頂棚總成醛類揮發(fā)性能改善的研究

孔俊，胡雋雋，單丹丹，鄧俊杰，程健

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

前言

隨著生活水平的提高，私家車越來越成為人們生活中必不可少的一部分，據(jù)統(tǒng)計(jì)至2017年年底，中國汽車車保有量達(dá)到2.17億輛，平均每6個(gè)人擁有一輛汽車。隨著汽車的普及，人們?cè)谲噧?nèi)時(shí)間亦大量增加，車內(nèi)環(huán)境的健康程度成為消費(fèi)者重要的購車依據(jù)。VOC（揮發(fā)性有害物質(zhì)，包含苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛八項(xiàng)有害物質(zhì)）對(duì)駕乘人員健康存在不利[1]影響，是車內(nèi)環(huán)境健康重要指標(biāo)，我國已制定 GB/T 27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》（強(qiáng)標(biāo)修訂中）進(jìn)行管控[2]。其中汽車頂棚作為車內(nèi)大面積的部件，其醛類揮發(fā)量對(duì)整車的VOC指標(biāo)有非常重要的影響。

1 車用頂棚概述

頂棚是在車頂金屬件下加裝的內(nèi)飾部分，主要是提升車內(nèi)裝飾性，還具有隔熱隔音功能。頂棚按照裝配方式分為粘結(jié)式、吊裝式和成型頂棚。目前汽車市場(chǎng)上最常見的是成型頂棚，其結(jié)構(gòu)如圖1。其中P12膠膜、H30、SE15具體材質(zhì)分別為水性膠、PE膜和PE膜。

圖1 頂棚結(jié)構(gòu)

2 試驗(yàn)部分

2.1 主要儀器設(shè)備

離子分子反應(yīng)質(zhì)譜儀（簡(jiǎn)稱快檢設(shè)備）：北京帕莫瑞科技有限公司；氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）和高效液相色譜儀（HPLC）：安捷倫科技有限公司；整車 VOC環(huán)境艙和零部件VOC環(huán)境艙：東莞市升微機(jī)電設(shè)備科技有限公司；2000L袋子：寧波環(huán)測(cè)實(shí)驗(yàn)器材有限公司。

2.2 試驗(yàn)步驟

a）先將樣袋密封后抽空樣袋內(nèi)空氣，再向樣袋中充入占其容積50%左右的純氮?dú)猓兌葹?9.99%以上）；

b）在65℃恒溫箱內(nèi)放置2h后，用真空泵迅速將袋內(nèi)的氣體抽出；

c）重復(fù)操作上述a）b）步驟2次；

d）測(cè)量并記錄樣件的尺寸（mm），組合樣品按照最大樣尺寸記錄；

e）向處理過的樣袋中投入樣件后密封；

f）在室溫下向樣袋內(nèi)充入樣袋容積 30%左右的純氮?dú)夂?，用泵將氣體抽出；

g）按照F反復(fù)進(jìn)行2次操作后注入樣袋容積50%左右的純氮?dú)猓?/p>

h）在進(jìn)行氣體捕集前將封裝好的樣件投入到 65℃的恒溫箱內(nèi)放置2h；

i）樣品在65℃下恒溫2h后，裝配配管；

j）輕揉裝有零件的樣袋，使內(nèi)部的氣體均勻化，微開閥門，擠出管道內(nèi)殘留氣體；

k）裝配TENAX管和DNPH管，打開管道閥門開始采樣；l）采完樣的捕集管應(yīng)立即關(guān)閉兩端。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

表1 頂棚總成VOC數(shù)據(jù)

如表1所示，頂棚中甲醛和乙醛揮發(fā)量超出限值要求，致使頂棚VOC不達(dá)標(biāo)。

3 頂棚醛類揮發(fā)量整改

通過對(duì)廠家提供材料清單進(jìn)行排查，最終確定甲醛、乙醛揮發(fā)根源為頂棚中的PU層。PU是多元醇（-OH多為聚醚多元醇）和異氰酸酯（-NCO）及一定比例的發(fā)泡劑、催化劑反應(yīng)發(fā)泡成型[3]。PU發(fā)泡層甲醛、乙醛揮發(fā)量過高主要有以下3個(gè)原因：1）多元醇中小分子量醇氧化產(chǎn)生甲醛、乙醛；2）小分子催化劑、發(fā)泡劑反應(yīng)產(chǎn)生甲醛、乙醛；3）頂棚半成品放置條件不利于產(chǎn)生的甲醛、乙醛發(fā)散。

3.1 原材料對(duì)頂棚醛類揮發(fā)量影響

醇類在加熱氧環(huán)境下生成醛類，其化學(xué)反應(yīng)如下

2R-CH2OH+O2→2R-CHO+2H2

由反應(yīng)式可看出，聚醚多元醇原料中殘余的小分子醇在發(fā)泡環(huán)境下易氧化反應(yīng)生成甲醛、乙醛。針對(duì)小分子醇氧化反應(yīng)生成甲醛、乙醛提出以下兩個(gè)整改措施：1）對(duì)聚醚多元醇原料進(jìn)行了提純處理，通過工藝后道處理，加入水，再用水將小分子物質(zhì)萃取出去，最后將水和小分子物質(zhì)一起抽提出聚醚多元醇體系；2）在聚醚多元醇原料中加入抗氧化劑減少聚醚多元醇原料氧化[4]。

從表2可看出，通過聚醚多元醇原料提純可大量減少醛類的生成，從而大量減少醛類揮發(fā)，提高VOC水平。

表2 聚醚多元醇原料提純對(duì)醛類揮發(fā)量的影響

從圖1可看出：加入抗氧劑也可以大量減少醛類的生成，從而大量減少醛類揮發(fā)，提高VOC水平；從醛類揮發(fā)曲線可看出，隨著抗氧劑的增多醛類揮發(fā)量減少效率有一定的減緩，從成本考慮加入1%量的抗氧劑較為合適。

圖1 加入抗氧劑對(duì)醛類揮發(fā)量（μg/m3）的影響

3.2 半成品處理對(duì)頂棚醛類揮發(fā)量影響

通過半成品的加熱通風(fēng)對(duì)頂棚成品醛類揮發(fā)量也有較大的影響，可一定幅度改善VOC。

圖2是在常溫條件（設(shè)定為25℃）半成品在通風(fēng)條件放置不同天數(shù)，其頂棚成品醛類揮發(fā)量的變化趨勢(shì)。放置時(shí)間有助于頂棚在半成品階段釋放醛類，可改善頂棚成品的VOC。

圖2 通風(fēng)放置時(shí)間對(duì)醛類揮發(fā)量（μg/m3）的影響

圖3是在通風(fēng)條件半成品在在不同溫度條件下放置1天，其頂棚成品醛類揮發(fā)量的變化趨勢(shì)。放置溫度的升高有助于頂棚在半成品階段釋放醛類，可改善頂棚成品的VOC。

圖3 放置溫度對(duì)醛類揮發(fā)量（μg/m3）的影響

3.3 頂棚綜合改善后醛類揮發(fā)量提升

如表3所示，綜合聚醚多元醇原料提純、加入1%抗氧劑及在60℃條件下通風(fēng)放置1天，通過多種改善方案的共同優(yōu)化，頂棚總成醛類揮發(fā)量下降明顯，甲醛揮發(fā)量下降了92.6%，乙醛揮發(fā)量下降了87.7%，揮發(fā)量?jī)H為限值含量的7.4%和23.8%，頂棚VOC改善明顯。

表3

4 總結(jié)

通過通過對(duì)廠家提供材料清單進(jìn)行排查，對(duì)頂棚醛類超標(biāo)主要原因PU發(fā)泡進(jìn)行整改，分析了聚醚多元醇原料提純、添加抗氧劑、半成品加熱和通風(fēng)放置等手段對(duì)醛類揮發(fā)量的影響，其中聚醚多元醇原料提純和添加抗氧劑改善效果最為明顯。最終綜合響應(yīng)整改方案，有效的控制頂棚成品醛類揮發(fā)量，甲醛及乙醛揮發(fā)量?jī)H為限值含量的7.4%和23.8%，VOC改善明顯。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳小開.車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物污染的分析評(píng)價(jià)及吸附光催化研究[D].湖南大學(xué),2011.

[2] 葛蘊(yùn)珊.車內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展[J].汽車與安全,2016（5）:156-157.

[3] 徐培林,張淑琴.聚氨酯材料手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2016:84-87.

[4] 張治國,伊紅.聚酯的熱降解研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2006,25（9）:2-3.