作者：陶 慷

合肥創(chuàng)新輕質(zhì)材料有限公司

隨著人們生活水平的提高，以往作為奢侈品的汽車已經(jīng)變成日用品正逐步走向千家萬戶。也是由于此，人們對汽車的安全性、舒適性和健康性也提出了更高的要求，其中安全性和舒適性可以通過汽車結(jié)構(gòu)和器件的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)；最為麻煩的是，新車或者在夏天高溫天氣下，車內(nèi)濃濃的氣味讓人難以忍受。這極大的影響消費(fèi)者的感官，引發(fā)了乘客對健康的擔(dān)憂。

實(shí)際上，惡劣氣味只是表象，真正對人體健康有威脅的是揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），人們在短時或過量吸入時，會引起免疫功能失調(diào)，引發(fā)氣喘、皮膚病、心臟病，哮喘等急慢性疾病，嚴(yán)重時還會損傷到肝臟和造血系統(tǒng)。

面對嚴(yán)重的車內(nèi)空氣污染，相關(guān)部門出臺了一系列測試方法和標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行約束。例如國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》、環(huán)境部標(biāo)準(zhǔn)HJ/T400-2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法》和中國質(zhì)量認(rèn)證中心的CQC9205-2014《汽車乘員艙內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法》、CQC9206-2014《乘用車內(nèi)空氣PM2.5檢測評價方法》、CQC9207-2014《乘用車內(nèi)氣味檢測評價方法》等等。

究其源頭，對于汽車來說，車內(nèi)空氣污染均來自于內(nèi)飾材料的散發(fā)。在嚴(yán)格的行業(yè)要求，各汽車主機(jī)廠對材料也給出相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法，具體如下列表。它們從不同方面反映材料的揮發(fā)性能，包括氣味、醛酮、總碳、有害物質(zhì)、霧化等等。

表1低散發(fā)材料的檢測標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法

在消費(fèi)者對健康關(guān)注、廠商提供差異化產(chǎn)品需要、以及公眾管理者的推動下，低散發(fā)材料的開發(fā)和應(yīng)用日益引起人們的關(guān)注。進(jìn)一步可以預(yù)期的是，未來幾乎所有密閉空間都會要求應(yīng)用低散發(fā)材料，例如家用電器、電線電纜、兒童玩具等。

熱塑性塑料和彈性體都屬于有機(jī)改性高分子材料，在汽車家電等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，它是由合成樹脂通過添加填料、助劑等經(jīng)過熔融共混制備而成，其VOC和氣味主要來自于原料的不純物散發(fā)和加工過程中樹脂助劑的降解。近年來，材料改性技術(shù)人員也窮盡各種方法消減氣味降低VOC。下文試著綜述各種工藝原理優(yōu)缺點(diǎn)，以期探討。

1．添加香精遮味劑

此類遮味劑有粉末狀的，也有溶劑型的。遮味劑本身不會跟任何物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)，添加到樹脂里也不會改變產(chǎn)品的化學(xué)特性，當(dāng)然也不會消減材料的VOC。它只是融合了塑料里面的各種氣味，綜合出一種新的氣味。這種新氣味對人的鼻子刺激性減弱，變得容易接受。但是添加了香味劑的塑料短期內(nèi)氣味是遮蓋或是掩飾了，但有害成分還在，其中的VOC后期仍然會緩慢釋放，效果難以持久。用這法子與向車?yán)飮姙⑾闼姆椒▽儆谕惶茁?，弄不好還會產(chǎn)生更為惡劣的氣味。不客氣的說，添加香精遮味劑只是一種掩耳盜鈴、自欺欺人的手段。

2．添加化學(xué)除味劑

化學(xué)除味劑指的是一些能與有氣味的小分子物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的添加劑，其主要原理是通過還原、螯合或者分解作用和氣味分子反應(yīng)，產(chǎn)生分子鏈大、不易揮發(fā)或者無味的新物質(zhì)，從而消除異味。例如市場上有通過蓖麻油酸鋅螯合醛酮分子來降低VOC和有害物質(zhì)的案例，但經(jīng)常會給材料帶來濃濃的蓖麻油味；也有考慮用含有配位電子的化合物來消除氣味，但這些物質(zhì)通常只是是對于含硫含氮的的物質(zhì)氣味有效，如硫化氫、二氧化硫、氨氣等，對于以醛酮笨類為代表的VOC幾乎沒有效果；還有技術(shù)人員希望添加光觸媒來消減醛酮類有害物質(zhì)，但塑料加工后，光觸媒一般被包埋于材料中，很難接觸到使其發(fā)揮作用的光和濕氣，也就起不到效果。此外這類化學(xué)除味在其作用過程中導(dǎo)致副反應(yīng)及副產(chǎn)物，對人體的長期傷害難以把握。

3．添加物理吸附劑

物理吸附劑主要是指含有多孔或者層狀結(jié)構(gòu)的無機(jī)粉體，例如沸石、分子篩、硅藻土、蒙脫土等，對顏色要求不高也有用活性炭的。開發(fā)人員希望利用其大量的孔洞結(jié)構(gòu)和層間隙對惡劣氣味或揮發(fā)小分子吸附鎖定，然后通過高粘流體將孔封住，從而達(dá)到消減氣味降低VOC的目的。該類產(chǎn)品市場牌號眾多，然而由于粉體孔隙率與材料VOC成分及含量很難匹配，吸附劑的選擇和添加量不易確定，導(dǎo)致市場產(chǎn)品良莠不齊，忽悠的居多。由于氣味評測有主觀因素，有部分供應(yīng)商甚至用滑石粉或碳酸鈣等來冒充，把改性廠商客戶當(dāng)成小白鼠。

另外從吸附原理上來說，多孔粉體并不能從根本上解決問題。表面上看，VOC或者氣味雖然被吸附了，但只是簡單的物理吸附，它們還是存在于塑料顆粒之中。由于物理吸附有選擇性和平衡性的問題，再次加工或者長期存放時，隨著溫度的升高或熔體的破裂，有害物質(zhì)將會不斷的釋放出來。另外是無機(jī)粉體通常為微納尺度，自身容易團(tuán)聚，添加過多時與樹脂基材相容性分散性不好，影響力學(xué)或其它物理性能，在加工成制件時也經(jīng)常會有留痕和毛邊現(xiàn)象，影響成品外觀。

4．采用脫揮烘干法

脫揮烘干法是比較容易想到也比較適用的方法，有兩種實(shí)現(xiàn)方式：其一是在塑料粒子熔融共混時過程中使用負(fù)壓，在擠出設(shè)備上加添雙真空、三真空或者加大真空設(shè)備的功率，利用強(qiáng)機(jī)械脫揮的方法將有害物質(zhì)脫除，設(shè)備一般需要改造。此外由于在加工過程中，有害揮發(fā)物被高粘流體包覆，很難自己逸出，因此工藝對負(fù)壓要求非常高，加工過程耗能嚴(yán)重，此外強(qiáng)的負(fù)壓還會將物料吸到真空管中，影響生產(chǎn)。第二種方式是高溫烘料的方式，一般是在造粒后，利用串聯(lián)的烘箱（一般3-5個）對物料進(jìn)行烘烤。這種工藝簡單暴力，然而一般物料需要4個小時，甚至8－12個小時或更高，才能達(dá)到材料低散發(fā)的要求，非常影響產(chǎn)能。從耗能角度考慮，1噸物料1小時電費(fèi)差不多150元左右，成本難以承受；另外長時間高溫烘烤對材料來說，實(shí)際上是一個加速熱老化的過程，不可避免的影響材料的物性。近年來有不少改性企業(yè)花巨資上了設(shè)備，但真正能夠完全利用起來很少。

5．采用氣提法

氣提法是近幾年發(fā)展起來的一種低散發(fā)塑料制備的新工藝，這種工藝是在塑料擠出改性中，將氮?dú)?、二氧化碳、水（注入后氣化后成蒸汽）等惰性氣體通入到螺桿中，以這些氣體作為載體（所謂的氣提劑），通過攜裹的方式將從高粘流體中逸出的有害揮發(fā)物帶出并排放。這種方式成本較低，但需要設(shè)計(jì)合適的氣提劑注入設(shè)備，投資成本較大；另外由于氣提劑大量加入，螺桿腔體內(nèi)部會產(chǎn)生很大的壓力，造成生產(chǎn)工藝不穩(wěn)，在喂料口和排氣口常會出現(xiàn)汽化及溢料現(xiàn)象，造成生產(chǎn)不穩(wěn)影響產(chǎn)能，整體上對工藝要求較高；而且由于氣體劑本身和VOC不互溶且很難浸入熔體內(nèi)部，導(dǎo)致氣提效果還是有限的。

6．采用萃取脫揮工藝

萃取脫揮法結(jié)合了氣提法和脫揮法兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)，其作用機(jī)理如下圖所示，首先將富含液體的膠囊狀除味母粒共混分散到物料中，然后加入到擠出螺桿，在輸料段除味母粒受熱和擠壓后，載體熔融軟化釋放出低沸點(diǎn)含活性成分的萃取劑，繼而在材料熔融共混段，在熱和剪切力的作用下萃取劑在物料熔體里形成大量的微氣泡，并進(jìn)一步與此時材料產(chǎn)生和逸出的VOC互溶萃取，最后在后端真空負(fù)壓的作用下被抽離，從而從源頭有效地去除材料中的惡劣氣味和VOC。簡單的理解，其過程和用全自動洗衣機(jī)洗衣服類似，帶有污漬的衣物（含VOC的高分子材料），將其放到洗衣機(jī)（雙螺桿擠出機(jī)），加入水和洗衣液（類似于萃取劑）然后攪拌洗滌（雙螺桿熔融共混）將污漬釋放到水中（將VOC互溶到萃取劑的微氣泡中），再離心脫水（通過負(fù)壓脫揮）就得到干凈的衣物了（低散發(fā)塑料）。

圖1 萃取脫揮工藝制備低散發(fā)材料工作機(jī)理

萃取脫揮工藝實(shí)際上是一種對材料高溫蒸氣洗滌的方法，與物理吸附法相比，可以從源頭上將惡劣氣味和VOC除去。而和氣提和脫揮工藝區(qū)別在于：1、萃取劑是和物料充分熔融混合，從內(nèi)部形成微氣泡，同時由于富含活性成分，能夠更好的將熔體里的VOC和惡劣氣味攜裹釋放；2、萃取脫揮工藝不需要對設(shè)備進(jìn)行額外改造或增添，工藝穩(wěn)定且相對容易控制，對產(chǎn)能影響很少，不影響材料的物理性能。萃取脫揮工藝還可以和烘料的方法結(jié)合使用，用以降低烘料時間進(jìn)而降低人工和動力成本，同時減少對材料物理性能的損害，達(dá)到更好的除味效果。萃取脫揮方法是一種成熟的低散發(fā)材料工藝，推向市場已經(jīng)近五年時間，特別適用于PP、PE、PS、ABS、TPE、TPV等熱塑性聚烯烴體系，明顯降低材料中VOC成分的含量，降低材料的氣味等級。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，也還有很多高分子材料并不適用于萃取脫揮方法，主要體現(xiàn)在兩個方面：1、工藝不適用，萃取脫揮工藝需要帶負(fù)壓脫除含VOC的氣泡，相應(yīng)的一些熱固性體系，如聚甲醛、聚氨酯、環(huán)氧、橡膠等就不合適；2、體系本身不適用，由于除味母粒的液體萃取劑會對促使部分材料降解，如尼龍、聚酯、聚碳酸酯、PVC等體系，雖然除味和VOC效果明顯，但對材料性能影響較大，依然不建議使用。對于上述材料，目前較好的方式還是采用烘料的方式，或者采用物理吸附的方式，當(dāng)然這些都是無奈之選。合創(chuàng)輕材的同仁們將繼續(xù)在此工作，以求早日尋求到更好的的解決方案。

合肥創(chuàng)新輕質(zhì)材料有限公司（合創(chuàng)輕材）位于合肥市高新區(qū)，專業(yè)于“低散發(fā)材料除味專家、液體助劑母粒先行者”的定位，從事相關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用開發(fā)、生產(chǎn)銷售和技術(shù)服務(wù)。公司是典型的科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)業(yè)，奉行“創(chuàng)新才能生存”和“技術(shù)優(yōu)先”發(fā)展觀，已申報(bào)專利近20項(xiàng)。公司已經(jīng)被認(rèn)定為科技部科技型中小企業(yè)、合肥市高新技術(shù)企業(yè)、合肥市創(chuàng)新型企業(yè)、合肥市高新區(qū)科技小巨人等。公司將持續(xù)秉承“誠實(shí)為本、價值共享、專業(yè)服務(wù)、持續(xù)創(chuàng)新”的經(jīng)營理念，為客戶提供可定制、一體化、高附加值的產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。

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