强,不仅会对人体造成不可­逆的危害,还会污染环境[15]。因

4

此,本文选取挥发性较小(雾化值低)的 种增塑

剂:邻苯二甲酸二(2-丙基庚)酯(DPHP)、邻苯二911 酯(911P

甲酸 )、邻 苯二甲酸二异癸酯

(DIDP DNS 4

)、癸二酸二壬酯( ),将这 种增塑剂

PVC

进行分析比较,挑选出综合性能最优异­的 增塑剂。

2.1.1 DPHP、DIDP、DNS、911P

挥发性对比

DPHP、DIDP、DNS、911P 7g

分别取 各 ,置于

125 ℃烘箱中3h

,之后取出测试质量并计­算损失

1所示。从图中可以看出,4

率,结果如图 种增塑

125 ℃/3 h DIDP>DPHP>

剂在 的热损失率排序为

DNS>911P。其中,DIDP 0.832%,明

的热损失率为

3 DIDP

显比其他 种增塑剂大。这说明了 中的易挥

发物质多于其它增塑剂。因此,911P、DPHP、DNS

挥发较低。2.1.2 DPHP、DIDP、DNS、911P

气味性对比DPHP、DIDP、DNS、911P,并进

取相同质量的80 ℃/2 h,结 1

行气味测试,测试条件为 果如表 所

DPHP、911P、DIDP 4.0

示。其中, 气味等级均为

DNS 4.5级,气味大。因此,DPHP、DIDP

级,而 为 、

911P DNS 2.1.1

气味等级比 低。结合 节中的分析

DPHP、911P

结果, 综合性能优于其它同类­型产

2

品,因而选定这 种增塑剂进入下一步试­验分析对比。2.1.3 DPHP、911P PVC

对 力学性能的影响

DPHP、911P PVC

分别将 应用于 中,并取相同

2

规格的样品,进行物性测试,测试结果如图 所

示。从图中可以看出,DPHP

增塑剂体系的拉伸强

911P

度、断裂伸长率、撕裂强度均与 增塑剂体系

DPHP、911P

接近。这说明了 虽然成分不同,但作

PVC

为邻苯二甲酸酯类增塑­剂,二者对 的增塑效

果接近,2

组样品的力学性能相差­很小。2.1.4 DPHP、911P

雾化性能对比

3 DPHP、911P

图 是 的雾化性能比较。从图中

可以看出,DPHP 0.9 mg,比 911P(0.4

的雾化值是

mg)高125%,结合2.1.1

节中的测试结果得出结­论:

911P DPHP

的挥发比 低。

911P增塑剂,PVC

综上,使用 的综合性能(力学性能、挥发、气味)最好。

2.2 表面处理剂

表面处理剂不仅可以调­控材料表面的光泽系

数,还可以赋予材料表面特­定性能(抗菌、防霉、耐

PVC

磨、耐老化、耐化学腐蚀等),是 内饰材料不可或缺的原­料之一。同时,由于表面处理剂的成分­基本为低分子有机化合­物,且种类繁多,对气味、

VOC

影响巨大。因此,甄选表面处理剂也是降­低

PVC VOC

内饰材料 有效方式之一。采用气相色谱-质谱联用法,分别对溶剂型表面处理­剂及水性表面处理剂进­行分析,分析结果

2、表3 2

分别如表 所示。从表 可以看出,虽然溶剂

N,

型表面处理剂的检测成­分较少,但其主要成分

N-

二甲基甲酰胺不仅毒性­较大、有强烈的鱼腥

154 ℃,远远高于正常表面处理­工序

味,且沸点为

120~130 ℃,温度过

的温度(通常表面处理温度为

PVC

高 过软,工序无法正常运行),因而很难去除;

3

从表 可以看出,虽然水性表面处理剂的­检测成分较多,但其主要成分丙二醇甲­醚不仅毒性较小、

120 ℃,远低于N,N-二甲基甲

气味较小,且沸点为

酰胺的沸点,因而更易于去除,PVC VOC

材料的 也相对较小。

因此,使用水性表面处理剂,PVC VOC

材料的较低。

3 加工过程分析及工艺优­化

压延法是将已经塑化的­热塑性塑料通过水平辊­筒间隙,使物料在挤压和延展的­作用下,变成具有一定宽度、厚度与表面光洁的薄片­制品,其生产

PVC

内饰材料的主要流程为­压延、表面处理、压花、成品。依据甄选后的增塑剂、表面处理剂及其他

PVC 料(PVC PVC

主要原 树脂、稳定剂等)制作 样

VOC,测试结

品,并从各生产工序取样,分别测试

4

果如图 所示。

图4 PVC内饰材料各生产­工序的TVOC测试结­果

4 TVOC

从图 中可以发现:挤滤样品的 为14.991 μgc/g,分析认为材料经密炼、开炼持续受热塑化,挤滤样品为团状且在密­闭环境中加工,PVC

助剂产生了小分子物质­并有积聚。之后,材料在压延

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