汽車內(nèi)飾件用麻纖維板VOC的探討

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(銅陵華源汽車內(nèi)飾材料有限責(zé)任公司，安徽銅陵 244000)

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汽車內(nèi)飾件用麻纖維板VOC的探討

談?wù)?，梅皓然，王艷紅

(銅陵華源汽車內(nèi)飾材料有限責(zé)任公司，安徽銅陵 244000)

隨著社會(huì)各界對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量關(guān)注度提高，政府主管部門對(duì)車內(nèi)VOC管控的力度加大，汽車制造廠商也在加大車內(nèi)空氣質(zhì)量改進(jìn)力度。車內(nèi)空氣質(zhì)量是由汽車內(nèi)各種內(nèi)飾件材料的VOC含量決定的。麻纖維板是一種使用廣泛、低VOC環(huán)保型汽車內(nèi)飾件材料，研究了天然麻纖維板VOC的來源，并提出減少麻纖維板VOC的主要方法。

車內(nèi)空氣質(zhì)量；汽車內(nèi)飾件；麻纖維板；VOC

0　引言

車內(nèi)空氣質(zhì)量直接影響人體健康，研究表明：來自內(nèi)飾零件的揮發(fā)性有機(jī)化合物(Volatile Organic Compounds, VOC)是影響車內(nèi)空氣質(zhì)量的主要原因之一。大多數(shù)內(nèi)飾零件中都含有一定量的揮發(fā)性有機(jī)化合物，它們主要是烷烴、烯烴、芳烴、乙醛或酮類的物質(zhì)，這些物質(zhì)的沸點(diǎn)通常在50～260 ℃的范圍之內(nèi)。當(dāng)氣溫達(dá)到一定高度時(shí)，這些揮發(fā)性物質(zhì)就會(huì)釋放出來，一方面會(huì)形成霧翳凝結(jié)在前擋風(fēng)玻璃上，從而影響駕駛員的視線；另一方面，這些揮發(fā)性物質(zhì)輕則使人頭疼、惡心，重則傷害人體的肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)[1]。

早在2011年10月，環(huán)保部和國家質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布了GB/T27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》，并于2012年3月1日正式實(shí)施。指南中明確規(guī)定了車內(nèi)空氣中苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛8種常見揮發(fā)性有機(jī)物濃度的限值，這是我國第一次對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量做評(píng)價(jià)的推薦性標(biāo)準(zhǔn)。

隨著社會(huì)各界對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量關(guān)注程度的不斷提高，相關(guān)政府主管部門對(duì)車內(nèi)VOC管控力度也在持續(xù)加大。2014年，工信部開展《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOC)控制技術(shù)政策》編制工作，用以明確整車、零部件、材料企業(yè)三方職責(zé)。

在2015年3月26日召開的2015第五屆車內(nèi)空氣質(zhì)量及禁限用物質(zhì)技術(shù)峰會(huì)上，專家、車企代表圍繞汽車車內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的修訂、車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOC)的改進(jìn)解決方案、低VOC材料替代技術(shù)展開深入的研討?，F(xiàn)行的推薦性《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》有望升級(jí)為國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，困擾消費(fèi)者多年的車內(nèi)空氣污染問題有望得到有效解決。

在這樣的背景下，汽車內(nèi)各種內(nèi)飾材料的VOC含量越來越受重視。麻纖維板作為一種使用廣泛的汽車內(nèi)飾件材料，對(duì)其VOC含量進(jìn)行研究有著重要意義。

1　車內(nèi)VOC的控制方法和VOC測(cè)試

車內(nèi)VOC的控制方法有兩種：方法一是從材料入手，適用研發(fā)用車型，方法是設(shè)定整車廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采購滿足VOC標(biāo)準(zhǔn)限值的材料，使整車滿足要求；方法二是從整車入手，適用已上市車型，方法是整車VOC→總成VOC→零部件VOC→材料VOC，逐級(jí)查找揮發(fā)源，再進(jìn)行材料或工藝更改，以達(dá)到目的。

VOC測(cè)試主要包括整車測(cè)試、總成零部件測(cè)試和材料測(cè)試，通過逐級(jí)控制的方法達(dá)到車內(nèi)有機(jī)揮發(fā)物的控制。整車VOC測(cè)試在HJ/T 400-2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測(cè)定方法》中有詳細(xì)的規(guī)定。汽車部件和材料的VOC測(cè)試有VDA法和袋子法[2]。

現(xiàn)階段，國家正式發(fā)布的只有《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》規(guī)定了車內(nèi)空氣中苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛8種揮發(fā)性有機(jī)物濃度的限值，見表1。

表1　車內(nèi)空氣中揮發(fā)性有機(jī)物濃度限值與危害　mg/m3

2　汽車內(nèi)飾用麻纖維板VOC的來源分析

麻纖維板是用天然黃麻纖維為增強(qiáng)劑對(duì)聚丙烯材料進(jìn)行增強(qiáng)的復(fù)合材料。麻纖維板產(chǎn)品所用原材料為丙綸纖維(聚丙烯纖維)、黃麻纖維、滌綸纖維和PE膜。麻纖維板用作汽車內(nèi)飾材料具有比重輕，強(qiáng)度高，可塑性好，阻燃性能好，高、低溫尺寸變化率低等優(yōu)點(diǎn)，不僅如此，還可在內(nèi)飾件廢棄后自然降解，不污染土壤環(huán)境，體現(xiàn)出優(yōu)異的環(huán)保優(yōu)勢(shì)，因而廣泛應(yīng)用在汽車內(nèi)飾結(jié)構(gòu)件中，如車頂篷、車門內(nèi)護(hù)板、轎車后擱物板、行李艙飾件以及客車空調(diào)風(fēng)道等。

2.1使用原料導(dǎo)致麻纖維板VOC的存在

麻纖維板的原材料主要有麻纖維、丙綸纖維和滌綸纖維。其中，麻纖維約45%，丙綸纖維占35%，滌綸和PE膜占比少量。從麻纖維板的原材料組成成分來看，麻纖維基本上無VOC釋放，VOC的主要來源為丙綸纖維和滌綸纖維。

2.1.1丙綸纖維VOC來源

要分析麻纖維板中丙綸(聚丙烯)短纖維的VOC的來源，就要對(duì)丙綸短纖維的整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行詳細(xì)的了解，包括單體丙烯的生產(chǎn)過程、聚丙烯樹脂的生產(chǎn)過程，以及聚丙烯樹脂加工成丙綸短纖維的過程[3]。

(1)煉廠催化裂化氣經(jīng)蒸餾除去C2和C4餾分，得到丙烯、丙烷餾分，再經(jīng)精餾得丙烯。

(2)石油烴類經(jīng)高溫裂解的產(chǎn)物，是乙烯生產(chǎn)的聯(lián)產(chǎn)品。

(3)丙烷脫氫。催化劑為氧化鉻、氧化鋁，反應(yīng)溫度635 ℃，丙烷轉(zhuǎn)化率54%，丙烯選擇性76%，回收率93%(分子比)。

(4)采用吸附膨脹脫附法，從吸附相得到高純丙烯產(chǎn)品。以工業(yè)丙烯為原料，粗純化后經(jīng)分子篩吸附劑選擇性吸附，對(duì)極性化合物和不飽和烴選擇吸附性強(qiáng)，在升溫解吸過程中，比丙烯難吸附的組分易入氣相餾出，然后從吸附相中得到高純丙烯產(chǎn)品。

其次，丙烯發(fā)生聚合反應(yīng)生產(chǎn)聚丙烯過程中產(chǎn)生VOC：(1)在PP基體合成過程中使用的催化劑體系或溶劑中含有一些烷烴類的化合物；(2)在PP基體進(jìn)行改性加工以及后續(xù)成型加工過程當(dāng)中，PP由于熱降解形成了低分子化合物，如酮類、醛類化合物；(3)改性PP材料中所添加的一些穩(wěn)定劑，如抗氧劑、光照助劑、抗靜電劑、色粉等，它們自身所攜帶的一些低分子有機(jī)物。

最后，聚丙烯粒子熔融后拉絲，生產(chǎn)丙綸纖維過程中產(chǎn)生VOC。(1)是高溫紡絲時(shí)聚丙烯發(fā)生降解的產(chǎn)物；(2)是空氣驟冷條件下熱聚丙烯熔體表面發(fā)生有氧降解的產(chǎn)物；(3)是聚丙烯原料中的添加劑在高溫下的揮發(fā)物。由于熔體在噴孔密集型分布的噴絲板噴出、冷卻成形時(shí)，低分子揮發(fā)物擴(kuò)散困難而吸附在絲束的表面[4]。

麻纖維板的VOC含量會(huì)隨著丙綸纖維含量的升高而升高，見圖1。

2.1.2滌綸纖維VOC來源

滌綸短纖維生產(chǎn)工藝與丙綸的相似，也有VOC存在，不過它在麻纖維板中的使用量較少，對(duì)麻纖維板的VOC含量影響較小。圖2為滌綸含量與麻纖維板VOC的關(guān)系。

2.1.3麻纖維VOC來源

麻作為一種天然纖維，其本身并不含有VOC，但是經(jīng)過高溫加熱后，麻纖維的木質(zhì)素和半纖維素也會(huì)分解出極少量的VOC，具體會(huì)在下面分析。PE膜在麻纖維板中的含量也很小，不再詳細(xì)分析，文中只著重分析丙綸纖維。

2.2聚丙烯材料中醛類、苯類等VOC物質(zhì)分析

麻纖維板中的聚丙烯材料的基本組成如下：PP基料+(增韌劑)+(填料)+熱氧穩(wěn)定劑+光穩(wěn)定劑+色粉。其中：PP基料為主要組成部分；增韌劑視部件對(duì)材料的要求按一定比例添加，目前聚丙烯的增韌劑通常為聚烯烴彈性體；填料視材料標(biāo)準(zhǔn)的要求按一定比例添加，目前主要為滑石粉；光穩(wěn)定劑目前聚丙烯中常用的為受阻胺類穩(wěn)定劑；熱氧穩(wěn)定劑目前通常為受阻酚抗氧劑與磷酸酯抗氧劑的復(fù)配體；色粉通常為無機(jī)色粉。

通常認(rèn)為聚丙烯材料的VOC問題從定性上來說，主要來源于以下幾個(gè)方面：(1)在PP樹脂基體合成過程中使用的催化劑體系或溶劑中含有一些烷烴類的化合物；(2)在PP樹脂基體進(jìn)行改性加工以及后續(xù)成型加工過程當(dāng)中，PP樹脂由于熱降解所形成的低分子化合物，如酯類、酮類、醛類、羧酸類化合物；(3)改性PP材料中所添加的一些穩(wěn)定劑，如抗氧劑、光照助劑、滑石粉、色粉等，它們自身所攜帶的一些低分子雜化物。

在聚丙烯均聚產(chǎn)品中，各種牌號(hào)主要是以其MI(熔融指數(shù))的不同加以區(qū)別的。用途不同，產(chǎn)品牌號(hào)也不同，相應(yīng)地要求不同規(guī)格的MI。同一牌號(hào)聚丙烯有一定的MI范圍。不同的MI要求有不同的加工溫度。如果MI相差很大的幾批產(chǎn)品混在一起加工，則會(huì)在加工過程中產(chǎn)生“魚眼”，即高M(jìn)I的樹脂已經(jīng)熔融，而低MI的樹脂沒有熔融，在制品中產(chǎn)生白點(diǎn)，這會(huì)使制品的質(zhì)量受到很大的影響，尤其是在抽絲紡制丙綸纖維時(shí)，魚眼的存在對(duì)成絲性能和丙綸纖維的質(zhì)量影響更大。因此要求PP樹脂的MI穩(wěn)定、可控，以保證產(chǎn)品良好的加工性能和制品質(zhì)量。PP聚丙烯材料在內(nèi)飾上的應(yīng)用量非常大，是VOC管控的重點(diǎn)對(duì)象。PP材料中的VOC主要來源于聚丙烯樹脂合成過程中的游離單體、殘余溶劑、添加劑，并且受到材料改性和加工工藝的影響。不同牌號(hào)產(chǎn)品，由于工藝過程不同，其VOC含量不同，經(jīng)檢測(cè)用于生產(chǎn)丙綸纖維的牌號(hào)為T30S的聚丙烯粒子的總碳排放值為0.42 μg/g，大于抗靜電處理的Z30S牌號(hào)聚丙烯粒子的總碳排放值0.38 μg/g。

2.3丙綸油劑的VOC物質(zhì)來源分析

丙綸纖維(聚丙烯)質(zhì)地輕、強(qiáng)度大、彈性好、耐磨，在我國的應(yīng)用迅速擴(kuò)大。但由于丙綸分子結(jié)構(gòu)中沒有極性基團(tuán)，其吸濕性小，導(dǎo)電性差，結(jié)構(gòu)緊密，摩擦因數(shù)大且本身不含脂肪類物質(zhì)，因此在紡絲后續(xù)加工過程中絲條易滑落、散亂，造成毛絲、廢絲。這就需要在紡絲和卷繞筒管之間用油劑處理，在其表面形成一層油膜，改善纖維平滑性，降低絲束的摩擦因數(shù)，增強(qiáng)可紡性，提高紡絲效率，保護(hù)纖維的質(zhì)量。

丙綸油劑配方由多種組分組成，主要有平滑劑、抗靜電劑、乳化劑以及其他少量助劑，主要采用表面活性劑類產(chǎn)品。目前，國內(nèi)丙綸紡絲油劑所用平滑劑主要是脂肪酸酯類平滑劑。根據(jù)分子中與長(zhǎng)鏈烷基相連接的極性基的電荷性質(zhì)，抗靜電劑大致上可分為陰離子型、陽離子型、非離子型和兩性表面活性劑。一般說來，抗靜電效果最好的是陽離子型和兩性型，陰離子型次之，非離子型抗靜電最差?？紤]到成本因素，目前使用較為廣泛的抗靜電劑是脂肪醇磷酸酯(鹽)和醇醚磷酸酯(鹽)類抗靜電劑。由于紡絲油劑使用時(shí)經(jīng)常是水包油型的懸浮液，所以必須加入乳化劑。乳化劑的作用，在于將油劑中的各單體表面活性劑通過物理化學(xué)過程達(dá)到平衡，使油劑成為均一、透明、穩(wěn)定的油狀溶液，并在油劑使用時(shí)能成為均勻、透明、穩(wěn)定的乳狀液。在選擇乳化劑時(shí)，需要考慮其與配方中其他成分的配伍作用。

聚丙烯材料中VOC物質(zhì)的分析，對(duì)于國內(nèi)工廠而言，由于條件的欠缺，要想做一全面分析比較困難。但目前的分析手段比較成熟，可以采用紅外及GC-MS兩種分析方法對(duì)材料中的各種VOC組分分別進(jìn)行定性及定量分析。通過這種分析，對(duì)原材料中各組分的初始狀態(tài)、改性共混加工對(duì)VOC的影響以及后續(xù)成型加工對(duì)VOC的影響均可以有一個(gè)徹底了解，從而為更為合理控制VOC物質(zhì)提供實(shí)踐上的支持。

2.4加熱環(huán)節(jié)導(dǎo)致麻纖維板原料分解出VOC

麻纖維板的加工過程首先要對(duì)原材料進(jìn)行混合、開松、梳理、鋪網(wǎng)、針刺固結(jié)、分切、熱壓、冷卻定型等。在這一流程中，熱壓過程中的高溫加熱會(huì)導(dǎo)致麻纖維板中的化學(xué)纖維和麻纖維分解出VOC。

壓制麻纖維板要經(jīng)過加熱壓制和冷卻壓制定型兩道工序。加熱壓制時(shí)溫度為(220±20) ℃，壓制時(shí)間一般不會(huì)少于2 min。在這一過程中，化學(xué)纖維中的不穩(wěn)定物質(zhì)會(huì)釋放出不同種類的易揮發(fā)有機(jī)物，如丙綸能夠釋放出以長(zhǎng)碳鏈的烷烴為主，包括醛、酮、醇等小分子物質(zhì)的多種VOC。

麻纖維中含有10%～13%的木質(zhì)素，含有14%～17%的半纖維素。

在麻纖維板加工過程中，經(jīng)對(duì)麻纖維加熱，麻纖維中附著夾帶的木質(zhì)素會(huì)釋放出極少量的苯系物質(zhì)；附著夾帶的半纖維素會(huì)釋放出少量的醛類物質(zhì)[5]。

麻纖維的熱壓加工過程中，減少產(chǎn)品中苯類、醛類物質(zhì)存在，對(duì)麻纖維板VOC的減少有積極作用。

3　減少麻纖維板VOC的主要方法

3.1原材料選擇

原材料是麻纖維板中VOC的主要來源，因此要控制麻纖維板VOC含量，就必須選擇質(zhì)量穩(wěn)定、VOC含量低的原材料。

3.1.1選擇合適的丙綸短纖維和滌綸短纖維。

丙綸短纖維中VOC的來源，前面已經(jīng)分析過。想要獲得較低VOC含量的丙綸短纖維：(1)選擇合適牌號(hào)的PP樹脂；(2)選擇合適的油劑與添加劑，以減少VOC的產(chǎn)生：(3)可以采用稍低的紡絲溫度和較高的冷卻速度工藝，以減少聚丙烯的降解和添加劑的揮發(fā)，并通過加快揮發(fā)物的擴(kuò)散速度，減少揮發(fā)物在纖維表面的吸附；(4)對(duì)丙綸纖維進(jìn)行VOC檢測(cè)，保證所用丙綸纖維符合要求。

滌綸的選擇與丙綸基本相同。

3.1.2麻纖維的選擇

麻纖維其本身是天然纖維，其VOC成分極低，但其所附帶夾雜的木質(zhì)素和半纖維素含有極少量的苯類和醛類物質(zhì)，使用時(shí)必須加以控制。選用深度發(fā)酵漚制的麻纖維，這樣的麻纖維經(jīng)水洗后，附帶夾雜的木質(zhì)素和半纖維含量少，有利減少VOC。發(fā)酵漚制后，麻纖維要經(jīng)水充分的洗滌，減少木質(zhì)素、半纖維素的含量，從而減少VOC。

表2所示的是某規(guī)格麻纖維板所用的原材料VOC檢測(cè)結(jié)果(袋子法)。

表2　　　　某規(guī)格麻纖維板所用的

備注：ND表示未檢出

從表2中可以看出：丙綸、滌綸、麻都含有一定的揮發(fā)性有機(jī)物，其中丙綸、滌綸含量相對(duì)較多。并且乙苯、苯乙烯含量相比之下略高，但在后續(xù)的加工過程中會(huì)散發(fā)出大部分，這在下面將具體介紹。

3.2麻纖維板生產(chǎn)中使VOC充分揮發(fā)

麻纖維板生產(chǎn)過程中，各種原材料所含有的VOC，特別是一些易揮發(fā)性有機(jī)物(VVOC)會(huì)在“熱壓”工序加熱時(shí)，得到較為充分的揮發(fā)。

前面在分析麻纖維附帶的木質(zhì)素和半纖維素在制造過程中加熱壓制，原材料會(huì)分解出一些VOC。分解的VOC在高溫加熱時(shí)，同樣也得到很大程度的揮發(fā)。從表3中的VOC檢測(cè)結(jié)果可以看出麻纖維板所用的原料加工前后VOC值的關(guān)系。

表3　某規(guī)格麻纖維板的VOC檢測(cè)結(jié)果　μg·m-3

備注：ND表示未檢出

從表3可以看出：麻纖維板中需要控制的揮發(fā)性物質(zhì)中，僅有甲醛含量有所提高，苯類、醛類很多都是未檢出，可揮發(fā)性有機(jī)物總量滿足《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)部分出現(xiàn)在原材料中的揮發(fā)性有機(jī)物經(jīng)過生產(chǎn)加工基本上都揮發(fā)掉了。由此可見，麻纖維板中的VOC是可以在生產(chǎn)中進(jìn)行控制的。

3.3麻纖維板的儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中避免VOC的吸附

麻纖維板產(chǎn)品VOC的控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，除了在原材料選擇、生產(chǎn)過程中控制以外，對(duì)原材料和麻纖維產(chǎn)品的儲(chǔ)存和運(yùn)輸環(huán)節(jié)也要加以控制。

麻纖維板中的麻纖維對(duì)環(huán)境中氣味具有很強(qiáng)的吸附性，為了控制好麻板VOC，應(yīng)對(duì)麻纖維以及麻纖維板產(chǎn)品儲(chǔ)存環(huán)境進(jìn)行控制，避免與易揮發(fā)的化工產(chǎn)品、有異味的物質(zhì)存放在同一環(huán)境中。

麻纖維以及麻纖維板在運(yùn)輸過程中應(yīng)避免被外界易揮發(fā)性或有異味的物質(zhì)影響和污染，適當(dāng)延長(zhǎng)產(chǎn)品存放時(shí)間、做好產(chǎn)品的通風(fēng)工作以降低VOC濃度。

4　結(jié)束語

麻纖維是一種環(huán)保性能優(yōu)異的汽車內(nèi)飾材料，其VOC水平

達(dá)到GMW15634、GMW15635標(biāo)準(zhǔn)的要求?？刂坪寐槔w維板VOC，關(guān)鍵在PP粒子選擇、乳化油的選用，同時(shí)做好麻纖維與麻纖維板產(chǎn)品在儲(chǔ)存與運(yùn)輸過程中的防護(hù)。

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Discussion on VOC Natural Hemp Fiber Board Used In Automotive Interior Decoration Parts

TAN Zheng，MEI Haoran，WANG Yanhong

(Tongling Huayuan Automotive Interior Decoration Material Co., Ltd., Tongling Anhui 244000, China)

Along with continuously more attention to air quality in car paid from various circles of society, efforts are increased to control the car interior VOC from government desect1ments in charge, and car manufacturers have also paid more efforts to improve air quality in car. Air quality in car is decided by the content of VOC from all kinds of interior decoration materials in car. As a kind of widely used, low VOC environment-friendly automotive interior decoration material, the source of natural fiber board VOC was studied, and the main methods for how to reduce VOC were proposed.

Air quality in car; Automotive interior decoration sect1s; Hemp fiber board; VOC

2015-05-11

談?wù)?1979—)，男，回族，碩士，從事麻纖維板及汽車內(nèi)飾件的研發(fā)。E-mail：tz29@163.com。