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车用塑料含量及气味调控研究进展

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聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)等通用塑料，以及聚碳酸酯(PC)、聚氨酯等工程塑料均在汽车工程领域有广泛的应用。这些塑料不仅大大降低了汽车的生产成本，也在很大程度上推进了汽车轻量化的进程。另外，一些具有记忆性、自修复性能的塑料还赋予了相应汽车零部件一定的功能性，提高了驾驶人员和乘坐人员的舒适度[1–3]。

然而，随着塑料在汽车领域中的广泛应用，为人们带来便利之余，也带来一定的困扰。其中，最大的困扰便是，塑料在生产和加工过程中，不免会引入一些金属催化剂或是挥发性的助剂，而使用过程中这些催化剂的残留或是助剂的挥发会使得汽车内部空间的气味较为刺鼻，挥发性有机物含量较高，从而造成驾驶人员和乘坐人员的不适[4–8]。更为严重的是，这些挥发性物质中含有大量具有致癌性的醛酮类和芳香烃类物质，例如甲醛、乙醛、苯、甲苯、二甲苯等。

随着人们对生活品质要求的提高，及对人类健康提供有效保障方面考虑，对车用塑料的挥发性有机化合物(VOC)含量和气味等级进行严格控制已经成为了汽车工程领域和材料制备和加工领域亟待解决的问题。近年来，国内外的研究学者对此报道了大量的基础研究工作，也得到了一系列的具有较低VOC 含量的车用塑料[9–11]。这些研究工作中的研究手段通常是由材料制备和材料加工两个角度出发，笔者对这些相关工作进行了综述，并提出一定展望。

1 低VOC 含量聚烯烃

最常用于汽车工程领域的通用塑料便是聚烯烃塑料，主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)等。其中，聚丙烯是在汽车工程领域中应用最为广泛的通用塑料，约占所有车用塑料的60%～70%。

首先，材料的制备在很大程度上决定了材料结构、组成以及各方面的性能，因此从材料制备的方面对车用塑料的VOC 含量及气味等级进行控制，是一种从源头出发的手段，其中包括了单体的精制，催化剂、溶剂、聚合方法的选择等各个方面。在制备聚烯烃的过程中，所选用的单体的纯度和硫化物含量、催化剂类型、所用的共聚单体类型、溶液聚合时选用的溶剂均会影响聚合物的等规度、分子量、低聚物含量、催化剂和溶剂残留量等，而这些物质难以通过后续的加工或纯化手段进行去除，所以只能在材料的制备阶段进行优化[12]。例如，工业上生产聚丙烯蜡或是进行聚丙烯分子量调控时，常用到常规降解法。这一方法是利用过氧化物对聚丙烯进行化学降解，从而实现生产目的。然而在这一生产过程中，过氧化物的残留会使得聚丙烯在后续的使用过程中持续发生不同程度的降解，进而产生并散发出烃类、醛类和酮类等有害性VOC 物质[13–16]。而且常规降解法生产的聚丙烯中残留的过氧化物很难去除，因此相应材料的VOC 含量也无法进一步降低，通常利用常规降解法制备的聚丙烯材料中的总VOC 含量要超过45～67 μg／g。余鹏等[17]在制备聚丙烯材料的过程中则摒弃了常规降解法这一手段，利用加氢法对聚丙烯材料的分子量进行了调控，并制备了一种改性聚丙烯材料。由于在聚丙烯制备过程中未引入过氧化物，所以相应改性聚丙烯材料在后续使用过程中未出现明显的降解和VOC 的释放。在改性聚丙烯中，加氢法制备的聚丙烯材料含量为80%时，相应材料的VOC 含量也仅为22 μg／g，还不到常规降解法聚丙烯的30%。另外，为了将所制备的改性聚丙烯应用于汽车零部件的生产，余鹏等还对其性能进行了优化。研究结果表明，当改性聚丙烯中含有60%～80%的聚丙烯母料时，相应材料的力学性能较好，拉伸强度和断裂伸长率可分别达到23～26 MPa 和75%～128%；而且其具有较好的流动性，熔体流动速率(MFR)为15～29 g／(10 min)。最重要的是VOC 含量仅为22～23 μg／g，完全满足汽车工业领域对高分子材料的使用标准。

除了对聚合手段进行优化外，选用合适的母料和助剂也是降低材料VOC 含量的有效手段。在塑料制备过程中，为了进一步改善材料的强度、韧性、抗老化性等性能，通常会在母料中添加不同的助剂，而助剂的类型会对VOC 含量产生很大程度的影响[18]。刘凯等[19]在制备改性聚丙烯过程中，分别对不同聚丙烯母料、滑石粉、增韧剂、共混增容剂等进行正交试验评价。实验结果表明，当聚丙烯母料为EA5074S，滑石粉为WF–D6.5，增韧剂为POE8200，共混增容剂为硅烷偶联剂KH550 时，相应改性聚丙烯的VOC 含量最低。其中EA5074S，WF–D6.5，POE8200 和KH550 的质量分数分别为71.8%，20.0%，8.0%和0.2%时，相应材料的总VOC 含量仅为98 μg／g。季孟渊等[20]在制备车用耐刮擦型聚乙烯时，则利用不同的润滑剂、耐刮擦剂、抗氧剂对聚乙烯进行改性。同时还在母料添加了一种气味吸附剂以进一步降低改性聚乙烯的VOC 含量，并用聚丙烯粒料作为气味吸附剂的载体。实验结果表明，作为吸附剂载体的聚丙烯粒料对改性聚乙烯的气味等级影响最为明显。当利用Daploy WB130HMS 牌号的聚丙烯作为吸附剂的载体时，相应耐刮擦型聚乙烯的气味等级最低，为3 级；而相应VOC 含量也相对较低，乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、甲苯、苯、乙醛含量分别为102，92，58，35，32，22，8 μg／m3。

文章来源：《化学进展》网址: http://www.hxjzzz.cn/qikandaodu/2021/0515/1197.html