降低汽车内饰件用聚氨酯材料VOC的措施

贾 洪

(哈尔滨合力特科技有限公司，哈尔滨 150001)

1 引言

据调查，在2017年1-10月，我国的汽车产量和销量分别达到2 293万辆和2 292万辆，我国汽车人均保有量也在持续增加，年均以5%的速度增长。与此同时，汽车工业也逐渐从传统的燃油向新能源汽车方向发展和转型，并且在智能联网、新能源技术等领域取得了突破性进展。在汽车工业领域快速发展的同时，节能和环保问题也逐渐被人们重视起来，在汽车上使用的节能环保材料越来越多。据调查，当前每台汽车上使用的非金属材料已经达到100～300 kg不等，有效节省了对金属等材料的应用。目前，汽车内饰件中应用最为广泛的材料就是聚氨酯，该材料具有耐高温、耐磨、通透性能好、质量轻等优点，其具体分为硬质、半硬质、软质聚氨酯材料，是当前汽车内饰件应用的主流材料。但在聚氨酯材料大量应用的同时也引发了一些问题，比如挥发性有机化合物排放量的增加，也就是VOC。该类物质会对驾驶人和乘坐人产生一定的危害，被称为“隐形杀手”。采取有效的方法来降低汽车内部的VOC已经成为社会各界普遍研究的重点课题之一。

2 世界各国对汽车内饰件VOC材料的规定标准

目前，汽车生产过程中的内饰材料大多采用聚氨酯材料，其中包括汽车方向盘材料、汽车座椅材料、汽车扶手材料、汽车密封条材料、汽车顶棚材料、汽车侧板及门板材料等。据实际调查数据显示，目前每台汽车应用的聚氨酯材料大约在20～60 kg，我国汽车制造领域每年大概需要70万吨的聚氨酯材料。聚氨酯材料的应用相比于传统金属材料具有一定的优势，但在广泛应用聚氨酯材料生产汽车内饰件时也应该将该材料释放的VOC问题重视起来，具体包括小分子的醛和苯、小分子非反应型有机硅泡沫稳定剂以及聚合物多元醇中残留的苯乙烯、丙烯腈等。如果这些有毒物质一旦超出人类所能承受的标准，势必会对人体造成一定危害。各国为了科学、合理、有效地控制VOC排放，相继制定了符合本国汽车业发展的标准。俄罗斯于1999年率先制定了限制汽车内部污染物排放和评价的标准，即通过《车辆车内污染物评价标准及方法》来科学控制汽车内饰材料应用过程中的污染物排放量。德国作为汽车生产大国也在2002年制定了关于VOC等物质的检测标准，以此来有效控制汽车生产领域的VOC排放量。同样，作为汽车生产大国的日本在2005年也发布了《小轿车车内空气污染治理指南》，该指南中明确规定了汽车内部VOC的排放标准和检测方法，以推动汽车生产商将VOC控制在科学健康的范围内。作为汽车制造领域后起之秀的韩国在2007年也对本国汽车制造业颁布了汽车内部空气质量评价标准，同样也对新车生产过程中VOC的检测标准和检测方法做出了明确规定。国际标准化组织也于2007年发布了VOC检测标准，但检测标准限值尚未明确规定。目前，我国在汽车内部VOC控制领域制定了两个标准，第一个是车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法；第二个是乘用车内部空气质量评价指南。同时，随着时代的发展，又对两项标准进行了系统性修改，其中包括强化标准的执行力度，缩减了检测标准的限值，检测标准的前后变化对比见表1。

表1 车内空气质量标准限值前后对比Tab.1 Comparison of air quality standard limits before and after

3 降低汽车内饰件用聚氨酯材料VOC的创新措施

各大汽车制造商相继采取了相关措施来将VOC控制在合理范围内，其中包括创造新型材料来替代聚氨酯材料。2010年，陶氏汽车先在亚太市场推出了一项具有超低排放的新型泡沫材料PECFLEX，该材料更能凸显出汽车内饰的豪华、充实和美感，而且能够将VOC降至最低，可以实现保护环境的目的。同时，陶氏汽车公司也表示该新型材料在汽车内饰中的应用可以满足当前汽车领域最严格的VOC检测标准。

3.1 科学选择气味低、VOC低的多元醇

聚醚多元醇这种物质本身没有刺激性气味，但由于在生产过程中会加入一些助剂材料等副产品，于是就会产生具有气味的挥发性物质，这也是导致聚醚多元醇产生刺激性气味的主要因素之一。这种气味的主要成分包括丙烯氧基聚醚、过氧化物、抗氧剂、醛类物质四种。要想有效降低多元醇中的VOC，就要不断开发新型的助剂材料，并不断创新生产工艺。随着多元醇制造技术的发展创新，各个多元醇制造企业相继开发了新型的聚醚助剂材料，其中包括双金属氰化物相关助剂、金属卟啉配合物催化剂、磷腈盐类催化剂、三(五氟苯基)硼烷，等等。将这些助剂应用在多元醇材料中可以改变聚醚多元醇的分子分布情况，以降低有关聚醚多元醇材料刺激性气味的生成和排放。如今，这些助剂已经被广泛应用于汽车内饰生产和家具生产环节中。改进处理工艺也是当前多元醇生产应用的主流方法之一。例如，在实践中可以采用三硼烷来作为催化剂，并结合汽提、精馏、吸附等先进的处理工艺来有效降低刺激性气味的产生。还可以通过控制聚氨酯中环氧丙烷的含量以及改进工艺参数来满足聚氨酯材料VOC的检测标准。

3.2 大量应用改性MDI来替代传统的TDI

传统汽车内饰制造生产过程中一直广泛采用TDI这种材料，也就是甲苯二异氰酸酯，但随着科学的进步，甲苯二异氰酸酯材料的性能和成本已经不能满足当前汽车内饰生产的需要，于是很多车企开始选择应用MDI材料，既二苯基甲烷二异氰酸酯，与传统材料相比，优势非常明显，具有良好的发展前景，同时也有效降低了汽车内饰件用聚氨酯材料的VOC。

3.3 选择低挥发性的硅酮表面活性剂

硅酮表面活性剂是聚氨酯软质泡沫和模塑泡沫的关键助剂之一，但常用的硅酮表面活性剂均含有低相对分子质量的硅氧烷，会增加泡沫的挥发性和VOC，因此，车企要将此问题重视起来，不断开发和选择挥发性较低的硅酮表面活性剂。