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            PP粒料、助劑選擇,吸附劑除味,萃取–脫揮技術 車用聚丙烯復合材料氣味控制技術
            瀏覽次數:863   發布時間:2021-6-22 15:44:30

            PP粒料、助劑選擇,吸附劑除味,萃取–脫揮技術 車用聚丙烯復合材料氣味控制技術

            汽車制造行業所需塑料品種繁多,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。

            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。

            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,

            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?;瘜W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。
            文章來源:工程塑料應用
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