摘 要為解決汽車座椅總成揮發(fā)性有機化合物（VOC）苯乙烯和甲醛的揮發(fā)量超標問題，從 座椅的組成材料分析了污染物的來源， 采用高效液相色譜儀與氣相色譜– 質譜聯(lián)用儀對座椅總成 VOC 揮發(fā)量進行檢測與分析。結果表明，座椅中的發(fā)泡材料造成了苯乙烯、甲醛超標，進一步分析可知發(fā)泡中的接枝聚醚與普通聚醚對座椅苯乙烯和甲醛的貢獻最大。通過更改合成接枝聚醚的乙烯基單體與合成普通聚醚中的抗氧化劑使座椅總成滿足 VOC 揮發(fā)性能要求， 且座椅的成型工藝不受影響。
關鍵詞：座椅；VOC；乙烯基單體；抗氧化劑
隨著我國汽車保有量的不斷增長， 汽車與人們日常生活的關系更加密切，車內空氣質量也越來越受到消費者的關注和重視。2007年12月國家環(huán)境保護總局發(fā)布了HJ/T400— 2007《車 內揮 發(fā) 性 有 機 物 和 醛 酮 類 物 質 采 樣 測 定 方 法》，2011年10月環(huán)境保護部和國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局又發(fā)布了GB/T 27630—2011《乘 用 車 內空氣質量評價指南》并于2012年3月開始實施。
它的實施促使汽車生產企業(yè)更加關注汽車內飾件的選材和制造工藝，更加重視車內空氣質量問題，同時也成為消費者維護自身權益的依據。
汽車座椅是汽車內飾部件最重要的組成部分，是與駕乘者聯(lián)系最為密切的部件， 近年來越來越多地受到人們的重視。
1 . 座椅 VOC 含量的檢測
1.1 檢測方法以某車型座椅總成為例，采用袋子法，在60℃、2h的試驗條件下用1000 L袋子采集左前座 椅揮發(fā)性有機化合物， 通過 HPLC（高效液相色譜 儀）及 GC – MS（氣 相 色 譜 – 質 譜 聯(lián) 用 儀）對 其 中 的 苯、 甲苯、 甲醛和乙醛等8種物質進行分析， 最終計算出座椅總成 VOC（揮發(fā)性有機化合物）含量。
1.2 檢測結果VOC 測試結果如圖1所示。
從圖1可看出，左前座椅總成測試出的結果與該產品性能要求相比較，除苯乙烯和甲醛揮發(fā)量超標以外，其他 6 種物質均滿足性能要求。
2 . 座椅 VOC 來源分析
以汽車駕駛員座椅為例，其主要由坐墊、靠背骨架、頭枕、泡沫、面套、塑料裝飾板等組成，如圖 2 所示。座椅總成中各部分對VOC 的影響有所不同，具體分析如下。
2.1 座椅面套面套是包裹在座椅總成表面的材料，它直接與駕乘人員的身體接觸，對座椅泡沫有保護作用，以某車型座椅為例，座椅護面采用 PVC（聚氯乙烯）革，對左前坐墊與靠背面套進行 VOC 揮發(fā)性能測試，采樣袋大小為1000L，測試結果為：甲醛，23.1μg；乙醛，8.8μg；丙烯醛，未測出；苯，2.1μg；甲苯，26.3μg；乙苯，12.7μg；二甲苯，25.2μg；苯乙烯，10.1μg。
2.2 頭枕頭枕是為提高乘坐人員舒適性和安全性而設置的一種輔助裝置，頭枕的主要作用是汽車受到沖撞時具有防止反彈的作用，以保護駕乘人員的頭、頸椎部位不受損傷。對左前座椅頭枕進行VOC 揮發(fā)性能測試，采樣袋大小為1000L，測試結果為：甲醛，19.6μg；乙醛，8.9μg；丙烯醛，2.5μg；苯，1.9μg；甲苯，20.6 μg；乙苯，10.5 μg；二甲苯，9.7 μg；苯乙烯，12.6 μg。
2.3 座椅發(fā)泡座椅發(fā)泡應能使駕乘人員對座椅產生直接觸覺反饋，直接感知座椅的乘坐舒適性，主要是由異氰酸酯以相應的配比與適量的聚醚組合物預混合，然后利用高壓澆注機使混合物向模具中注入，在合模狀態(tài)下使混合物發(fā)生反應成型。對左前座椅發(fā)泡進行 VOC 揮發(fā)性能測試，采樣袋大小為1000L，測試結果為：甲醛，147.2 μg；乙醛，42.6μg；丙烯醛，3.6μg；苯，8.6μg；甲苯，48.6μg；乙苯，35.6μg；二甲苯，78.5μg；苯乙烯，104μg。
2.4 塑料裝飾板塑料裝飾板為PP（聚丙烯）材料，在座椅總成中用來遮擋外露的金屬件，對左前座椅塑料裝飾板進行VOC 揮發(fā)性能測試，采樣袋大小為1000L，測試結果為：甲醛，3.4 μg；乙醛，3.0 μg；丙烯醛，未測出；苯，1.9 μg；甲苯，10.9 μg；乙苯，7.6 μg；二甲苯，12.3 μg；苯乙烯，3.9 μg。
2.5 試驗結論綜上所述，造成左前座椅總成苯乙烯、甲醛揮發(fā)量超標的材料為座椅發(fā)泡，故此次對座椅總成 VOC 揮發(fā)性能改進的主要方向為座椅發(fā)泡VOC 揮發(fā)性能的優(yōu)化。
3 . 座椅 VOC 揮發(fā)性能的分析及改進
座椅發(fā)泡生產工藝為反應注塑模制，其為反應和成型同時進行一步完成的聚合物加工工藝。通過將異氰酸酯和組合聚醚進行混合，并注入座椅模具中，在一定溫度條件下異氰酸根（—NCO）與組合聚醚中的羥基（—OH）在催化劑的作用下發(fā)生化學反應，生成聚氨酯。組合聚醚由接枝聚醚、普通聚醚、凝膠催化劑、發(fā)泡催化劑、擴鏈（交聯(lián)）劑、表面活性劑等組成。其中凝膠催化劑可促進多元醇和異氰酸酯反應，發(fā)泡催化劑能夠促進水和異氰酸酯反應，擴鏈劑是指能使分子鏈延伸、擴展或形成空間網狀交聯(lián)的低相對分子質量醇類、胺類化合物，表面活性劑是指能控制開孔閉孔程度與控制泡孔尺寸的物質。
3.1 座椅發(fā)泡苯乙烯揮發(fā)性能的分析及改進在泡沫發(fā)泡過程中，為提高泡沫開孔性及泡沫的硬度和壓陷負荷性能，需要引入接枝聚醚多元醇。接枝聚醚多元醇是用高活性聚醚多元醇或者分子鏈中含有不飽和鍵的聚醚多元醇為母體，與乙烯基單體進行1次或2次聚合得到。目前座椅使用的乙烯基單體為苯乙烯，是造成座椅發(fā)泡苯乙烯殘留的來源。
接枝多元醇中乙烯基單體的選擇可根據烯類聚合物和聚醚多元醇的相容性及生成接枝聚合物的數(shù)量而定，針對接枝聚醚導致座椅苯乙烯超標的現(xiàn)象將改進方案，定為乙烯基單體由苯乙烯變更為苯乙烯– 丙烯腈混合單體。采用不同乙烯基單體體系所制的泡沫放入1000L采樣袋中進行試驗，結果為：1#樣品，苯乙烯105.7μg；2#樣品，苯乙烯20.3μg。1#是以苯乙烯制成的泡沫，2 # 是以苯乙烯–丙烯腈制成的泡沫。結果表明，2#樣品的苯乙烯揮發(fā)量下降至 1 # 樣品的 1/5左右。
3.2 座椅發(fā)泡甲醛揮發(fā)性能的分析及改進普通聚醚是主鏈含有醚鍵、端基或側基含有大于２個羥基的低聚物，是以含有活性氫的化合物為起始劑、環(huán)氧丙烷為聚合單體合成的聚合物，其化學性質主要取決于醚鍵和羥基。醚鍵對氧的作用十分敏感，尤其在高溫時，其被氧化會生成酸、醛、酮等物質。
普通聚醚中醛的產生主要是聚醚生產過程中副反應及氧化產生的結果，因此在聚醚生產中添加抗氧劑十分重要?？寡鮿┑闹饕饔檬欠乐咕勖讯嘣荚谏a、運輸和儲存過程中被氧化，因此抗氧劑的加入在一定程度上可減少醛的產生。為研究不同抗氧劑的加入對用普通聚醚多元醇所制泡沫甲醛值的影響，分別對2個抗氧劑配方體系進行實驗，不同抗氧劑制成的泡沫放入1000L采樣袋進行試驗，測試結果：1#樣品，甲醛120.6μg；2 # 樣 品， 甲醛28.5μg；1#和 2#樣 品分別是改進前和改進后的抗氧劑體系。結果表明，2#樣品的甲醛揮發(fā)量下降至1#樣品的1/4左右。
4 . 改進措施驗證
用1000L袋子測試改進后的左前座椅的VOC，并與產品要求對比，結果見圖3。由圖可看出，變更乙烯基單體與抗氧劑后，座椅VOC有很大改善，8種物質揮發(fā)量均符合產品技術要求。
5 . 結論
聚氨酯泡沫在具體產品研發(fā)過程中，除注意原料的合理配比外，還應從聚醚多元醇以及其他助劑等使用方面對揮發(fā)性物質的揮發(fā)量進行控制，這樣才可確保汽車座椅 VOC 揮發(fā)性能達標。
來源：長城汽車股份有限公司 侵刪
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