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车用内饰塑料发展趋势及低VOCs改进方法

2016-12-17 8:44:09      点击:
塑料作为汽车内饰的主要组成部分,其VOCs挥发量对于整车VOCs的影响不容小觑。尤其是在塑料生产、成型过程中使用的增塑剂、阻燃剂、脱模剂等,含有大量苯、甲苯等有害物质,极易残留在塑料制品内部并释放出来,成为造成车内空气污染的罪魁祸首。为了从根本上解决车内挥发性有害物质含量超标问题,各企业需加强VOCs源头控制,研发低VOCs塑料或有效替代材料。目前,汽车内饰塑正朝着绿色、环保、健康的趋势发展。免喷涂塑料、生物塑料、有机-无机纳米复合材料由于其本身具有低VOCs、耐盐碱、耐磨等性能,将会得到更广泛的应用。
  1.车用内饰塑料发展趋势
  免喷涂塑料
  免喷涂塑料一次注塑品即为最终产品,免去了表面预处理、喷漆、干燥等工作,降低成本约40%。在制备免喷涂塑料时,需注意以下几个方面:选择高光泽、耐刮擦、耐腐蚀的原材料;注意对模具浇注口、排气、表面抛光等的设计;开发全新色彩,以期能更好地替代喷漆件。
  生物塑料
  生物塑料是以原生态的植物为原料,如甘蔗、玉米等,在微生物作用下生成的塑料。常用塑料一般采用石油产物合成,往往会存在未完全反应的小分子有害物质。而生物塑料由于采用低毒低害的可再生原料,故将其制备成汽车内饰件后将会大大降低车内VOCs挥发量。此外,这种生物塑料可被分解,有利于后续回收利用,是一种更为环保的塑料种类。
  有机-无机纳米复合材料
  有机-无机纳米复合材料是将有机聚合物基体与无机纳米粉体采用共混、溶胶凝胶等方法复合而成的一类材料总称。该类材料可用来制备高强度、耐热、抗紫外线的内饰件。由于添加了无毒、化学稳定的无机组分,大大降低了塑料本身残余的VOCs,从根本上解决了材料VOCs的挥发问题。
  2.车用内饰塑料低VOCs改进方法
  就现有水平和技术而言,还很难实现新型塑料的大规模生产。下面针对几种常用的塑料种类,结合现有的成熟工艺,给出相应改进措施,以达到快速降低挥发性有害气体含量的目的。
  聚氯乙烯(PVC)
  聚氯乙烯价格便宜,应用广泛,是世界上产量最大的塑料产品之一。在汽车内饰件中主要用于制备座椅面料、地毯、顶棚等。现阶段,可从以下几个方面对PVC进行低VOCs技术改进。
  (1)热稳定剂选择。PVC在加工过程中若不添加热稳定剂,PVC分子很容易降解成小分子挥发性有害物质,因此必须加入热稳定剂以抑制其分解。对于不同制品的PVC需选择不同类别的稳定剂,才能达到更好地抑制小分子的分解的目的:①透明制品,不选用铅盐作为热稳定剂,选择除铂、钙之外的金属皂类及有机锑、有机锡等热稳定剂。②不透明制品,选用高性能亚磷酸酯、有机弱酸稀土盐和水滑石等作为稳定剂。
  (2)在制备高表观密度聚氯乙烯树脂时,采用升温聚合法,提高反应釜的生产能力,缩短聚合时间,使反应过程在每个阶段最大限度的进行,减少未反应的小分子有害物质的残留。
  聚丙烯(PP)
  聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂,具有优异的耐热性、刚性、可加工性。PP塑料在汽车中应用较广,约占车用塑料总量的30%。现阶段,可从以下几个方面对PP材料进行低VOCs技术改进。
  (1)添加活性炭、多孔氧化铝、硅藻土等多孔物质,特别是一种多孔的铝硅酸盐无机物质,这种添加剂对低分子有机化合物具有很强的吸附能力,并且在较高温度下也不会解吸附,从而使得材料的VOCs含量达到标准要求。
  (2)采用自然脱挥、真空脱挥相结合的方式,使用专业的脱挥设备与工艺在聚丙烯改性过程中进行处理。采用这种办法虽然效率较高,但成本也相对较高。
  丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)
  丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物是五大合成树脂之一,具有耐热、耐低温、耐腐蚀等优良性能,且易加工、表面光泽性好。现阶段,可从以下几个方面对ABS树脂进行低VOCs技术改进。
  (1)选用乳液接枝-本体SAN掺混法或连续本体聚合法生产ABS树脂。乳液接枝-本体SAN掺混法投资少,反应容易控制,聚合简单,品种灵活,产品杂质少,挥发性有害物质残留量少。连续本体聚合法具有成本低,产品纯净,工艺流程短等优点,是具有广阔前景的制备工艺,但有待进一步发展。
  (2)选取VOCs含量较低的ABS化工材料和耐热剂,在制作塑料合金过程中,选用大分子相容剂。
  (3)研发新型耐热合金材料,如PA/ABS合金、TPU/ABS合金等,用于取代PC/ABS、PC/PBT等耐热性相对较差的合金制品,提高材料的热稳定性,降低其在加工、日晒过程中大分子的有机物的降解,从而达到抑制有毒有害小分子物质的产生、降低VOCs挥发量的目的。
  聚甲醛(POM)
  聚甲醛是一种没有侧链的高密度、高结晶性的线型聚合物,具有极高的强度、刚度和韧性,特别是它还具有突出的耐疲劳性能以及优良的耐水性。在汽车内饰件中主要应用于座椅的安全带扣、把手、仪表板等。成型加工时,POM中残留的或是新生成的不安定组分极易分解产生甲醛。现阶段,可从以下几个方面对POM进行低VOCs技术改进:减少料粒中残存的甲醛,减少分子中的不安定组分;在混料过程中,添加甲醛捕捉剂,这种捕捉剂在注塑以及材料再生使用、着色时都可发挥捕捉甲醛的效力,而且不会助长添加剂的析出。
  聚碳酸酯(PC )
  聚碳酸酯是分子链中含有碳酸酯的高分子化合物的总称。具有极好的抗冲击性、耐蠕变性能,并具有较高耐老化性能。在汽车内饰件中主要用于开关面板、装饰条等的制备。PC残留单体比较少,但酯交换法PC生产过程中不可避免的会残留苯酚物质。现阶段,可从以下几个方面对PC进行低VOCs技术改进。
  (1)采用沉析法后处理工艺去除PC内的残余物质。即将蒸发与沉析相结合,配之以排气式挤出机工艺路线,以逆流方式在汽提塔去除沸点较低的二氯甲烷,经薄膜蒸发后,可获得高质量分数的的聚碳酸酯-甲苯混合物。随后,直接送入排气式挤出机脱净残余甲苯,得到高纯度树脂,降低残余甲苯含量。
  (2)采用超临界流体法。超临界二氧化碳不仅具备气体的扩散性,还具备液体的溶解能力,可作为苯酚的优良溶剂。对于碳酸二苯酯和双酚A反应产生的副产物苯酚,超临界二氧化碳能有效地将其扩散至聚碳酸酯中,减少污染。
  聚氨酯(PU )
  聚氨酯泡沫塑料在汽车软饰塑料制品中占有重要地位。聚氨酯材料制得的产品设计自由度大,具有较宽的使用温度范围,可在-40℃到90℃之间使用。现阶段,可从以下几个方面对PU进行低VOCs技术改进。
  (1)开发替代石化路线的聚醚多元醇的植物油多元醇。生物基PU材料循环利用率、有机物挥发均优于石油基PU材料,是一种绿色环保原料。目前,美国福特汽车公司已成功开发出大豆油基PU橡胶和泡沫,用于制备汽车坐垫、靠背和密封件等内饰件。
  (2)开发水性聚氨酯材料。水性聚氨酯以水为介质,不含VOCs,能显着降低挥发物毒性,可用水稀释,应用方便,对环境友好,其综合性能接近溶剂型聚氨酯,可广泛应用于皮革涂饰剂、固色剂等。
  (3)扩大热塑性聚氨酯弹性体的应用范围。聚氨酯弹性体具有诸多优异性能,如弹性好、耐磨、耐疲劳、耐辐射及优良的可加工性,其内部所含的VOCs组分含量低,已在迅速发展的汽车工业得到了广泛应用,如仪表板、车后窗、门窗封条等。
  “节能、环保、安全”是汽车发展永恒的主题,车内空气质量作为汽车环保、安全的重要方面,必将深刻影响消费者的购车理念。只有从源头出发,研发、制备、选择低VOCs内饰材料,才能从根本上解决车内VOCs超标问题。塑料作为汽车内饰件的重要组成部分,更应予以高度重视,通过控制设计、生产、加工、清洗等各个环节,最大限度地降低其对乘车人员的危害,从而构建良好的乘车环境。