汽车车内空气质量与VOC关系及解决方案初探

1汽车车内空气质量与VOC关系及解决方案初探蓝欧化工科技(安庆)有限公司林曦随着经济的高速发展，汽车加快了进入普通家庭的步伐，据权威部门预计，2015年我国的汽车产量将接近3000万辆。图1国内近年来汽车产量增长趋势与此同时，汽车内部空气质量也日益受到大家的关注。中国室内装饰协会室内空气监测中心曾对200辆车进行检测后发现，如果参照室内空气质量标准，有近九成的汽车都存在车内空气甲醛或苯含量超标问题，而且大部分车辆甲醛超标都在五六倍以上，其中新车车内的空气质量最差。车内弥漫的甲醛、苯等这些挥发性有机物(VOC)经呼吸进入人体，引起司乘人员疲乏、头晕、头痛、颤抖、呼吸困难，甚至恶心、呕吐，严重时可能导致交通事故的发生。众所周知，车内VOC主要来自于汽车内饰件和装饰品中有害物质的释放，要提高车内的空气质量，必须对这些有害物质进行控制，在这方面欧美等发达国家走在前列。德国是最早关注车内环境污染，并颁布相关法规政策的国家，车内装饰，坐套垫、胶粘剂等装饰材料含有的苯、甲醛、丙酮、二甲苯等必须低于“德国三级车内环保标准”，比如车内甲醛含量不能超过0.08毫克每立方米。美国在1989年车内空气甲醛含量检测平均值在0.015毫克每立方米，环保局要求汽车制造厂所使用的材料必须申报，并必须经过环保部门审查以确保对环境和人体危害程度达到最低点后才能使用，申报者一旦违反规定，将负担巨额的罚款，还要召回产品清理污染。日本机动车协会(JAMA)在2005年发布了《小轿车车内空气污染治理指南》，要求减少室内空气污染。05101520253012345678910111213国内汽车产量（百万辆）01020304050607080910111215年2我国的起步较晚，但跟进很快，2012年3月1日我国的《乘用车内空气质量评价指南》GB/T27630-2011正式发布，该标准对车内挥发性有机物作出了浓度限制。表1GB/T27630-2011限制的有机物种类和最低浓度序号项目浓度要求（mg/m3)1苯≤0.112甲苯≤1.103二甲苯≤1.504乙苯≤1.505苯乙烯≤0.266甲醛≤0.107乙醛≤0.058丙烯醛≤0.05汽车内部VOC来源主要有两方面：车内非金属材料中的挥发物、内饰件中胶粘剂残留的有机溶剂。据国外权威机构调查，胶粘剂中的挥发有机物占车内VOC的绝大部分。解决车内污染的关键是选择环保型胶粘剂代替溶剂型胶粘剂。目前环保型胶粘剂主要有三类：热熔胶、辐射固化胶、水性胶。表2不同环保胶粘剂的优缺点优点缺点图2车内各部位所散发VOC的比例胶粘剂中有机溶剂75%非金属材料挥发物22%其他3%3热熔胶①固化较快②生产效率较高①专门的热熔设备②难以用于形状复杂的基材③单一的作业方式辐射固化胶①固化速率快②生产效率高，适合流水线生产③可以对热敏性材料进行粘接①设备及运行成本高②难以用于形状复杂的基材③被粘接基材必须至少有一种是透光的水性胶①适合多种作业方式，喷涂、辊涂、刮涂、刷涂等均可②可用于形状复杂的基材①干燥速率略偏慢汽车内饰件的粘接部位主要在顶棚、边门板、仪表板、车内及后备箱地毯、座椅等，这些部位的形状和材质多样，显然更适合于喷涂或者辊涂，所以从施工上来考虑，车内饰环保型胶粘剂的首选无疑是水性胶。聚氨酯胶是一种非常重要的胶种，在初粘力、粘接强度、耐湿、耐老化、耐水解、低温耐折等各方面都具有优异的性能，完全可以满足汽车内饰对胶粘剂的严格要求。将聚氨酯胶的水性化产品——水性聚氨酯胶应用在汽车内饰领域，无疑是个一举两得的选择。目前，水性聚氨酯胶的发展遇到了两个难以克服的瓶颈：干燥速率偏慢、物性偏差。表3水性聚氨酯存在的问题及对策原因对策不良后果干燥慢①水的蒸发潜热高②水的含量偏高减少水在胶水中的比例，即提高固含量胶水的粘度偏高，无法喷涂物性差胶水树脂分子量偏低提高胶水树脂的分子量树脂粘度太大而无法生产国内外众多专门从事水性聚氨酯树脂研究的科研机构和企业为了解决以上的难题，付出了大量人力、物力和财力，上海蓝欧化工科技有限公司作为一家负责任水性聚氨酯树脂生产企业，在这方面亦进行了大量的研发投入，通过多年的努力初步取得了一些进展。在提高水性聚氨酯的固含量方面，蓝欧已经摸索出生产高固低粘水性聚氨酯的关键技术。目前国内大部分水性聚氨酯的固含量偏低，如果强行提高固含量，则粘度会迅速增大，4导致胶水失去流动性而无法施工，如图3中蓝线所显示。蓝欧的水性聚氨酯在固含量较高的情况下，仍具有适合施工的低粘度，如图3中红线所显示。050010001500200025003000350012345678910其他蓝欧图3水性聚氨酯固含量和粘度的关系蓝欧近年来的另一个有益探索是如何合成超高分子量的水性聚氨酯树脂。我们知道，目前水性聚氨酯的合成方法主要是预聚体法和丙酮法，两者差别不大，缺点是如果树脂的分子量设计得太大，往往导致生产时的黏度太大而无法分散成水性分散体。下图是蓝欧和其他水性聚氨酯的分子量及分布的对比，从图中可以看出，大部分水性聚氨酯的平均分子量在8-9万左右，而蓝欧水性聚氨酯平均分子量可以达到14-15万。00.20.40.60.81123456789101112131415其他蓝欧图4蓝欧和其他水性聚氨酯的分子量及分布对比从应用结果的反馈来看，水性聚氨酯的高固含和高分子量对施工效率和粘接效果方面有着重要且积极的影响。我公司开发的一款高固含水性聚氨酯胶（固含量55%）应用在海绵和真皮的粘接，在不改变现有的施工工艺的情况下，上胶量少（30-40g/m2）且粘接效果甚至比油性胶还好，而且防止了溶剂对海绵的破坏，以下是粘接效果图。1020304050固含量(%)粘度56789101112131415161718M(104g/mol)W(M)5图5水性聚氨酯胶对真皮/海绵粘接内聚破坏效果图总而言之，随着社会对环保和健康意识的觉醒，汽车车内空气污染的问题将日益受到关切，而污染的重要来源—内饰件胶粘剂的环保化将势在必行。水性胶特别是高固含和超高分子量水性聚氨酯胶由于其独特的性能和施工方面的优势，必将是一个受到重点关注的领域，上海蓝欧作为负责任的社会大家庭的一份子，我们将坚持不懈地开发满足社会可持续发展的新产品，也乐于和同行们分享我们的经验。