冰箱门封迁移问题探究

霍耀楠 曾天佑 黄玲

1.合肥华凌股份有限公司 安徽合肥 230601

2.美的集团股份有限公司 广东佛山 528300

1 引言

门封是冰箱上极为重要的塑料部件之一，它不仅作为外观件使用，还可作为一种特殊的结构件，也可以认为是一种性能件[1]。冰箱门封对整个冰箱的使用、保温效果和能耗都至关重要。冰箱门封的材质主要为软质聚氯乙烯S-PVC（Soft Polyvinyl chloride，S-PVC），只有少量高端冰箱的门封材质为热塑性弹性体（Thermoplastic Elastomer，TPE）或热塑性硫化橡胶（Thermoplastic Vulcanizate，TPV）等弹性较好的热塑性弹性体材料。冰箱门封的质量将会直接影响冰箱整体的能耗[2]、密封效果、保温效果以及用户体验等功能指标，而冰箱门封中增塑剂的种类和添加量又会对其性能起到至关重要的作用。

冰箱门封的低端原料S-PVC中普遍会添加增塑剂，增塑剂的主要作用为降低PVC材料的硬度、弯曲模量和低温脆性，增加弹性、塑性和柔韧性。冰箱门封添加的增塑剂主要为芳烃代酸酯类低分子物，邻苯二甲酸二辛酯（Dioctyl Phthalate，DOP）、对苯二甲酸二辛酯（Dioctyl Terephthalate，DOTP）、偏苯三酸三辛酯（Trioctyl Trimellitate，TOTM）、环氧大豆油（Epoxidized Soybean Oil，ESO）和癸二酸二辛酯（Dioctyl Sebacate，DOS）以及聚酯增塑剂等的一种或几种组合[3]。目前冰箱内胆使用的原材料主要为高抗冲聚苯乙烯HIPS，冰箱箱壳材质主要为彩色预涂（pre-coated metal，PCM）钢板、喷涂板或贴膜彩色（vinyl-coated metal，VCM）钢板。冰箱在正常关门状态下，门封会与冰箱内胆接触，也会与冰箱箱壳接触。影响门封迁移的主要因素是增塑剂[4]，由于S-PVC中增塑剂等低分子物质容易析出，门封与冰箱内胆及冰箱箱壳在长时间接触过程中容易发生粘连，最终会导致冰箱门不易打开，甚至出现冰箱内胆被腐蚀等问题[5]。本文主要通过对不同厂家的门封迁移对比测试，分析比较不同厂家生产的门封对板材的影响。

2 实验方案

2.1 实验设备

TY-20T 平板硫化机：江苏天源试验设备有限公司；

TY-160B开炼机：江苏天源试验设备有限公司。

2.2 样片准备

分别取不同厂家和竞品的长度为1 m左右的冰箱门封，将门封中的磁条抽出，并将剩余门封裁剪成0.1 m左右的片段，放入开炼机进行加热开炼，经硫化机进行硫化得到约2 mm厚的实验样片。

2.3 迁移测试方法

a.将硫化处理过的实验片材，按照5 cm×5 cm的尺寸分别裁取样品，进行称重，之后分别放置于上下两层HIPS样板、PCM板或喷涂钢板之间，在板材上层施以一定的载荷，置于70℃的恒温箱中24 h后，再次对样品进行称重，并观察板材表面有无迁移的痕迹。每组实验的平行样品数量为3组，取3组结果的平均值。

b.通过测量耐热处理前后门封的重量，计算增塑剂的迁移率，门封重量损失的比例即可认为是迁移率，这种对比测试方法较为直观，是我司对迁移率测试的简单方法。

具体计算公式为迁移率=（处理前重量-处理后重量）/处理前重量×100%。

2.4 样品选择

厂家1、厂家2和厂家3，竞品1和竞品2。

3 测试结果

3.1 门封污染程度比较

板材耐增塑剂迁移性能比较数据如表1所示，厂家2门封对不同板材迁移影响如图1所示。从表1和图1的结果可以直观地看出，在相同实验条件下，对比不同厂家的门封发现，门封对HIPS板材迁移较大，门封中的增塑剂很容易对HIPS进行浸润、污染且污染难以去除，在板材表面留下了明显的痕迹，同时增塑剂对HIPS板材会有溶胀效应，影响HIPS板材的尺寸稳定性；门封对喷涂板会有轻微的迁移，板材表面的痕迹很难观察出，污染不明显且容易擦除；对PCM板会有一定的迁移和浸润，板材表面也能够明显地观察到有痕迹出现，但痕迹比HIPS板材要轻很多，形成的污染无法擦除。总体而言，不同板材受影响程度（由重到轻）：HIPS＞PCM＞喷涂板。

表1 板材耐增塑剂迁移性能比较

图1 厂家2门封对不同板材迁移影响

3.2 不同外加载荷下、不同厂家门封产品的迁移率

本文选取了5个厂家的原料并加工成相同尺寸的门封，配方有所差别，其中b、d、f分别为厂家1、2、3配方调整后的型号。表2和图2是不同厂家、不同型号的门封在2 kg载荷下的迁移率，厂家1、2、3分别选择了两种型号的门封，分别是配方调整前的型号a、c、d和配方调整后的型号b、e、f。此外，本文同步对比了外加载荷大小对迁移量的影响，将载荷增加到5 kg，结果如表3和图3所示。

表2 2 kg、70℃、24 h实验条件下的门封迁移率

3.3 结果分析

从上述实验结果可以看出，门封在一定温度和外加载荷的条件下，内部的增塑剂会析出，会对板材造成一定的影响。门封对不同板材的迁移率不同，当外加载荷为2 kg时，迁移率都在0.8%以下（如图2所示）；提高外加载荷能够使得迁移率明显增加，表明外加载荷会使得增塑剂更加容易析出，对板材造成浸润、污染。在外加载荷为5 kg时，迁移率明显升高，但都保持在1.6%以下（如图3所示）。由于门封中的增塑剂是一种有机化合物，容易浸润同为有机物的HIPS，门封对HIPS的迁移率比较大；而由于喷涂板和PCM板表面覆有一层有机涂层，因此也会不同程度地受到门封迁移的影响。对比厂家1的两种不同的门封可以发现，门封改进（型号b）之后，增塑剂从门封中析出变得更加困难，因此对于这三种板材的迁移、浸润能力都下降得非常明显；而其他厂家的门封改性后（型号d、f）对HIPS板材的迁移率也有一定程度的下降，但是对于其他两种板材则下降趋势不明显，甚至还有上升趋势。如表4所示为不同厂家使用的增塑剂对比。

图2 2 kg、70℃、24 h实验条件下的门封迁移率

表3 5 kg、70℃、24 h实验条件下的门封迁移率

图3 5 kg、70℃、24 h实验条件下的门封迁移率

从表5可以看出，除了厂家1a门封之外，HIPS的受污染程度都要比PCM板材和喷涂板受污染程度要高，这也与上文的结果相符合。厂家1b门封产品表现优异，对HIPS没有明显的迁移效果。不同厂家的门封对于PCM板都有一定的迁移作用，形成的污染无法消除。喷涂板耐迁移、耐污染的能力最强，厂家1两种门封对于喷涂板的迁移作用很微弱，其他厂家的门封会对喷涂板造成一定污染，但这种污染是可逆的。由于厂家2使用的增塑剂含量比厂家1要高3～4%，相同条件下增塑剂更容易析出，而增塑剂含量对HIPS板材的影响很大。总体而言，不同型号影响程度比较（由重到轻）：2c，2d＞3e，3f≈g≈h＞1a＞1b。

表4 不同厂家使用的增塑剂

表5 污染程度比较

4 结论

增塑剂是PVC材料使用最广泛的一类助剂，能够很好地改善PVC的加工和使用性能。这类小分子存在于PVC的分子链之间，降低了PVC分子链之间的相互作用，但是会在外界因素作用，如温度、压力作用下由材料的内部迁移到材料的表面，使得材料表面“发油”。冰箱在关门的时候，门封不可避免地要与冰箱PCM板和HIPS吸塑内胆相接触，这些迁移出来的增塑剂会对板材造成浸润、渗透，形成污迹难以擦除，而随着增塑剂的迁移到表面，材料本体的增塑剂含量减少，也会使得PVC变硬、变脆甚至开裂。因此通过配方的调整来减少增塑剂的迁移是PVC门封领域很有意义的一个研究方向。

（1）通过肉眼直接观察以及迁移率测定结果可以看出，门封对板材影响程度由重到轻分别为：HIPS＞PCM＞喷涂板，对门封进行改性，可以一定程度上降低迁移率，减少增塑剂对板材的污染。

（2）不同厂家的门封对板材污染程度（由重到轻）：

HIPS板：2c，2d＞3e，3f≈g≈h＞1a＞1b。

PCM板：g≈h＞1a＞2c，2d＞3e，3f＞1b。

喷涂板：2c，2d＞3e，3f＞h＞g≈1a＞1b。

（3）厂家2使用增塑剂含量较其他厂家高，因此迁移率大，对各种板材造成的污染也比其他厂家更高。

（4）厂家1调整配方料较之前配方有所改善；厂家2、厂家3较各自之前配方均有所改善。

PVC配方的调整虽然能够在一定程度上缓解迁移和对板材的污染，但是只要有增塑剂的存在，这种迁移和污染都是不可避免的。随着人们环保和健康意识的提高，软质PVC这类含有增塑剂的制品已经处于逐步被替换、被淘汰的状况。同样地，在电冰箱领域，寻找一种低成本、综合性能优异的材料来替代软质PVC迫在眉睫，除了热塑性弹性体（TPE、TPV）之外，一些合金材料也在开发之中。