Automobile Technology & Material
Preparation and Application of Interior Materials with Low VOC Content Polyvinyl Chloride
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