微发泡技术对聚丙烯注塑产品中VOC含量影响

崔文兵 李志通 高梦鸾 尹晶晶 魏元生

(长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定， 071000)

工业技术

微发泡技术对聚丙烯注塑产品中VOC含量影响

崔文兵 李志通 高梦鸾 尹晶晶 魏元生

(长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定， 071000)

通过微发泡技术制备了聚丙烯(PP)注塑产品，用气质联用(GC-MS)及高效液相色谱(HPLC)对产品中挥发性有机物(VOC)进行分析，考察了微发泡技术引起的工艺变化对PP注塑产品中VOC含量的影响。结果表明：在一定注射温度范围内，加工温度对PP注塑产品VOC含量影响无明显规律；但是背压升高使VOC含量全面升高；减重并未使VOC含量全面降低，微发泡技术一定程度上使VOC中苯类物质含量升高，醛类物质含量降低。

聚丙烯 微发泡技术 挥发性有机物 加工温度 背压

微发泡技术最早是由美国麻省理工学院提出的概念并发展了相应的注射成型技术，Trexel公司将微发泡技术商品化并大力发展。其主要原理是将SCF(超临界流体)溶于聚合物熔体中，在注入模具过程中,由于压力的剧烈变化，在聚合物熔体中，产生大量气泡核，气泡核随着气体的渗入而进一步长大，最终随着熔体温度的降低而被定型，形成微孔发泡制品[1]。由于微发泡技术能够在满足汽车相关性能需求的基础上，实现减重，并且能够有效改善塑料产品的翘曲及缩痕现象，而在汽车上获得越来越广泛的应用[2]。

汽车内饰中常温下易于挥发的有机挥发物多达160多种以上，其中危害较大的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛等，随着汽车行业法规的完善及人们对自身健康的重视，挥发性有机物(VOC)含量愈加受到人们关注[3]。但是关于微发泡技术对产品VOC含量影响的研究鲜有报道。下面主要以三元乙丙橡胶增韧含滑石粉20%的聚丙烯(PP)改性材料(PP+EPDM-T20)为基础，分别研究由微发泡技术引起的重量、加工温度、背压条件变化对PP改性材料中VOC含量的影响。

1 试验部分

1.1 主要原料及仪器设备

PP+EPDM-T20，C3322T-GD GWP9001 CB1580，上海普利特复合材料有限公司。

能谱仪，GENESIS APEX2，美国伊达克斯有限公司；高效液相色谱，Ultimate 3000，气质联用仪，ISO/TRACEGCULTRA，均为赛默飞世尔科技(中国)有限公司;改装注塑机，MA2500Ⅱ/1000mcf，宁波海天塑机集团有限公司。

1.2 试样制备及测试

将PP+EPDM-T20在90 ℃干燥箱中烘干6 h使用。微发泡试样的制备采用欠注法来控制产品的减重比，气体流量为0.45 kg/h。

VOC含量测试采用每种规格使用多个同批次样件一起测试来提高数据准确性的方法，使用100 L采样袋。具体测试方法为将测试样品置于密闭氮气中，在规定温度下加热2 h，采集一定体积气体样品捕集VOC，利用气质联用及高效液相色谱对VOC含量进行定性、定量分析。

2 结果与讨论

2.1 PP注塑产品微观结构分析

图1是普通PP注塑产品断面微观结构(放大200倍)。图2是减重10%微发泡产品的微观结构(放大200倍)。从图2可以看出，微发泡产品孔径大小分布在20～50 μm，气孔大小及位置分布较为均匀，符合预期结果。

2.2 不同加工温度对VOC含量影响

表1和表2是在不同温度条件下，普通PP注塑与微发泡10%减重PP注塑产品中VOC含量的测试结果。

*TVOC为挥发性有机物总量。

从表1及表2可以看出，对于VOC中的苯类物质、TVOC及醛类物质(未检测出丙烯醛)，在此次试验温度范围内，2种工艺条件挥发物质含量随着温度改变无明显的规律。在实际注射成型过程中，发现在185～235 ℃随着温度的降低，对普通PP注塑过程有一定影响；而对微发泡技术影响较小，其能够在185 ℃条件下正常注射成型。

2.3 背压对VOC含量影响

表3是背压对微发泡10%减重PP注塑产品中VOC含量的影响。从表3中可以看出，随着背压的升高，各项有机挥发物含量均有所升高。这是因为背压的升高具有压力效应及温升效应[4]，高温高压的环境加快了熔体中PP材料及助剂的氧化分解。

2.4 不同减重对VOC含量影响

表4是用常规注塑及微发泡技术5%,10%,15% 3种减重配比下PP产品中VOC含量测试数据。从表4中可以看出，微发泡技术制备的产品VOC含量相比常规注塑变化很大。随着减重比例的增加苯类物质含量呈上升趋势；醛类物质方面，微发泡产品相比普通产品均有降低，但无明显的趋势；微发泡产品TVOC含量相比普通产品降低明显，但随着减重比例的升高而升高。这可能是由于微发泡工艺有助于PP及相关助剂的氧化分解，但是随着减重比例的增加，气孔总体积增加而存储更多有机挥发性物质，而各有机挥发性物质与PP间分子作用力不同，导致最终在测试过程中出现表4所示结果。

3 结论

a) 微发泡技术能够使注射温度降低，但在一定范围内，加工温度对PP注塑产品VOC含量影响无明显规律。

b) 微发泡技术需要更高的背压以利于注射成型，背压的升高促进VOC含量的升高。

c) VOC含量并未随重量减少而实现各类有机挥发物质的全面降低，微发泡技术的应用一定程度上使苯类物质含量升高，醛类物质含量降低。

[1] 张洪吉，信春玲，李庆春，等.超临界二氧化碳/乙醇发泡体系制备聚苯乙烯微孔发泡材料[J].塑料,2010，39(5):55-57.

[2] 信养玲，何亚东，李庆春，等.影响聚丙烯发泡倍率和泡孔结构的主要工艺参数研究[J].塑料,2008，37(2):1-7.

[3] Yoshids T,Matsunaga I.A case study on identification of airborne organic compounds and time course of their conecentration in the cabin of a new car for priviate use[J]. Environ Int ,2006,32(1):58-79.

[4] 谢美华.背压对注塑工艺的影响[J]. 工程塑料应用， 2004,32(7):29-31.

The Influence of Microcellular Technology on VOC Contents of PP Injection Molding Products

Cui Wenbing Li Zhitong Gao Mengluan Yin Jingjing Wei Yuansheng

(R&D Center of Great Wall Motor Company, Automotive Engineering Technical Center of He Bei, Baoding， 071000)

Polypropylene(PP) injection molding products were prepared by microcellular technology. The volatile organic compounds (VOC) of the PP microcellular products were measured with GC-MS and HPLC, and the effects of process variations caused by microcellular technology on the VOC contents of PP injection molding products were investigated. The results show that the influence of the process temperature on the VOC contents of the products shows no obvious trend in a certain range of injection temperature. But the back pressure increasing leads to higher VOC contents. Although microcellular technology can reduce weight of the products, it can′t decrease the contents of VOC. Among the VOC of the microcellular products,the content of benzenes increases while the content of aldehyde decreases.

polypropylene; microcellular technology; volatile organic compound; processing temperature; back pressure

2015-02-26;修改稿收到日期:2015-06-08。

崔文兵(1981—)，男，工程师，主要从事汽车非金属材料技术的开发应用工作。E-mail：cyclxcl@gwm.cn。