頂棚總成醛類揮發性能改善的研究

孔俊，胡雋雋，單丹丹，鄧俊杰，程健

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

前言

隨著生活水平的提高，私家車越來越成為人們生活中必不可少的一部分，據統計至2017年年底，中國汽車車保有量達到2.17億輛，平均每6個人擁有一輛汽車。隨著汽車的普及，人們在車內時間亦大量增加，車內環境的健康程度成為消費者重要的購車依據。VOC（揮發性有害物質，包含苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛八項有害物質）對駕乘人員健康存在不利[1]影響，是車內環境健康重要指標，我國已制定 GB/T 27630-2011《乘用車內空氣質量評價指南》（強標修訂中）進行管控[2]。其中汽車頂棚作為車內大面積的部件，其醛類揮發量對整車的VOC指標有非常重要的影響。

1 車用頂棚概述

頂棚是在車頂金屬件下加裝的內飾部分，主要是提升車內裝飾性，還具有隔熱隔音功能。頂棚按照裝配方式分為粘結式、吊裝式和成型頂棚。目前汽車市場上最常見的是成型頂棚，其結構如圖1。其中P12膠膜、H30、SE15具體材質分別為水性膠、PE膜和PE膜。

圖1 頂棚結構

2 試驗部分

2.1 主要儀器設備

離子分子反應質譜儀（簡稱快檢設備）：北京帕莫瑞科技有限公司；氣相色譜質譜聯用儀（GC-MS）和高效液相色譜儀（HPLC）：安捷倫科技有限公司；整車 VOC環境艙和零部件VOC環境艙：東莞市升微機電設備科技有限公司；2000L袋子：寧波環測實驗器材有限公司。

2.2 試驗步驟

a）先將樣袋密封后抽空樣袋內空氣，再向樣袋中充入占其容積50%左右的純氮氣（純度為99.99%以上）；

b）在65℃恒溫箱內放置2h后，用真空泵迅速將袋內的氣體抽出；

c）重復操作上述a）b）步驟2次；

d）測量并記錄樣件的尺寸（mm），組合樣品按照最大樣尺寸記錄；

e）向處理過的樣袋中投入樣件后密封；

f）在室溫下向樣袋內充入樣袋容積 30%左右的純氮氣后，用泵將氣體抽出；

g）按照F反復進行2次操作后注入樣袋容積50%左右的純氮氣；

h）在進行氣體捕集前將封裝好的樣件投入到 65℃的恒溫箱內放置2h；

i）樣品在65℃下恒溫2h后，裝配配管；

j）輕揉裝有零件的樣袋，使內部的氣體均勻化，微開閥門，擠出管道內殘留氣體；

k）裝配TENAX管和DNPH管，打開管道閥門開始采樣；l）采完樣的捕集管應立即關閉兩端。

2.3 試驗結果

表1 頂棚總成VOC數據

如表1所示，頂棚中甲醛和乙醛揮發量超出限值要求，致使頂棚VOC不達標。

3 頂棚醛類揮發量整改

通過對廠家提供材料清單進行排查，最終確定甲醛、乙醛揮發根源為頂棚中的PU層。PU是多元醇（-OH多為聚醚多元醇）和異氰酸酯（-NCO）及一定比例的發泡劑、催化劑反應發泡成型[3]。PU發泡層甲醛、乙醛揮發量過高主要有以下3個原因：1）多元醇中小分子量醇氧化產生甲醛、乙醛；2）小分子催化劑、發泡劑反應產生甲醛、乙醛；3）頂棚半成品放置條件不利于產生的甲醛、乙醛發散。

3.1 原材料對頂棚醛類揮發量影響

醇類在加熱氧環境下生成醛類，其化學反應如下

2R-CH2OH+O2→2R-CHO+2H2

由反應式可看出，聚醚多元醇原料中殘余的小分子醇在發泡環境下易氧化反應生成甲醛、乙醛。針對小分子醇氧化反應生成甲醛、乙醛提出以下兩個整改措施：1）對聚醚多元醇原料進行了提純處理，通過工藝后道處理，加入水，再用水將小分子物質萃取出去，最后將水和小分子物質一起抽提出聚醚多元醇體系；2）在聚醚多元醇原料中加入抗氧化劑減少聚醚多元醇原料氧化[4]。

從表2可看出，通過聚醚多元醇原料提純可大量減少醛類的生成，從而大量減少醛類揮發，提高VOC水平。

表2 聚醚多元醇原料提純對醛類揮發量的影響

從圖1可看出：加入抗氧劑也可以大量減少醛類的生成，從而大量減少醛類揮發，提高VOC水平；從醛類揮發曲線可看出，隨著抗氧劑的增多醛類揮發量減少效率有一定的減緩，從成本考慮加入1%量的抗氧劑較為合適。

圖1 加入抗氧劑對醛類揮發量（μg/m3）的影響

3.2 半成品處理對頂棚醛類揮發量影響

通過半成品的加熱通風對頂棚成品醛類揮發量也有較大的影響，可一定幅度改善VOC。

圖2是在常溫條件（設定為25℃）半成品在通風條件放置不同天數，其頂棚成品醛類揮發量的變化趨勢。放置時間有助于頂棚在半成品階段釋放醛類，可改善頂棚成品的VOC。

圖2 通風放置時間對醛類揮發量（μg/m3）的影響

圖3是在通風條件半成品在在不同溫度條件下放置1天，其頂棚成品醛類揮發量的變化趨勢。放置溫度的升高有助于頂棚在半成品階段釋放醛類，可改善頂棚成品的VOC。

圖3 放置溫度對醛類揮發量（μg/m3）的影響

3.3 頂棚綜合改善后醛類揮發量提升

如表3所示，綜合聚醚多元醇原料提純、加入1%抗氧劑及在60℃條件下通風放置1天，通過多種改善方案的共同優化，頂棚總成醛類揮發量下降明顯，甲醛揮發量下降了92.6%，乙醛揮發量下降了87.7%，揮發量僅為限值含量的7.4%和23.8%，頂棚VOC改善明顯。

表3

4 總結

通過通過對廠家提供材料清單進行排查，對頂棚醛類超標主要原因PU發泡進行整改，分析了聚醚多元醇原料提純、添加抗氧劑、半成品加熱和通風放置等手段對醛類揮發量的影響，其中聚醚多元醇原料提純和添加抗氧劑改善效果最為明顯。最終綜合響應整改方案，有效的控制頂棚成品醛類揮發量，甲醛及乙醛揮發量僅為限值含量的7.4%和23.8%，VOC改善明顯。

參考文獻

[1] 陳小開.車內揮發性有機物污染的分析評價及吸附光催化研究[D].湖南大學,2011.

[2] 葛蘊珊.車內空氣質量標準進展[J].汽車與安全,2016（5）:156-157.

[3] 徐培林,張淑琴.聚氨酯材料手冊[M].北京:化學工業出版社,2016:84-87.

[4] 張治國,伊紅.聚酯的熱降解研究進展[J].化工進展,2006,25（9）:2-3.