为满足《乘用车车内空气质量评价指南》对车内VOC限值的要求,本文通过分析座椅聚氨酯发泡VOC的来源,从原料及工艺两方面提出了优化方法。
VOC浓度要求规定
挥发性有机化合物VOC(Volatile Organic Compounds),是指在常温状态下容易挥发的有机化合物。环保部发布的征求意见稿《乘用车内空气质量评价指南》,对于汽车车内空气有机物浓度要求:
(▲车内空气有机物浓度 单位:mg/m3)
聚氨酯发泡VOC来源
聚氨酯硬泡是由按照一定比例的A、B组分料混合后,经一系列化学反应后形成的具有防水和保温隔热功能的泡沫塑料。
A组分料是由多元醇(聚醚或聚酯)及发泡剂、催化剂、稳定剂、阻燃剂等添加剂组成的组合料,俗称白料。B组分料的主要成分为异氰酸酯,是一种棕色液体,俗称黑料。聚氨酯所用原料,导致VOC有以下来源:
1多元醇
从理论上讲,聚氨酯材料中残留的微量多元醇会产生低分子的醛类、醇类、羧酸类物质。
2异氰酸酯
游离的异氰酸酯单体存于聚氨酯发泡中,因其低沸点和高蒸汽压的特点,在日后的使用过程中慢慢释放出来,产生挥发性物质,危害人体健康。
3催化剂
叔胺类催化剂能对聚氨酯的发泡反应和凝胶反应提供催化性能,但大多数不参与反应。反应完成后,胺类催化剂一部分在生产过程中挥发,其余会游离在泡沫中。由于聚氨酯发泡的多孔结构,游离的叔胺类催化剂会慢慢游离到泡沫表面而挥发出来。
4泡沫稳定剂
硬泡所用有机硅稳定剂,俗称“硅油”,主要结构是聚硅氧烷-氧化烯烃嵌段共聚物,作用是提高泡孔的闭孔率,使泡沫稳定、均化。低相对分子质量的硅氧烷小分子,会直接进入到成品中,且不参与发泡反应,只能残留在泡沫内部,增加了聚氨酯泡沫硅氧烷类VOC的挥发。
5其他辅助剂
为保持产品的特性,在生产座椅聚氨酯泡沫的过程中,还会添加诸如发泡剂、阻燃剂、抗氧剂、脱模剂及抗老剂等多种助剂。由于反应程度的不完全,少量残留的游离单体和一些低相对分子质量的物质,很容易从聚氨酯泡沫中挥发出来。
聚氨酯发泡VOC改善方法
01材料选择
目前异氰酸酯在PU发泡生产中尚不可替代,只能采取适当的措施,去降低VOC,主要体现在以下几方面:
(1)采用聚酯多元醇取代聚醚多元醇,其活性较高,可降低催化剂用量;
(2)异氰酸酯采用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)体系配方,不使用甲苯二异氰酸酯(TDI);
(3)催化剂采用高效、低挥发型物质,如三亚乙基二胺代替二甲基环己胺中等活性胺类催化剂;
(4)减少助剂的使用,如多元醇中引入具有阻燃作用的元素代替阻燃剂的使用;
(5)在混料过程中添加醛类消除剂。
02工艺处理
在改善原材料应用的同时,工艺采用生产过程管控及后处理的方式,可进一步降低VOC,主要有以下几方面:
(1)发泡浇注由人工浇注改为机器人浇注,使得原料充分混合,同时确保A、B料用量比为1:3,发泡温度为50℃~70℃,模内熟化时间为4min;
(2)发泡真空开泡机的开泡排气通过管道排入户外,并保证真空度0.6Mbar-0.7Mbar;
(3)碾压式发泡开泡机经过两次碾压开泡,开泡充分,发泡内无气体残留;
(4)发泡上悬挂链,熟化时间至少 8h,悬挂链循环一周时间约24h;
(5)采用通风措施,诸如发泡工位增加真空排放,厂房顶部增加排风装置及车间窗户的玻璃被有间断的打开等。