汽车VOC：汽车座椅泡沫中TVOC来源分析
[摘要]随着人们对汽车内部环境质量要求的提高，各主机厂纷纷出台各种检测方法及限额来改善汽车内部的环境质量，国家也在制定一些推荐或强制标准来限制车内有毒有害物质。文章使用国际通用的VDA278 方法，通过对不同配方组合所制泡沫制品VOC 的检测分析，推断VOC 的来源，依此优化配方，得到低VOC 的系统。
随着经济的迅速发展以及人们生活水平的提高，汽车越来越进入人们的生活。2010 年，中国的汽车产量达到1800 万辆，跃居世界第一。但与此同时由于汽车内的空间属于相对密闭的空间，其环境也越来越受到重视，近些年来，关于汽车中有毒有害气体影响驾驶及乘用人员健康的事不断有报道。目前国内尚无专门对车内气体含量有统一的标准，各主机厂主要采用各自的标准， 目前汽车行业中主要有大众的PV3410 ， 奔驰的PBVWL709，通用的TS-INT-001，宝马的GS97014-3，另外常用的还有VDA276，VDA277，VDA278 等等。其评价方法主要是通过检测整车或各个部件的TVOC(total volatile organic compound，总的挥发性有机化合物：定义为室温下饱和蒸汽压超过133.322Pa、沸点在50~260 ℃之间的易挥发性有机化合物)来判断。本工作使用VDA278 方法，通过对不同汽车座椅泡沫生产配方所制泡沫的TVOC 的分析，判断其VOC 的主要来源，以得到低VOC的座椅泡沫制品。
1 实验部分
1.1 实验原料
聚 醚 多 元 醇 ： TEP330N ；GEP330N ； Caradol MD3602 ；GEP828；接枝聚醚：GEP36/28；
表 面 活 性 剂 ： B4113 ； B8715 LF2 ； B4690 ； B8708 ；B8734LF2；
催 化 剂 ： Dabco33Lv ； DabcoA1 ； Jeffcat DPA ； Jeffcat ZF10；Dabco DMEA；Dabco DMAPA；
异氰酸酯：TDI/粗MDI(70/30)；改性MDI 等。
1.2 实验仪器及设备
搅拌器：德国WIGGENS；气相质联谱仪：美国Agilent；电子秤：美国METTLER。
1.3 聚醚组分基础配方如下：
聚醚多元醇，质量份：60~100；接枝聚醚多元醇，质量份：40~0；硅油，质量份：0.5~1；催化剂组合，质量份：0.5~1；水，质量份： 2.5~4；异氰酸酯：TDI/MDI 或改性MDI。
指数采用0.8~1.05。
1.4 发泡工艺及样品准备
正常发泡采用模内发泡，如采用模内发泡，必然使用脱模剂，由于目前市场上使用的脱模剂大多为溶剂型蜡质脱模剂，为避免其它的影响，本次实验采用自由泡的方式。根据设计的配方配好组合聚醚，控制料温20~25 ℃，将异氰酸酯倒入组合聚醚，搅拌3~6 s，倒入PE 的塑料袋中自由起发、熟化。10 min后，去除表皮，切成大约10×10×10 cm 的体积，用铝箔袋封好保存于18 ℃以下。
1.5 检测方法
采用 VDA278 的方法。测试方法：将大约20 mg 泡沫样品放入热解析管，用持续的惰性气体吹出放置于热解析管中聚氨酯泡沫的残留物质，然后用GC/MS 进行定性和定量测定，90 ℃半小时条件下测的值为VOC 值。
2 结果分析与讨论
泡沫制品检测出VOC，其来源主要有：催化剂；硅油；聚醚/接枝聚醚；异氰酸酯以及其它添加剂(如抗氧剂，阻燃剂等)。
本实验主要通过对催化剂、硅油、聚醚/接枝聚醚以及异氰酸酯部分的分析来找出其对VOC 的影响。
2.1 催化剂的影响
用于汽车座椅泡沫配方的催化剂主要有：有机锡和胺类催化剂。由于有机锡易水解及毒性的问题，目前市场上主要用的催化剂是胺类催化剂。
以下是几类常用催化剂组合所制泡沫的VOC。检测结果见表1：
表 1 不同催化剂组合对泡沫制品TVOC 的影响
由于 33Lv/A1 不参与反应，泡沫成型后仍然游离在泡沫制品中，做VOC 检测时大部分被检出，所测VOC 值很高，而DPA、ZF10、DMEA，DMAPA 都含有活性羟基或氨基，可与异氰酸酯中的异氰酸根(NCO)反应，故最终检测时VOC 值较低。
2.2 聚醚的影响
采用上述实验所得较低VOC 的催化剂组合(DPA/ZF10)，对不同聚醚所做VOC 的检测结果见表2：
表2 不同基础聚醚对泡沫制品TVOC 的影响
从以上结果可以看出含有GEP36/28 的泡沫的TVOC 较高，这主要是由于GEP36/28 属于接枝聚醚，其系由苯乙烯/丙烯晴于聚醚中悬浮聚合而成，有游离的苯乙烯/丙烯晴，从检测结果也可以看出接枝聚醚对VOC 的影响极大，其次是不同厂家的聚醚，其VOC 也有较大差异。
2.3 几种表面活性剂的影响
采用上述实验所得低VOC 的聚醚及催化剂组合，使用不同表面活性剂所得泡沫的TVOC 结果见表3：
表3 不同表面活性剂对泡沫制品TVOC 的影响
从结果来看，不同的表面活性剂对TVOC 的影响也很大。
2.4 异氰酸酯的影响
采用上述实验所得低VOC 的聚醚、催化剂及表面活性剂的组合，不同异氰酸酯所得泡沫的TVOC 结果见表4。
表4 不同异氰酸酯对泡沫制品的TVOC 的影响
从检测结果来看，TDI/MDI 较改性MDI 的VOC 要高些，另外，由于反应活性的关系，当实际生产中使用TDI/MDI 时，催化剂及表面活性剂的用量要较使用改性MDI 要高，故实际生产时其VOC 的值相差更大些。
3 结论
综上所述，座椅泡沫生产配方中的催化剂、聚醚、表面活性剂及异氰酸酯部分对最终VOC 检测均有影响。其中：
(1)催化剂的影响最大，由于催化剂均为小分子化合物，如不能参与反应，则游离在最终制品中，检测时随高温氮气大多都会出来。如需要低VOC 的系统，则首先不能使用如33Lv，A1 等不能与异氰酸酯反应的催化剂。
(2)接枝聚醚中由于有游离的苯乙烯/丙烯晴单体，如使用，很难获得低VOC 的制品。不同聚醚厂家，由于其后处理工艺的差异，其品质也不尽相同。
(3)不同表面活性剂对VOC 的影响也不尽相同，目前主要的表面活性剂供应商都有低VOC 的产品供应，使用前可咨询相应的供应商。
(4)异氰酸酯部分，由于TDI 的反应活性较MDI 低的多，故使用TDI 的系统不得不使用更多的催化剂和表面活性剂，故其VOC 检出值也相应较高。
另外，实际生产时根据最终制品的需要，有时也会添加些抗氧剂，阻燃剂等，这些也会增加制品的TVOC 检出值。
参考文献
[1]方禹声，朱吕民．聚氨酯泡沫塑料[M]．(第二版)．北京：化学工业出版社，1994：296．
[2]朱吕民．聚氨酯合成材料[M]．南京：江苏科学出版社，2002：191．
[3]Gary D．Mcginnis reducing VOC press emissions from oriented strandboard(OSB) manufacturing[R]．US：2001．
[4]夏庆云．汽车车内有机挥发物[VOC]的检测[J]．环境技术，2010(8)：40-43．
[5]Liekhug K J，Peterson E S．Measurement of VOC permeability of polymerbags and VOC solubility in polyethylene drum liner[R]．US：1995．
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