低 VOC 材料在机动车零部件中的技术改进方法研究

低 VOC 材料在机动车零部件中的技术改进方法研究

机动车零部件非金属材料主要包括塑料，发泡，皮革，涂料，胶黏剂及橡胶等，其本身均会对车内空气质量性能有所影响，下面是针对此原材料的 VOC 性能改进技术进行阐述：

1.塑料

汽车上塑料材料的使用量在某种程度上是评价一个国家汽车工业水平的重要标志之一。近30 年来，汽车上塑料的使用量在逐渐增加，应用于汽车内饰零部件的塑料材料性能也在逐渐改善。为了在不改变塑料原有性能的基础上降低内饰VOC 排放，国内外企业，研究主要从事以下几个方面的研究：

1.1 新型环保材料

免喷涂塑料：由于省却了表面预处理，喷漆，干燥及固化等工序，一次注塑即为最终产品，降低成本约 40%，同时不合格率低，表现出较好的低 VOC 性能，因此喷涂塑料一开始就得到各车企的青睐。但要是用高光免喷涂项目成功需要满足几方面的要求,包括：高光泽，刮擦性，耐候性等原材料的选择，对模具浇口，排气，表面抛光及结构等设计，全新开发色彩，以替代喷漆件效果等。

改性低 VOC 塑料：之前汽车的内饰零部件多使用 PVC，PUR 等通用塑料，如现今仪表板总成，车门内装饰板总成及座椅总成中的 PVC 塑料已逐渐被 PP,PC等塑料所取代，门内手柄及物品箱及其它内饰非金属零部件也开始使用改性的低VOC，低气味 PP，改性的低 VOC，低气味的 ABS，及改性的低 VOC,低气味 PPO 等材料。

1.2 新型环保塑料

生物塑料：以原生态植物作为原材料，如甘蔗等，而非采用石油产物，这种生物塑料可被分解，更为环保。而其自身的低毒害性质，会大大降低车内 VOC的排放量。

化学自毁塑料：在塑料产品上喷洒一种特制试剂，使材料与实际中的有效成分发生化学反应，使塑料逐渐 被溶解并转化为可以被水冲洗的无害物质，这种塑料对原材料，生产工艺，添加剂等有着严格的限值和要求，为了尽可能将塑料转化为无害物质，塑料本身必须具有低的 VOC 含量。

无极纳米复合材料：将有机聚合物基体与纳米无机分散组成强度高，耐热性好及抗紫外线辐射的内饰塑料，由于其中添加了无毒无害且化学性能稳定的无机纳米材料，在很大程度上减少了塑料自身剩余的 VOC，可以从根源上解决塑料的VOC 释放问题。

2.传统塑料材料

2.1 丙烯(PP)材料

PP 材料具备良好的刚性、耐热及耐冲击性,且容易加工和回收再利用。在汽车上应用非常广泛,大约占塑料用量的 30%,尤其是 PP 泡沫材料,在吸音隔音的装饰等方面有着突出作用,主要应用于前围隔音隔热整、地毯垫块等。现阶段,主要通过以下两个方面进行 VOC 性能提升。

a.添加活性炭及多孔氧化铝等多孔材料,尤其是一类多孔铝硅酸盐无机材料，这种材料对低分子的有机具有非常强的吸附能力,且在较高温度条件下仍不会解吸,因此可使材料中总挥发性有机物的含量达到标准要求

b.采用自然和真空脱挥相结合的形式,采用专业的设备和适当的工艺在 PP 改性过程和注塑前中进行脱挥处理。虽然使用此种脱挥方式效率有很大提高,但是成本也会相应的提高。

2.2 丙烯青-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）材料

ABS 是五大合成树脂之一,具备优良的抗冲击、耐热,耐低温及电气性能且易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好,主要用于制作汽车仪表板、车身外板内装饰板、方向盘、隔音板等部件,其用量已经接近型料总用量的 8%。由于 ABS 树脂是由丙烯晴、丁二烯、苯乙烯共聚而成,未完全反映的苯乙烯会残留在 ABS 树脂内,受热会挥发出来。此外,为了改进 ABS 树脂的性能,常常会与 PC、PVC 等制成塑料合金,相容剂、稳定剂等的引入,也会增加 ABS 树脂 VOC 的含量。现阶段,主要通过以下两个方面进行 VOC 性能提升：

a.采用乳液接枝一本体 SAN 混合法与连续本体聚合法制备 ABS 树脂。乳液接枝一本体 SAN 混合法资金投入少、化学反应易于控制、最重要的是产品中杂质含量少、反应残留少,是现今行业内使用的主要合成方法。连续本体聚合法具备生产成本低、产品纯度高、工艺流程短等优点,是非常具有前景的生产工艺。

b.采用 VOC 含量相对较少的 ABS 材料和时热添加剂,在生产过程中,使用大分子的相容剂

2.3 聚甲醛（POM）材料

聚甲醛是没有侧链的高密度，高结晶性的线型高分子聚合物,具备非常高的强度和刚度,且非常坚韧,案甲橙磨擦系数小,耐磨耗,具有良好的耐膈蚀和自润滑和抗变性能,特别是它还具有突出的劳性能,以及优良的水性和低吸水率,主要使用在汽车安全带扣、门把手及叭罩等。加工成型时,聚甲醛中残留或者新产生的不稳定部分极易分解产生甲醛，现阶段主要通过以下两个方面进行 VOC 性能提升：

a：降低料粒中残留的甲醛单体，降低分子中的不稳定成分

b：在混料时添加甲醛吸收剂，此吸收剂可在注塑，回料再生使用等时可以吸收材料释放出的甲醛。

2.4 聚碳酸酯（PC）

聚碳酸酯是一类分子链中含有碳酸酯的高分子聚合物的总称，其具有无味，五毒且透明的特性，并具备良好的抗冲击性能，耐蠕变性能，耐热性及耐老化性能。主要应用在汽车内饰开关面板，装饰条等部位。PC 聚合反应残留较少，但是采用酯交换法生产的 PC 中不可避免的会有苯酚的残留。此外，PC 一般较纯净，现阶段主要通过以下两个方面进行 VOC 性能提升；

a：使用沉析法及后处理工艺去除 PC 中残留的物质，即将沉析与蒸发相结合，在联合排气式挤出机的路线，以逆流的方式在汽提塔中除去沸点相对较低的二氯甲烷，再通过薄膜蒸发得到纯度大于 80%的聚碳酸酯-甲苯的混合物，之后再将此混合物直接送入排气式挤出机脱去残留的甲苯，制得的 PC 纯度高，甲苯含量少。

b：使用超临界流体法，超临界 CO2 具备气体优异的扩散性能和液体良好的溶解能力，是苯酚的优良溶剂，对于双酚 A 与碳酸二苯酯反应所生成的副产物苯酚,超临界 CO2 能非常有效地将其分散到 PC 中去,从而减少有机物的排放。

3 皮革材料

3.1 PVC 革

PVC 是一种一个氯原子取代了聚乙烯的一个氢原子的高分子聚合物。是氯乙烯在链引发剂的作用下聚合而成的树脂。PVC 是目前世界上生产量最大的工程塑料之一，其价格低，应用广。主要使用于座椅面套，门板，仪表板等汽车内饰件。现阶段，主要通过以下两个方面进行 VOC 性能提升：

a：热稳定剂选择，PVC 在生产过程中如果不添加热稳定剂，其分子就会很容易降解成为小分子的挥发性有害物质，所以必须通过添加热稳定剂来抑制 PVC的分解，对于稳定剂的选择，主要包括以下改进建议：

透明制品：不使用铅盐，一般采用除 Pb，Ca 以外的金属皂类，有机锡，锑及稀土稳定剂等。

不透明制品：可采用高性能亚磷酸酯，有机弱酸稀土盐及水滑石等作为热稳定剂。

同时在生产高密度 PVC 时，使用升温聚合法，提升聚合釜的生产能力，缩短聚合时间，从而促进聚合反应充分。

3.2 真皮

理论上讲，醛类物质可应用在皮革生产的每一个阶段，但是皮革中大多数醛类物质产生于皮革的鞣制，复揉中。如果在皮革的生产过程中，皮革的甲醛含量会升高，若采用植物糅剂则不会导致皮革中的醛类物质增加。除此之外，甲醛还会同其它醛酮类物质混合使用，这会导致皮革中的醛类物质含量大大增多。皮革生产厂家在生产皮革时，需要对其供应商所提供的化工材料的性能有充分了解，使用低 VOC,低气味的绿色环保产品。

3.3 PU 发泡材料

PU 发泡在汽车软饰制品中占有重要的地位。由于聚氨酯材料具有产品设计自由度高，机械性能优异及可再生使用等优点而在汽车上广泛使用。聚氨酯主要应用于顶衬总成，遮阳板总成，转向盘填充剂，座椅发泡等。目前大量被使用的聚氨酯仍以溶剂型为主，固化过程中有机溶剂会挥发产生甲醛，甲苯等挥发性有害物质。现阶段主要通过以下两个方面进行 VOC 性能提升；

a.研发生物基多元醇，用于替代现有的石油基聚醚多元醇。生物基聚氨酯的循环再使用率，有机物释放量均优于石油基聚氨酯。美国重点研发的大豆油基多元醇，福特汽车已经成功研发出大豆油基的聚氨酯泡沫和橡胶，用于座椅发泡和密封件等。

b．开发水性聚氨酯材料，水性聚氨酯是以水作为介质，不含 VOC 和游离的二异氰酸酯单体，可减少挥发物含量，且使用方便。此材料的综合性能与溶剂型接近，广泛使用于固色剂，胶黏剂及涂饰剂等。

C．扩展热塑性聚氨酯弹性体的使用范围，聚氨酯弹性体具备良好的物理，化学及加工性能，其内部含有的挥发性有机组分少，已经在汽车行业得到广泛应用。

4 胶黏剂

胶黏剂有称为黏合剂，它是将两种材料黏结在一起，或填补零部件裂纹，孔洞等缺陷的材料。胶黏剂具备较强的粘接强度和优异的耐水，耐油等性能，用来修复零部件具有工艺简单，连接可靠，成本低，不会使零部件引起变形和组织发生变化等优点。因此，在汽车上得到广泛的应用。胶黏剂是由黏性基料与添加剂混合而成，具体如下

a 黏性基料是胶黏剂的最主要成分，它对其性能起决定性作用，因此，必须具备足够的黏附力和优异的耐热性，抗老化性等。常用的基料主要包括环氧树脂，酚醛树脂及丁渟橡胶等。

b 添加剂的种类很多，它们是根据胶黏剂性能和使用要求来选择的，常用的添加剂主要包括固化剂，硫化剂，增塑剂，稀释剂，填料等。人们最常熟悉的是环氧树脂胶黏剂，在环氧树脂中加入固定剂，增速剂，填充剂及稀释剂等后才可使用。

汽车内饰零部件所使用的胶黏剂多为溶剂型的，这些胶黏剂在使用过程中由于溶剂挥发等原因会挥发出甲醛，甲苯及二甲苯等挥发性有机物。比如在生产顶衬，地毯及吸音棉等的过程中需要使用酚醛树脂胶。而酚醛树脂的合成原料是甲醛和苯酚，如果不能完全反应，粘结剂中会含有残留的游离甲醛，其在车辆使用过程中就会释放出来，故需要改进现有工艺或材料来降低胶黏剂中甲醛含量，其它物质的挥发原理也类似，目前，胶黏剂的发展趋势如下所示：

4.1 热熔胶

热熔胶是一种绿色的环保胶黏剂，其在常温下为固态，但加热到一定温度后即化为液态流体，是近些年国际上研发和使用较快的新型胶黏剂。因为在使用过程中无溶剂挥发，因此不会产生小分子挥发性有机物，具有低 VOC 甚至不含 VOC的特性。

4.2 无溶剂型胶

又称为反应型胶，是把可发生化学反应的两种物质分别涂布在许黏合的材料表面上，再在一定条件下两种物质紧密接触即可进行化学反应从而达到粘结的目的。我国已开发出以低分子质量聚异丁烯类聚合物为主体，再配以多种添加剂而得到的一种新型单组分无溶剂型密封胶，此胶成本低，易施工且具备优异的耐候和永久黏接性能。由于无溶剂胶在使用过程中无溶剂挥发，因此在使用时不会有有害的挥发性有机物释放。

4.2.1 水性胶黏剂

水性胶黏剂是以水作为稀释剂的胶黏剂,其又分成水溶型、水乳型及水分散型胶黏剂。水性胶黏剂的优点有:绿色环保、无毒无害、不可燃、固体组分含量高,使用现有的设备容易清洗。如水性丙酸酯胶黏剂

4.2.2 无机胶黏剂

无机胶黏剂是由无机盐、无机酸、无机碱及金属氧化物等组成的一类胶黏剂，是一种新型胶黏剂,具有优异的耐高低温性能和良好的耐油性。无机胶黏剂的优点是:价格便宜、耐老化、黏结强度高、操作方便且可常温固化,无机胶粘剂一般是水溶性的，绿色环保，毒性小，不燃烧,由于其原料为无机材料,不包含有机高分子或小分子物质，故其并不存在挥发性有机化合物，更不会释放 VOCs。

4.2.3 天然胶和改性天然胶

此胶黏剂原料容易得到,生产工艺简单,使用方便,多为水溶性,且多数无毒无害,但性能一段,在性能要求不高的情况下可以使用。此种胶类型较多,可分为植物、动物、海洋生物及矿物胶黏剂等。由于采用原生态的植物为原料,且其本身为低毒低害低 VOC 的,所以用这些原料生产出的胶黏剂也是低毒低害低 VOC 的。