降低汽車內(nèi)飾件用聚氨酯材料VOC的措施

賈 洪

(哈爾濱合力特科技有限公司，哈爾濱 150001)

1 引言

據(jù)調(diào)查，在2017年1-10月，我國(guó)的汽車產(chǎn)量和銷量分別達(dá)到2 293萬(wàn)輛和2 292萬(wàn)輛，我國(guó)汽車人均保有量也在持續(xù)增加，年均以5%的速度增長(zhǎng)。與此同時(shí)，汽車工業(yè)也逐漸從傳統(tǒng)的燃油向新能源汽車方向發(fā)展和轉(zhuǎn)型，并且在智能聯(lián)網(wǎng)、新能源技術(shù)等領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。在汽車工業(yè)領(lǐng)域快速發(fā)展的同時(shí)，節(jié)能和環(huán)保問(wèn)題也逐漸被人們重視起來(lái)，在汽車上使用的節(jié)能環(huán)保材料越來(lái)越多。據(jù)調(diào)查，當(dāng)前每臺(tái)汽車上使用的非金屬材料已經(jīng)達(dá)到100～300 kg不等，有效節(jié)省了對(duì)金屬等材料的應(yīng)用。目前，汽車內(nèi)飾件中應(yīng)用最為廣泛的材料就是聚氨酯，該材料具有耐高溫、耐磨、通透性能好、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，其具體分為硬質(zhì)、半硬質(zhì)、軟質(zhì)聚氨酯材料，是當(dāng)前汽車內(nèi)飾件應(yīng)用的主流材料。但在聚氨酯材料大量應(yīng)用的同時(shí)也引發(fā)了一些問(wèn)題，比如揮發(fā)性有機(jī)化合物排放量的增加，也就是VOC。該類物質(zhì)會(huì)對(duì)駕駛?cè)撕统俗水a(chǎn)生一定的危害，被稱為“隱形殺手”。采取有效的方法來(lái)降低汽車內(nèi)部的VOC已經(jīng)成為社會(huì)各界普遍研究的重點(diǎn)課題之一。

2 世界各國(guó)對(duì)汽車內(nèi)飾件VOC材料的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)

目前，汽車生產(chǎn)過(guò)程中的內(nèi)飾材料大多采用聚氨酯材料，其中包括汽車方向盤材料、汽車座椅材料、汽車扶手材料、汽車密封條材料、汽車頂棚材料、汽車側(cè)板及門板材料等。據(jù)實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，目前每臺(tái)汽車應(yīng)用的聚氨酯材料大約在20～60 kg，我國(guó)汽車制造領(lǐng)域每年大概需要70萬(wàn)噸的聚氨酯材料。聚氨酯材料的應(yīng)用相比于傳統(tǒng)金屬材料具有一定的優(yōu)勢(shì)，但在廣泛應(yīng)用聚氨酯材料生產(chǎn)汽車內(nèi)飾件時(shí)也應(yīng)該將該材料釋放的VOC問(wèn)題重視起來(lái)，具體包括小分子的醛和苯、小分子非反應(yīng)型有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑以及聚合物多元醇中殘留的苯乙烯、丙烯腈等。如果這些有毒物質(zhì)一旦超出人類所能承受的標(biāo)準(zhǔn)，勢(shì)必會(huì)對(duì)人體造成一定危害。各國(guó)為了科學(xué)、合理、有效地控制VOC排放，相繼制定了符合本國(guó)汽車業(yè)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)。俄羅斯于1999年率先制定了限制汽車內(nèi)部污染物排放和評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，即通過(guò)《車輛車內(nèi)污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及方法》來(lái)科學(xué)控制汽車內(nèi)飾材料應(yīng)用過(guò)程中的污染物排放量。德國(guó)作為汽車生產(chǎn)大國(guó)也在2002年制定了關(guān)于VOC等物質(zhì)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，以此來(lái)有效控制汽車生產(chǎn)領(lǐng)域的VOC排放量。同樣，作為汽車生產(chǎn)大國(guó)的日本在2005年也發(fā)布了《小轎車車內(nèi)空氣污染治理指南》，該指南中明確規(guī)定了汽車內(nèi)部VOC的排放標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法，以推動(dòng)汽車生產(chǎn)商將VOC控制在科學(xué)健康的范圍內(nèi)。作為汽車制造領(lǐng)域后起之秀的韓國(guó)在2007年也對(duì)本國(guó)汽車制造業(yè)頒布了汽車內(nèi)部空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，同樣也對(duì)新車生產(chǎn)過(guò)程中VOC的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法做出了明確規(guī)定。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織也于2007年發(fā)布了VOC檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，但檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)限值尚未明確規(guī)定。目前，我國(guó)在汽車內(nèi)部VOC控制領(lǐng)域制定了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，第一個(gè)是車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測(cè)定方法；第二個(gè)是乘用車內(nèi)部空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南。同時(shí)，隨著時(shí)代的發(fā)展，又對(duì)兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了系統(tǒng)性修改，其中包括強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行力度，縮減了檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的限值，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的前后變化對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 車內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值前后對(duì)比Tab.1 Comparison of air quality standard limits before and after

3 降低汽車內(nèi)飾件用聚氨酯材料VOC的創(chuàng)新措施

各大汽車制造商相繼采取了相關(guān)措施來(lái)將VOC控制在合理范圍內(nèi)，其中包括創(chuàng)造新型材料來(lái)替代聚氨酯材料。2010年，陶氏汽車先在亞太市場(chǎng)推出了一項(xiàng)具有超低排放的新型泡沫材料PECFLEX，該材料更能凸顯出汽車內(nèi)飾的豪華、充實(shí)和美感，而且能夠?qū)OC降至最低，可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境的目的。同時(shí)，陶氏汽車公司也表示該新型材料在汽車內(nèi)飾中的應(yīng)用可以滿足當(dāng)前汽車領(lǐng)域最嚴(yán)格的VOC檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 科學(xué)選擇氣味低、VOC低的多元醇

聚醚多元醇這種物質(zhì)本身沒(méi)有刺激性氣味，但由于在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)加入一些助劑材料等副產(chǎn)品，于是就會(huì)產(chǎn)生具有氣味的揮發(fā)性物質(zhì)，這也是導(dǎo)致聚醚多元醇產(chǎn)生刺激性氣味的主要因素之一。這種氣味的主要成分包括丙烯氧基聚醚、過(guò)氧化物、抗氧劑、醛類物質(zhì)四種。要想有效降低多元醇中的VOC，就要不斷開(kāi)發(fā)新型的助劑材料，并不斷創(chuàng)新生產(chǎn)工藝。隨著多元醇制造技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新，各個(gè)多元醇制造企業(yè)相繼開(kāi)發(fā)了新型的聚醚助劑材料，其中包括雙金屬氰化物相關(guān)助劑、金屬卟啉配合物催化劑、磷腈鹽類催化劑、三(五氟苯基)硼烷，等等。將這些助劑應(yīng)用在多元醇材料中可以改變聚醚多元醇的分子分布情況，以降低有關(guān)聚醚多元醇材料刺激性氣味的生成和排放。如今，這些助劑已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)飾生產(chǎn)和家具生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。改進(jìn)處理工藝也是當(dāng)前多元醇生產(chǎn)應(yīng)用的主流方法之一。例如，在實(shí)踐中可以采用三硼烷來(lái)作為催化劑，并結(jié)合汽提、精餾、吸附等先進(jìn)的處理工藝來(lái)有效降低刺激性氣味的產(chǎn)生。還可以通過(guò)控制聚氨酯中環(huán)氧丙烷的含量以及改進(jìn)工藝參數(shù)來(lái)滿足聚氨酯材料VOC的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 大量應(yīng)用改性MDI來(lái)替代傳統(tǒng)的TDI

傳統(tǒng)汽車內(nèi)飾制造生產(chǎn)過(guò)程中一直廣泛采用TDI這種材料，也就是甲苯二異氰酸酯，但隨著科學(xué)的進(jìn)步，甲苯二異氰酸酯材料的性能和成本已經(jīng)不能滿足當(dāng)前汽車內(nèi)飾生產(chǎn)的需要，于是很多車企開(kāi)始選擇應(yīng)用MDI材料，既二苯基甲烷二異氰酸酯，與傳統(tǒng)材料相比，優(yōu)勢(shì)非常明顯，具有良好的發(fā)展前景，同時(shí)也有效降低了汽車內(nèi)飾件用聚氨酯材料的VOC。

3.3 選擇低揮發(fā)性的硅酮表面活性劑

硅酮表面活性劑是聚氨酯軟質(zhì)泡沫和模塑泡沫的關(guān)鍵助劑之一，但常用的硅酮表面活性劑均含有低相對(duì)分子質(zhì)量的硅氧烷，會(huì)增加泡沫的揮發(fā)性和VOC，因此，車企要將此問(wèn)題重視起來(lái)，不斷開(kāi)發(fā)和選擇揮發(fā)性較低的硅酮表面活性劑。