浅谈汽车内饰材料低气味用炭黑-博客

       【摘要】本文主要对汽车内饰材料气味的检测发展进行相关介绍，同时分享一种简易通用的炭黑应用气味测试方法，从而推进炭黑在改性塑料领域气味测定标准的完善。

【关键词】汽车内饰材料 低气味

一、气味的来源及影响

塑料材料的气味来源于聚合、改性和成型三个阶段。原材料合成过程中的单体、催化剂、乳化剂、副产物、低聚物等的残留，配方中原料、助剂、填料等的分解反应所产生的易挥发小分子化合物，成型加工过程中螺杆剪切引起材料降解产生的小分子，都是材料气味和VOC的来源。

        气味的控制，是从树脂的筛选、填料的选择、加工助剂的组合、成型及后处理工艺等各个环节入手。选择残留物少的基体树脂，填料选择纯度高的滑石粉，合理配合使用助剂，都能减少小分子的产生，从而控制气味。

汽车内饰中塑料用量越来越大，很多车型中的立柱、门板、仪表板等内饰部件，都不同程度地采用塑料，其中低气味塑料指汽车内饰件或材料，释放的气味比较小，符合汽车内饰件相关测试标准的一类塑料。VOC是汽车内饰件的气味的重要来源。一方面有些内饰件材料，暴露在阳光中温度较高，会挥发释放气味较大的VOC物质。另一方面，材料在加工过程中，可能也会产生有气味的小分子物质，这些小分子物质的释放过程是缓慢的、长期的释放VOC物质。当车内的VOC达到一定浓度时，短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力，严重时会出现抽搐、昏迷、记忆力减退等不良反应。此外汽车内VOC夜会伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，甚至可能致癌。因此车企对材料的气味都有要求，需要通过气味测试，符合一定的标准。

图一 汽车内饰材料

不同的车企，执行的标准也不一样。目前国内及欧美、日均没有汽车车内空气质量的国家标准、法规。但有资料表明国外主要汽车公司对于车内空气质量的控制，主要通过对配套零部件的管理来实现的。在汽车领域，车用材料的改性PP、改性ABS、PC/ABS合金、改性PA、等多种系列产品需符合RoHs、REACH等欧盟对有害物质管控的要求。该类材料具备力学性能均衡、加工性能优异、耐热性能高、低气味(例如：PP材料气味小于2.5级，PC/ABS、PA材料气味小于3级)、低散发的特点。

二、气味的检测方式

气味是一个因人而异的主观问题，以如何来开发一个系统标度气味很有难度。客观确认气味的第一步是让一组人来辨别划分他们所闻到气味是否是令人愉快的或者是不愉快的。根据辨别小组的反映，再采用标准的仪器分析方法如气象色谱、固态光谱、GS/MS等来测定塑料挥发物的等级。但是这些较早的仪器分析系统需要专家进行认真的分析评估才能得出准确的结论。

例如欧美车系使用较多的顶空气气相色谱法：取一定量的样品放入顶空瓶中，在一定温度下加热，用气相色谱质谱对挥发出的气味进行测定，该方法比较简单，但重复性差。日系车型则更多使用采样袋-气相色谱质谱法：将待测的样品放入一定规格的特殊采样袋中，然后将密封的采样袋放入烘箱在65℃下加热2h，用Tenax吸附管和采样泵进行采样，采样管可以用热脱附-气相色谱质谱法进行测定，也可以用有机试剂将吸附剂进行洗脱后，用气相色谱质谱对洗脱液进行测试。

最新的塑料气味检测仪器是一种称为“电子鼻”的装置，它依靠电子探头点阵和模式识别技术来工作。仪器操作人员把样品加热将释放出的挥发物引导进入探头点阵进行检测～所得到的结果以数字模式显示～因而易于同辨别小组的结论关联对应起来。根据具体要求～挥发物气味可以划分为愉快的、中性的、不愉快的～或者是以强度和分子聚集度的形式进行报告。在竞争激烈的塑料市场中，刺激性的气味会使销售大受阻碍，而中性或者令人愉快的气味则会受到客户的欢迎。采用气味去除技术可能会在短期内增加塑料产品的成本，但是从长期来说一定会有很好的回报。

图二 GS/MS（气相色谱/质谱仪）                                                                                                                       图三 电子鼻（气味检测仪）

以下分享一种安徽黑猫实验室内部简易的气味测定方法。

三、实验部分

（一）主要原料

炭黑、低气味聚丙烯树脂（中海壳牌EP648U）、抗氧化剂1010、抗氧化剂168；

（二）主要设备及仪器

双螺杆挤出机、烘箱；

（三）试样制备

1.母粒制备：

根据表1配方使用高速搅拌机进行预混合，混合完毕后物料加入双螺杆挤出机（加工温度200℃左右）进行挤出造粒，制成气味母粒。

表1气味母粒配方

2.测试流程

（1）将1L气味瓶用无水乙醇清洗干净，在烘箱中用100℃烘干30分钟（气味瓶打开，气味瓶和瓶盖分开）。

（2）把20g样料置于干净的气味试验瓶中，放入85℃烘箱中，2h后，取出气味瓶，如图四。

（3）待气味瓶冷却到60℃左右后（较烫手但能接受），气味评价组成员逐个旋松瓶盖，各自独立闻气味并依据标准打分，参照表2。将每个人的数据记录后，求出平均值作为最后的气味结果，参照表3。

表2 气味评判标准

表3气味评分表

图四 实验室气味瓶

（4）结果分析

通过多位人员闻气味进行打分的方式，即可定量比较气味的强弱。

（5）还有一种简易的汽车内饰材料VOC测试方法（冷凝物称重法）

a.取20-50g样料充分干燥，放入干燥洁净的玻璃测试瓶中，盖上已知重量的玻璃板，玻璃板上装置可动冷凝设备（控温38℃）。

b.密封的测试瓶被放入102℃的油浴中加热16小时。

c.比较加热前后玻璃板的重量变化，即可算出挥发性冷凝物的重量，除以原始材料重量即为VOC含量，多次测量取平均值即为检测结果。

结语

随着人们对高品质生活的追求，汽车不断走进千家万户，据公安部统计，2023年我国汽车保有量已达到3.36亿辆，新注册登记汽车2456万辆，新注册登记量已连续10年超过2000万辆。而汽车内饰味道一直为用户诟病，除了在聚氨酯、聚丙烯等主要材料等上开展了大量的工作外。黑色作为汽车内饰的主流配色，其市场用量非常广阔，而炭黑就是汽车黑色内饰的主要着色材料。因其生产工艺和原料导致炭黑表面会残留多环芳烃以及含有微量卤素。而卤素也对环境和人类生命健康的造成威胁。因此低气味的炭黑研发探究日益重要，也是顺应当前环保政策的要求。同时我国年产汽车逾3000万辆，其中内饰塑料件、皮革件、结构胶、密封胶条等均需要使用炭黑，按每辆车0.5kg炭黑计，需要炭黑用量为15000吨，炭黑按照25元/kg，仅炭黑产品的用量为3.75亿元，潜在的市场规模极为丰富。