注塑溫度及衰減時間對改性聚丙烯注塑件氣味、VOC的影響

姜思維

(重慶化工職業(yè)學(xué)院，重慶401228)

0 引言

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車已經(jīng)由奢侈品變?yōu)榇蟊娀a(chǎn)品，消費(fèi)者對汽車的需求也從功能性轉(zhuǎn)化為舒適性，車內(nèi)空氣質(zhì)量成為消費(fèi)者關(guān)注的熱點(diǎn)之一。車內(nèi)空氣質(zhì)量主要通過會產(chǎn)生危害的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)含量以及消費(fèi)者對車內(nèi)氣味的主觀感受來評估。由于汽車內(nèi)飾零部件很多都是PP注塑件，如何降低PP注塑件的氣味和VOC，成為汽車零部件廠家重點(diǎn)研究的課題之一。

在PP的注塑加工過程中，由于機(jī)械力、熱、氧對材料的作用，PP的分子鏈斷裂產(chǎn)生烷基自由基，由于環(huán)境中氧的存在，這些烷基自由基通過鏈增長、鏈支化及鏈終止等反應(yīng)形成醛、酮、羧酸、酯、γ-內(nèi)酮、水等小分子物質(zhì)[1]，這些小分子物質(zhì)會對注塑件的氣味、VOC造成很大的影響。但小分子物質(zhì)在存儲過程中會隨著時間而衰減[2]。因此，通過對注塑溫度和衰減的研究，尋找小分子物質(zhì)產(chǎn)生和衰減的規(guī)律，對車內(nèi)空氣質(zhì)量的管控有著重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料和設(shè)備

金發(fā)科技股份有限公司某牌號PP；海天注塑機(jī)；AGILENT 7890A氣相色譜儀；AGILENT 1200液相色譜儀；10L氣味采樣袋；烘箱。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 氣味實(shí)驗(yàn)

將試驗(yàn)樣板放入容量1 L的氣味瓶中密閉，然后放入80℃烘箱中恒溫2 h。取出氣味瓶冷卻至室溫，然后由5個評價(jià)人員進(jìn)行氣味等級評價(jià)，取出現(xiàn)次數(shù)最多的等級作為最終結(jié)果(可以取兩個等級的中間值，如2.5級、3.5級)。

表1 氣味評判標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 VOC實(shí)驗(yàn)

首先對采樣袋空白背景樣品采集；然后將試驗(yàn)樣板放入容量10 L的采樣袋中，充入60%氮?dú)?，密閉后放入65℃烘箱中恒溫2 h。使用采樣泵和捕集管收集樣品，采用氣相色譜和液相色譜分別對揮發(fā)性有機(jī)組分和醛酮進(jìn)行測定。通過數(shù)據(jù)處理獲取常規(guī)VOC八項(xiàng)物質(zhì)的濃度[3]。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

1.3.1 方案一

分別選擇注塑溫度180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃，使用PP材料注塑100 mm×100 mm×3 mm的試驗(yàn)樣板若干。將制作好的樣板在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室(濕度：53%，溫度：23℃)中自然放置3天，然后測試氣味、VOC。

1.3.2 方案二

將230℃條件下制作好的樣板在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室(濕度：53%，溫度：23℃)放置3 d、5 d、7 d、10 d、15 d、20 d、30 d、60 d、90 d，然后測試氣味、VOC。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同注塑溫度對PP注塑件氣味、VOC的影響

如表2所示，對PP注塑件VOC八項(xiàng)物質(zhì)進(jìn)行檢測，主要檢出物為甲醛和乙醛，其它物質(zhì)由于含量較低無法檢出(ND)。造成該結(jié)果的原因是PP材料在高溫下會發(fā)生熱氧化降解，其主要產(chǎn)物為醛類小分子化合物。從圖1中可以看出，隨著注塑溫度升高，甲醛和乙醛含量增大，當(dāng)溫度高于210℃時，熱氧化降解加強(qiáng)，產(chǎn)生的醛類物質(zhì)開始大量增加。如表2所示，隨著注塑溫度升高，PP注塑件的氣味越來越大，主要為焦糊味，注塑溫度超過210℃后，焦糊味越來越濃，逐漸無法接受。所以在PP材料注塑加工過程中，把加工溫度控制在在210℃以下，有利于降低PP注塑件的氣味、VOC。

表2 不同注塑溫度PP注塑件的氣味、VOC測試結(jié)果

2.2 衰減時間對PP注塑件氣味、VOC的影響

如表3所示，PP注塑件氣味在第20天的時候強(qiáng)度降低，之后穩(wěn)定在2.5級，主要是由于殘存在PP注塑件表面的小分子物質(zhì)隨著時間延長逐步揮發(fā)，之后與空氣中的小分子達(dá)成平衡，在沒有高溫的作用下，趨于穩(wěn)定狀態(tài)。如圖2所示，隨著時間的延長，甲醛、乙醛含量逐步降低，在15～20 d的時候，殘留在PP注塑件表面的醛類物質(zhì)隨空氣流通揮發(fā)，然后是熱氧化降解的醛類物質(zhì)隨著時間的延長慢慢釋放，直至檢測不到。所以，在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室條件下，PP注塑件放置20 d，氣味、VOC可以達(dá)到一個較好的狀態(tài)。

圖1 甲醛、乙醛含量與注塑溫度的關(guān)系

表3 PP注塑件不同衰減時間的氣味、VOC測試結(jié)果

3 結(jié)論

綜上，降低PP注塑件的氣味、VOC，可以采用以下方法：

圖2 甲醛、乙醛含量與衰減時間的關(guān)系

1)采用低溫注塑，建議控制在210℃以內(nèi)。

2)通過延長零件放置時間，在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室條件下可放置20天，也可以通過提高存儲環(huán)境溫度加快揮發(fā)或增加通風(fēng)量加強(qiáng)空氣流通的方式加快小分子物質(zhì)的排出。

通過以上兩種方法，可以有效控制小分子物質(zhì)的產(chǎn)生，并及時排出產(chǎn)生的小分子，從而提升PP注塑件的氣味、VOC水平，改善車內(nèi)空氣質(zhì)量。