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车用胶粘剂对车内空气质量的影响

分类:行业新闻 作者:admin 发布时间:2013-07-23
     随着汽车制造工业水平的不断提高和新材料、新技术应用领域的不断拓宽,用户对汽车美观舒适性、密封性、耐腐蚀性和防震隔热性等要求已越来越高。目前,各种胶粘剂、密封剂在汽车中的应用非常广泛,其品种已达到数十种,单车用胶量为20~40kg[1]。

对胶粘剂中挥发性有害物质的控制一直是目前装饰装修材料性能管控的重点之一,国内也制定了一系列胶粘剂中挥发性有害物质的限量标准(如GB18583—2008标准、GB18587—2001标准等),但有关车用胶粘剂中VOC(挥发性有机物)的限量标准仍未出台。

针对车内空气质量而言,我国已出台了GB/T27630—2011标准,并且国内各主机厂均已结合自身企业的情况,开展了车内非金属零部件的VOC含量及气味性能的控制研究,但有关车用胶粘剂的VOC含量及气味性能的控制研究报道仍相对较少。目前,国内外各主机厂对车内空气质量的研究主要集中在VOC性能、气味性能、雾化性能及后处理技术开发等方面,而VOC性能和气味性能是国内主机厂的研究重点。

(1)VOC性能:目前普遍认同的VOC定义是在通常压力条件下沸点≤260℃的有机化合物。GB/T27630—2011标准中规定了8种物质(如苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛和丙烯醛等)属于限量物质。

(2)气味性能:汽车行业中对气味的定义是材料或零部件在规定温度和气候条件下存放时释放出具有明显可觉察到的挥发性组分,主要是指车内非金属零部件在使用过程中产生的一些难闻但不一定对人体产生有毒有害作用的气体(主要的污染物有氨化物、氯化物、醚化物、硫化物和丙酮等)。人们长时间处于难闻、密封的车厢内,容易引起感官上的不舒适感(如头晕目眩、恶心和呼吸困难等)。汽车零部件中对气味性能影响较大的有密封条、阻尼板、座椅、仪表板、车门内饰板、顶盖内饰板、地毯和车用胶粘剂等。

车用胶粘剂种类繁多,本研究主要探讨了实车装配过程中车用胶粘剂(见表1)固化后的VOC含量及气味性能[2-3],并着重研究了胶粘剂中VOC的致因,提出了相应的改善措施,以期为进一步降低车用胶粘剂的VOC含量及气味性能等研究提供良好的理论依据[4]。

1·试验部分

1.1 试验原料

点焊密封剂、折边胶、减震胶、膨胀胶,上海众盛胶粘剂厂;焊缝密封剂、抗石击底胶,上海吉川涂料有限公司;风挡玻璃胶1,扬州铭洪胶业有限公司;风挡玻璃胶2,杭州之江有机硅化工公司;风挡玻璃胶3,山东诺瑞克公司。

1.2 试验仪器

GCRAE1000型便携式气相色谱仪,美国华瑞科学仪器有限公司;LC-20A型高效液相色谱仪,维永有限公司(岛津公司);9640HA型鼓风干燥箱,温州市大荣纺织仪器有限公司。

1.3 测试用样块的制备

将40g不同种类的胶粘剂均匀涂敷在铝箔基底上(10cm×10cm),控制胶层厚度为1~2mm;然后按照表1所示的固化工艺条件分别进行固化,称重并记录固化后样块的质量(M1)。每种胶粘剂各制备4个样块,分别用于VOC含量测定和气味性能评价。



表1 车用胶粘剂种类及固化工艺

1.4 测试或表征

(1)状态变化:目测。

(2)VOC含量:采用日式袋子法进行测定[将2块同质胶粘剂样块装入10L采样袋中(不重叠),充入50%N2(相对于采样袋体积而言),在一定温度条件下加热2h;轻柔采样袋,使袋中气体分布均匀,再打开采样袋上的阀门,用采样泵将气体采集到TENAX(聚2,6-二苯基对苯醚)管和DNPH(2,4-二硝基苯肼)管中,分别用气相色谱仪和高效液相色谱仪分析苯系物和醛酮物含量]。

(3)气味性能评价:将2块同质胶粘剂样块放入1L气味评价瓶中,尽量摊开,以保证气味充分散发[其中装风挡玻璃胶样块的气味瓶在干态条件(气味瓶中不添加3级水)下,(105±2)℃处理2h;装其他胶粘剂样块的气味瓶在湿态条件(气味瓶中加入适量3级水)下,(70±2)℃处理24h];待样块中的气体培养时间达到规定期时,从恒温箱中取出气味瓶,冷却至一定温度,再依次进行气味等级评价[评价等级为1~10级,气味等级≥6级(可以忍受)为佳]。

2·结果与讨论

2.1 车用胶粘剂固化前后的状态变化

不同胶粘剂按表1中的固化条件固化后,其质量变化不明显,根据目测和碰触结果,其颜色和硬度的变化情况如表2所示。



表2 车用胶粘剂固化前后的状态变化

2.2 焊装用胶

不同焊装用胶的VOC含量、气味性能分别如图1、表3所示。由图1可知:不同焊装用胶中醛酮类物质的含量较低,对整车车内的VOC含量影响较小;不同焊装用胶中乙苯含量均相对最高,对整车车内的VOC含量影响最大。



图1 不同焊装用胶的VOC含量



表3 不同焊装用胶的气味性能

这是由于点焊密封剂、膨胀胶和减震胶的主要成分均为丁基橡胶、加工油和炭黑,三者对VOC含量的影响依次为加工油>炭黑>丁基橡胶。粗制加工油中含有大量芳香烃类物质,在反应过程中该类物质的功能基被破坏后会产生含碳量较小的苯类物质;炭黑在反应过程中会产生大量的小分子有机物;合成丁基橡胶的原料反应不完全时,也会残留一部分烯烃类物质。上述诸多因素共同作用,对胶粘剂中VOC含量的影响较大。

在加工过程中用硫磺和助硫化剂硫化丁基橡胶时,助硫化剂高温易分解,从而产生部分有毒物质及难闻的刺激性气味。由表3可知:折边胶含有较重的油漆味(属于反感级别),而其他3种胶粘剂含有橡胶味(属于难闻级别)。

2.3涂装用胶

不同涂装用胶的VOC含量、气味性能分别如图2、表4所示。由图2可知:不同涂装用胶中3种醛类物质的含量均相对较低,对整车车内的VOC含量影响较小;抗石击底胶的苯系物含量明显高于焊缝密封剂,并且对整车车内的VOC含量影响较大。



图2 不同涂装用胶的VOC含量



表4 不同涂装用胶的气味性能

这是由于焊缝密封剂和抗石击底胶的主要化学成分相同,只是糊状PVC(聚氯乙烯)树脂、增塑剂和溶剂等原料的添加比例不同;无论采用何种方法(如乳液法、微悬浮法或混合法等)制备糊状PVC树脂时,都会在氯乙烯原料中添加多种助剂,而这些助剂在后期高温阶段易分解出大量苯系物;用糊状PVC树脂制备涂装用胶时,会添加大量DOP(邻苯二甲酸二辛酯)增塑剂,而该增塑剂在加热时会产生大量刺激性气味和挥发性苯系物;另外,不同涂装用胶均以脱芳烃溶剂油作为有机溶剂,粗制溶剂油虽经过脱芳烃处理,但仍可能存在部分芳烃苯系物。上述诸多因素共同作用,均导致涂装用胶的VOC含量相对较高。

由表4可知:不同涂装用胶的气味等级均为4级,属于反感级别。这是由于焊缝密封剂和抗石击底胶的整车用量达到4.5kg,前者用于整个车身上,而后者用于汽车底盘处;后者散发的气味虽一定程度受到底盘、地毯等零部件的屏蔽,但其对车内气味性能的影响仍难以避免[5-6]。

2.4 总装用胶

不同总装用胶的VOC含量、气味性能分别如图3、表5所示。由图3可知:不同风挡玻璃胶的苯系物含量相对较高,风挡玻璃胶2的乙苯含量甚至超过12mg,这对整车车内的VOC含量影响极大。



图3 不同总装用胶的VOC含量



表5 不同总装用胶的气味性能

这是由于3家公司提供的风挡玻璃胶均以异氰酸酯、聚醚多元醇、增塑剂、炭黑和胺类催化剂为主要原料。异氰酸酯具有强烈的刺激性臭味,遇热易分解成氮氧化物烟气、CO和氰化氢;聚醚多元醇在制备过程中会残留诸多物质(如含活泼氢的化合物、环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷及催化剂等);增塑剂、炭黑等均会产生一定量的VOC;另外,目前使用的PU风挡玻璃胶均以溶剂型为主,其使用过程中会释放出大量的苯系物和醛类物质,从而严重污染了车内空气。

由表5可知:3种风档玻璃胶的气味等级(均为1级)极低,属于无法忍受的级别。风挡玻璃胶在整车中的平均用量为1.2kg,主要用于前风挡玻璃与车身框架接触部位处,受阳光直射;在阳光照射过程中风挡玻璃胶的温度明显升高,致使胶中气味散发得更严重,从而加重了风挡玻璃胶对整车车内气味性能的影响[7]。

3·改善措施

综上所述,车用胶粘剂(尤其是风挡玻璃胶)的VOC含量相对较高,气味性能也不理想,这对车内空气质量影响较大。

车用胶粘剂VOC含量及气味性能需从以下几个方面进行改善:①制定车用胶粘剂VOC含量的国家标准,使车用胶粘剂的VOC限量有标准可依;②寻找低气味、无毒的溶剂作为苯、甲苯、二甲苯和醋酸乙酯等溶剂的替代品;③开发水性胶粘剂和热熔胶[8];④完善胶粘剂使用的后处理工艺过程,尽可能使VOC挥发完全。

4·结语

(1)车用胶粘剂种类繁多,在实车装配过程中车用胶粘剂固化后的VOC含量及气味性能对车内空气质量影响很大。

(2)不同焊装用胶中乙苯含量均相对最高,对整车车内的VOC含量影响较大;其气味等级(3~4级)相对较高,属于难闻和反感级别。

(3)涂装用胶中抗石击底胶的VOC含量(除醛类物质外)明显高于焊缝密封剂,并且对整车车内的VOC含量影响较大;两者的气味等级(均为4级)均相对较高,属于反感级别。

(4)不同总装用胶中乙苯含量均相对最高,有的甚至超过12mg,这对整车车内的VOC含量影响极大;其气味等级(均为1级)相对较低,属于无法忍受的级别。
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