汽車用塑料品種繁多，聚丙烯(PP)復合材料是主要品種之一，其用量占汽車塑料使用量的1／3以上。但因降解、氧化等原因產生大量揮發性有機物(VOCs)，造成車內環境質量下降，限制了PP材料在高檔汽車中的應用。

吉利汽車研究院(寧波)有限公司對車用PP復合材料氣味管控技術方面的研究進行了介紹。

車用PP復合材料氣味來源分析

車用PP復合材料氣味的來源復雜，從基材的聚合到復合材料的改性加工再到運輸、儲存、使用等過程都會有散發性氣體產生。

首先PP原料在聚合時，存在己烷、乙醇、庚烷等溶劑和部分小分子聚合物的殘留。

其次，加工過程中需要添加催化劑、助劑。如能增加兩相相容性的增容劑；提高耐刮擦性能的耐刮擦劑；增強光熱穩定性的抗氧劑和光穩定劑等。添加的催化劑和助劑基本都屬于小分子化合物，這些小分子化合物賦予了PP復合材料更加優異的加工性能和應用性能的同時也對PP復合材料的異味有一定的貢獻。

最后，在加工過程，如注塑、擠壓加工改性時，PP在高溫高剪切加工下由于自由基的斷裂以及分子歧化反應產生醛、酮等散發性氣味。PP分子鏈上含有極不穩定的叔碳原子，在光、熱、機械等外界作用下發生降解釋放一些散發性物質。

車用PP復合材料氣味控制技術

01 PP粒料的選擇

為了滿足輕量化、薄壁化的零件設計要求，PP改性材料要求較高的流動性，即較高的熔體流動速率。當前生產高流動PP粒料方法有氧化降解法和氫調法。

氧化降解法工藝簡單，可操作性強，但在氣味方面存在缺陷。隨著國六標準強制執行，對車內空氣質量要求的加強，這種方法在車用PP粒料生產中逐漸表現出了應用的局限性。

而氫調法通過氫氣濃度對PP粒料的流動性進行調節，不會產生強烈的異味物質，在車用PP粒料的生產中逐漸受到青睞。由于分子量調節劑氫氣反應活性低，對催化劑的要求較高，工藝尚不十分成熟，但也有不少企業取得了一定的進展。

將加氫法和氧化降解法生產的樹脂制備的復合材料進行VOCs含量的對比測試，結果見圖1。圖1表明，加氫法樹脂制備的復合材料VOCs含量降至28μg／g以下，而降解法的VOCs含量高于45μg／g，加氫法VOCs下降幅度高達38%。

02 助劑的選擇

PP材料在汽車上的應用有主副儀表板、門板、立柱等零件。為滿足不同零部件對材料特性的要求，通常會加入各種助劑。助劑的加入改善了PP復合材料的性能，但同時也給PP材料帶來了氣味問題。究其原因，或是因為有些助劑自身的氣味，又或是因為加工過程中的高溫降解，生成一些氣味物質。

汽車主副儀表板、門板、立柱等具有外露面的零件，對材料的耐刮擦性要求較高，因此在生產這些零件時需加入耐刮擦劑進行性能優化，常見耐刮擦劑主要有聚硅氧烷類和酰胺類。

部分PP材料中采用過氧化物作為分子量調節劑，產生新的氣味問題。傳統的過氧化物如氧化二異丙苯、二叔丁基過氧化物等在高溫下易分解成醛、酮等異味分子。而采用二叔戊基過氧化物與PP樹脂混合制成母粒，可有效降低過氧化物降解帶來的氣味問題。

PP若發生氧化反應，會導致材料變黃、硬化等不良現象。而通過加入抗氧劑，可以捕捉自由基形成穩定產物，延長PP材料使用壽命。有研究表明，不同類型的抗氧劑揮發性不同，揮發性隨相對分子質量升高而降低，可以選擇高相對分子質量的抗氧劑作為降低氣味的手段之一。

PP復合材料用助劑種類復雜，選擇合適的助劑對材料的氣味改進效果是明顯的。助劑的優化可從以下三個角度出發：一是助劑在低濃度下的高效性；二是助劑與基材良好的相容性且不與復合材料其它組分反應、不影響復合材料的其它性能；三是高熱穩定性、低揮發性、無異味。

03 吸附劑除味

添加吸附劑是提升PP改性材料氣味的有效手段之一。吸附劑除味主要分為化學反應和物理吸附。

化學反應是指在PP材料中加入特殊的螯合劑，使其與易揮發物質發生螯合反應。由于反應產物的分子量較大，不易揮發出來，從而鎖定了異味成分。化學吸附主要依靠物質間的化學鍵，即需要吸附劑和氣味物質產生一定的化學反應，因此化學吸附的針對性特別強，適用于揮發性物質種類少且明確的情況下。

物理吸附主要是采用多孔結構物質，利用其大量的結晶空洞對氣味分子或揮發性的小分子進行吸附，常用的物理吸附劑有氧化鋁、活性炭、硅藻土、凹凸棒硅膠、分子篩等。

物理吸附和化學吸附從其吸附除味原理來看，應用中各有限制，為增加吸附效果目前產業中將多種除味劑進行復配使用的較多。由于吸附劑的種類多樣，吸附原理和作用不同，對PP材料本身的物性影響也有不同，因此，在實際生產加工中，需要進行多輪的試驗、小批量驗證，最終優選最佳的吸附劑選用方案。

04 萃取–脫揮技術

吸附型除味技術是將氣味分子以化學或物理形式吸附，從而減少氣味分子的揮發。而萃取型除味則是通過加入揮發性強的萃取劑，萃取劑通常為低沸點化合物，利用萃取劑與氣味小分子共沸原理，將氣味分子脫離PP材料。

當前常用的萃取劑有水、低分子醇醚、含水的聚合物母粒以及表面活性劑等。從萃取型除味原理來看，萃取除味技術通常需結合PP材料造粒過程中的抽真空，即脫揮技術來提高除味效果。一般在PP材料改性造粒生產過程中，采用的是雙螺桿擠出機。雙螺桿擠出機的剪切較強，且可以分段執行不同功能，有剪切區和推進區之分。在推進區可以將部分螺桿區域開孔、開槽，和抽真空設備一起形成脫揮區。多階脫揮裝置在合成、混煉、造粒的過程中脫除小分子物質，從而減少加工過程中的副反應。而萃取劑在熔體中快速揮發運動，進一步加快了小分子的脫離。

脫揮效率在一定范圍內隨著真空度的增加而提高，同時增加萃取劑的用量，也能促進PP改性材料中揮發物的散發速度。但過大的真空度會導致生產成本的增加且當真空度達到一定值后，也即當吸附–解吸附達到平衡后繼續增加真空度，對脫揮效率基本無明顯提高，真空度的選擇需跟進生產情況綜合考慮。

05 后處理條件的選擇

在PP改性造粒過程中，溫度一般在230℃以上。在這個溫度區間，PP材料本身已開始分解。同時，在高溫條件下，PP和助劑會產生復雜的聚合和分解反應。PP的分解產物和助劑參與反應的副產物，是PP材料加工過程中新產生的小分子物質，會明顯影響材料的氣味狀態。因此，需要針對這些小分子材料，通過增加烘烤后處理的方式，有效地使其揮發，減少其對材料的氣味影響。

目前，主流的改性廠家，均采用烘料罐的形式，對粒子進行烘烤后處理。部分生產廠家，甚至會采用多輪烘料罐的形式，增加烘料的時間和烘料的均勻度，進一步增強小分子異味的散發。表1、表2為不同烘料溫度和烘料時間的氣味等級。

結語

PP復合材料的氣味來源是復雜多樣的，或因為聚合物在光、熱等外界作用下的降解；或是由于加入各種助劑的氧化、分解作用等。在車用PP復合材料生產中，應根據不同零部件所需性能的要求，選擇合適的原料和助劑，適當地優化工藝參數，科學地選擇除味方法，高效地使用脫揮設備，將多種氣味改性技術協同化，最終達到提升材料氣味等級的目標。