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降低汽車內飾件用聚氨酯材料VOC的措施
作者：賈 洪
(哈爾濱合力特科技有限公司，哈爾濱 150001)
來源：黑龍江科學 2020年第6期
介紹了世界各國對汽車內飾件VOC材料的規定標準，提出了降低汽車內飾件用聚氨酯材料VOC的創新措施：科學選擇氣味低、VOC低的多元醇，大量應用改性MDI來替代傳統的TDI，選擇低揮發性的硅酮表面活性劑。
據調查，在2017年1-10月，我國的汽車產量和銷量分別達到2 293萬輛和2 292萬輛，我國汽車人均保有量也在持續增加，年均以5%的速度增長。與此同時，汽車工業也逐漸從傳統的燃油向新能源汽車方向發展和轉型，并且在智能聯網、新能源技術等領域取得了突破性進展。在汽車工業領域快速發展的同時，節能和環保問題也逐漸被人們重視起來，在汽車上使用的節能環保材料越來越多。據調查，當前每臺汽車上使用的非金屬材料已經達到100～300 kg不等，有效節省了對金屬等材料的應用。目前，汽車內飾件中應用最為廣泛的材料就是聚氨酯，該材料具有耐高溫、耐磨、通透性能好、質量輕等優點，其具體分為硬質、半硬質、軟質聚氨酯材料，是當前汽車內飾件應用的主流材料。但在聚氨酯材料大量應用的同時也引發了一些問題，比如揮發性有機化合物排放量的增加，也就是VOC。該類物質會對駕駛人和乘坐人產生一定的危害，被稱為“隱形殺手”。采取有效的方法來降低汽車內部的VOC已經成為社會各界普遍研究的重點課題之一。
目前，汽車生產過程中的內飾材料大多采用聚氨酯材料，其中包括汽車方向盤材料、汽車座椅材料、汽車扶手材料、汽車密封條材料、汽車頂棚材料、汽車側板及門板材料等。據實際調查數據顯示，目前每臺汽車應用的聚氨酯材料大約在20～60 kg，我國汽車制造領域每年大概需要70萬噸的聚氨酯材料。聚氨酯材料的應用相比于傳統金屬材料具有一定的優勢，但在廣泛應用聚氨酯材料生產汽車內飾件時也應該將該材料釋放的VOC問題重視起來，具體包括小分子的醛和苯、小分子非反應型有機硅泡沫穩定劑以及聚合物多元醇中殘留的苯乙烯、丙烯腈等。如果這些有毒物質一旦超出人類所能承受的標準，勢必會對人體造成一定危害。各國為了科學、合理、有效地控制VOC排放，相繼制定了符合本國汽車業發展的標準。俄羅斯于1999年率先制定了限制汽車內部污染物排放和評價的標準，即通過《車輛車內污染物評價標準及方法》來科學控制汽車內飾材料應用過程中的污染物排放量。德國作為汽車生產大國也在2002年制定了關于VOC等物質的檢測標準，以此來有效控制汽車生產領域的VOC排放量。同樣，作為汽車生產大國的日本在2005年也發布了《小轎車車內空氣污染治理指南》，該指南中明確規定了汽車內部VOC的排放標準和檢測方法，以推動汽車生產商將VOC控制在科學健康的范圍內。作為汽車制造領域后起之秀的韓國在2007年也對本國汽車制造業頒布了汽車內部空氣質量評價標準，同樣也對新車生產過程中VOC的檢測標準和檢測方法做出了明確規定。國際標準化組織也于2007年發布了VOC檢測標準，但檢測標準限值尚未明確規定。目前，我國在汽車內部VOC控制領域制定了兩個標準，第一個是車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法；第二個是乘用車內部空氣質量評價指南。同時，隨著時代的發展，又對兩項標準進行了系統性修改，其中包括強化標準的執行力度，縮減了檢測標準的限值.
各大汽車制造商相繼采取了相關措施來將VOC控制在合理范圍內，其中包括創造新型材料來替代聚氨酯材料。2010年，陶氏汽車先在亞太市場推出了一項具有超低排放的新型泡沫材料PECFLEX，該材料更能凸顯出汽車內飾的豪華、充實和美感，而且能夠將VOC降至最低，可以實現保護環境的目的。同時，陶氏汽車公司也表示該新型材料在汽車內飾中的應用可以滿足當前汽車領域最嚴格的VOC檢測標準。
3.1 科學選擇氣味低、VOC低的多元醇
聚醚多元醇這種物質本身沒有刺激性氣味，但由于在生產過程中會加入一些助劑材料等副產品，于是就會產生具有氣味的揮發性物質，這也是導致聚醚多元醇產生刺激性氣味的主要因素之一。這種氣味的主要成分包括丙烯氧基聚醚、過氧化物、抗氧劑、醛類物質四種。要想有效降低多元醇中的VOC，就要不斷開發新型的助劑材料，并不斷創新生產工藝。隨著多元醇制造技術的發展創新，各個多元醇制造企業相繼開發了新型的聚醚助劑材料，其中包括雙金屬氰化物相關助劑、金屬卟啉配合物催化劑、磷腈鹽類催化劑、三(五氟苯基)硼烷，等等。將這些助劑應用在多元醇材料中可以改變聚醚多元醇的分子分布情況，以降低有關聚醚多元醇材料刺激性氣味的生成和排放。如今，這些助劑已經被廣泛應用于汽車內飾生產和家具生產環節中。改進處理工藝也是當前多元醇生產應用的主流方法之一。例如，在實踐中可以采用三硼烷來作為催化劑，并結合汽提、精餾、吸附等先進的處理工藝來有效降低刺激性氣味的產生。還可以通過控制聚氨酯中環氧丙烷的含量以及改進工藝參數來滿足聚氨酯材料VOC的檢測標準。
3.2 大量應用改性MDI來替代傳統的TDI
傳統汽車內飾制造生產過程中一直廣泛采用TDI這種材料，也就是甲苯二異氰酸酯，但隨著科學的進步，甲苯二異氰酸酯材料的性能和成本已經不能滿足當前汽車內飾生產的需要，于是很多車企開始選擇應用MDI材料，既二苯基甲烷二異氰酸酯，與傳統材料相比，優勢非常明顯，具有良好的發展前景，同時也有效降低了汽車內飾件用聚氨酯材料的VOC。
3.3 選擇低揮發性的硅酮表面活性劑
硅酮表面活性劑是聚氨酯軟質泡沫和模塑泡沫的關鍵助劑之一，但常用的硅酮表面活性劑均含有低相對分子質量的硅氧烷，會增加泡沫的揮發性和VOC，因此，車企要將此問題重視起來，不斷開發和選擇揮發性較低的硅酮表面活性劑。
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