淺談汽車焊裝用膠的VOC來源及控制措施

吳子剛 李建武 高之香 李程 李士學 閆永杰

摘要：通過采樣袋法分析了丁苯橡膠、順丁橡膠、環氧樹脂、鄰苯二甲酸二辛酯、PVC糊樹脂和納米碳酸鈣等原材料的VOC含量，確定其對汽車焊裝用膠VOC影響順序，分析了貯存時間對焊裝用膠VOC含量的影響。結果表明，VOC含量隨貯存時間增加不斷衰減。最后從原材料、生產加工工藝、貯存和運輸過程等方面提出建議，

以供焊裝用膠的生產和使用廠家參考。

關鍵詞：VOC;焊裝用膠;汽車;膠粘劑

中圖分類號：TQ437文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）04-0015-04

汽車焊裝用膠是汽車主機廠焊裝車間用的膠粘劑產品。車身焊裝是車身制造的重要工序，是汽車制造水平的重要保證。車身的焊接質量對車輛的制造水平、使用年限和駕駛舒適性有直接的影響。在焊接過程中車身連接件因加工工藝等因素不可能做到嚴絲合縫。因此，在汽車制造中，為了防止焊縫處的縫隙不嚴導致的漏水、透風和腐蝕等現象發生，提高車身的密封性、防銹性和減振降噪性能，需要在白車身焊接過程中車身鈑金局部縫隙區域進行必要的涂膠工藝。

汽車焊裝用膠含有丁苯橡膠、順丁橡膠、環氧樹脂、鄰苯二甲酸二異壬酯和PVC樹脂等高分子材料。這些高分子材料在聚合過程中，會殘留一些單體或溶劑等揮發性有機化合物（VOC）。隨著汽車工業的迅猛發展，車內空氣質量的好壞已經成為社會關注的焦點問題。由于汽車內空間狹小、密閉，車內VOC濃度遠遠高于室內空氣，對健康造成的危害比室內更嚴重，如果車子在陽光下暴曬1h以上，車內的有毒分子會異常活躍，VOC的濃度會急劇增加，當VOC超過一定濃度時，將嚴重危害人的身體健康。因此，有必要對汽車焊裝用膠VOC的來源進行分析，進而對焊裝用膠的VOC進行有效管控。

汽車焊裝用膠的VOC測試大致可分2種：一種是測試所有易揮發的有機物質，如三氯乙烯、四氯乙烯、甲醛、甲苯、苯、二甲苯和烷烴等，此外還有乙醇類和酮類等多個種類;另外一種是測試TVOC，TVOC是指總揮發性有機化合物，根據GB/T 18883-2002《室內空氣質量標準》，其定義是利用TenaxGC或TenaxTA采樣，非極性色譜柱（極性指數小于10）進行分析，保留時間在正己烷和正十六烷之間的揮發性有機化合物，常見的檢測方法有采樣袋法、檢測艙法、頂空法、熱解析法和甲醛揮發法。本研究用采樣袋法測試了焊裝用膠中可能含有VOC的原材料，分析了貯存時間對VOC含量的影響。最后從原材料選擇、生產加工工藝、貯存和運輸過程等方面提供了建議，以供焊裝用膠的生產和使用廠家參考。

1實驗部分

1.1原材料

丁苯橡膠、順丁橡膠，中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司;環氧樹脂（NPEL-128），南亞電子材料（昆山）有限公司;鄰苯二甲酸二辛酯，山東齊魯增塑劑股份有限公司;PVC糊樹脂，天津渤天化工有限公司;納米碳酸鈣（KLNM-C04），荊門市東寶區凱龍礦業股份有限公司;點焊密封膠（SY-231A-1），三友（天津）高分子技術有限公司。

1.2實驗儀器

V-OV-1000型采樣袋法環境箱，東莞市升微機電設備科技有限公司;LC-5510型高效液相色譜儀，北京東西分析儀器有限公司;GC-MS-3100型氣相色譜一質譜聯用儀，北京東西分析儀器有限公司;JX-5型熱解析儀，北京中惠普分析技術研究所;聚2，6-二苯基對苯醚（TENAX）捕集管，北京中惠普分析技術研究所;2，4-二硝基苯肼（DNPH）捕集管，上海斯信生物科技有限公司。

1.3取樣

測試原材料VOC含量時，按照原材料實際配比分析每種材料的VOC含量，測試原材料質量如表1所示，稱量后馬上進行測試。

分析貯存時間對VOC含量的影響時，在100mm×100mm的載體上均勻涂抹25g焊裝用膠產品，在（23±2）℃、（50±10）%相對濕度的恒溫恒濕室貯存一段時間后，取出進行烘烤固化，烘烤條件為170℃/20min，自然冷卻至室溫后測試VOC含量。

1.4VOG含量測試

按照HJ/T 400-2007《車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》標準進行測試[將樣品放入10L采樣袋中，沖入50%氮氣，在放入65℃采樣袋法環境箱2h后立刻采樣，分別用聚2，6-二苯基對苯醚（TENAX）捕集管和2，4-二硝基苯肼（DNPH）捕集管捕集VOC（圖1）。TENAX管捕集量為1L;捕集速度為100mL/min;DNPH管捕集量為2L;捕集速度為200mL/min。采樣結束后分別用氣相色譜一質譜聯用儀和高效液相色譜儀分析苯系物和醛酮含量]。

2結果與討論

2.1原材料VOC含量

不同原材料的VOC含量如表2所示。不同原材料或多或少均有VOC排出，對焊裝用膠的VOC含量均有影響。其中醛酮的影響順序依次為丁苯橡膠>順丁橡膠>PVC糊樹脂>鄰苯二甲酸二辛酯>環氧樹脂>納米碳酸鈣;苯系物的影響順序依次為鄰苯二甲酸二辛酯>順丁橡膠>丁苯橡膠>環氧樹脂>PVC糊樹脂>納米碳酸鈣;TVOC的影響順序依次為順丁橡膠>鄰苯二甲酸二辛酯>環氧樹脂>丁苯橡膠>PVC糊樹脂>納米碳酸鈣。從中可以看出不同的原材料對醛酮、苯系物及TVOC的影響程度不一樣，這就要求設計配方時綜合考慮，對影響程度大的原材料少選用或者進行替代。

原材料中的VOC來源簡單分析如下：丁苯橡膠、順丁橡膠等合成橡膠在合成過程中經過單體的合成和精制、聚合過程凝聚、脫水、干燥和包裝等步驟不可避免地帶來一些低分子的產物和單體殘余，導致VOC含量較高。尤其是順丁橡膠，一般采用溶液聚合法，過程中將聚合單體溶解于溶劑中，然后在催化劑的催化下進行聚合反應，其中會殘留少量溶劑;鄰苯二甲酸二辛脂增塑劑是醇在酸（如硫酸）催化劑存在下酯化而成的，其合成過程常常產生低分子物質，較難排出;環氧樹脂是以雙酚A和環氧氯丙烷為單體縮聚反應而得，轉化率不可能實現100%，過程中不可避免地會生成許多低分子的烴類物質副產物，并且會有一定量單體殘余;PVC糊樹脂在制備過程中會在原料里添加多種助劑，而這些助劑在后期高溫階段易分解出一定的VOC氣體。

2.2貯存時間對VOC的影響

選取SY-231A-1焊裝用膠點焊密封膠進行測試，分析貯存時間對VOC的影響。分別在室溫下貯存1d、3d、5d、7d、10d、15d、20d、30d、60d和90d后測試其VOC含量，其中醛酮含量如圖2所示，苯系物含量如圖3所示，TVOC含量如圖4所示。

由圖2-圖4可知：隨著貯存時間地延長，焊裝用膠的醛酮及苯系物含量明顯降低，尤其是15d內的衰減速率更快。因為甲醛、乙醛、苯、甲苯和二甲苯等小分子的沸點較低，在常溫下揮發速度較快;而TVOC則衰減較慢，這是由于TVOC中包含了大量高沸點物質，在常溫下較難揮發出去。

2.3VOG控制措施

焊裝用膠的生產廠家要從原材料、生產加工工藝、貯存和運輸過程等方面進行控制，確保VOC達到要求，具體控制措施如表3所示。

此外，有條件的主機廠可以再適當延長焊裝工序的停放時間，使焊裝用膠的VOC得到一定程度釋放后再轉入下道工序。

3結語

通過分析焊裝用膠的幾種主要原材料的VOC含量，以確定這些原料對焊裝用膠VOC的影響大小，從而確定了VOC揮發源。得出合成橡膠、增塑劑等原材料是焊裝用膠主要的VOC來源。此外貯存時間長短對焊裝膠VOC影響較大，貯存時間越長，其VOC含量也越低。生產廠家應從原材料的篩選、生產加工工藝、貯存條件及時間、運輸過程等方面對焊裝用膠的VOC進行管控，確保VOC含量滿足主機廠的標準要求，進而達到控制整車VoC含量的最終目的。