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【專題綜述】健康駕乘:汽車內(nèi)外飾VOC控制與治理

2024-08-15 119

一、引言

在全球汽車行業(yè)積極追求“輕量化”的浪潮中,新型輕質(zhì)的復(fù)合材料憑借其在減重方面的卓越表現(xiàn),正逐步占據(jù)汽車設(shè)計與制造的核心地位。這些材料不僅能夠顯著提升汽車的動力性能、乘坐舒適度和安全性,更通過減輕零部件重量約40%的壯舉,極大地優(yōu)化了車輛的整體效能,并有效降低了車企及零部件制造商的采購成本,因此備受業(yè)界青睞。然而,值得注意的是,汽車用塑料在帶來諸多便利的同時,在原材料合成、配方改性及注塑成型等多個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中會產(chǎn)生一定的氣味與揮發(fā)性有機化合物(VOC)排放問題。

揮發(fā)性有機化合物包括但不限于甲醛、氨、乙二醇、酯類等。當(dāng)車內(nèi)VOC濃度累積至一定水平時,將對乘客的健康構(gòu)成嚴重威脅,引發(fā)包括頭痛、惡心、嘔吐、乏力在內(nèi)的多種不適癥狀,甚至在極端情況下可能導(dǎo)致抽搐、昏迷,并對肝臟、腎臟、大腦及神經(jīng)系統(tǒng)造成長期損害,影響記憶力等生理功能。因此,在享受汽車用塑料帶來的便利與經(jīng)濟效益的同時,我們也需要高度關(guān)注其可能帶來的環(huán)境與健康風(fēng)險,采取有效措施加以防范與控制。


二、國內(nèi)外政策環(huán)境


1999年至今,歐盟發(fā)布了溶劑使用指令與國家排放上限指令,旨在通過設(shè)定排放限制和使用有機溶劑設(shè)施的運行條件,預(yù)防或減少VOCs對環(huán)境和人類健康的直接影響和間接影響。并設(shè)定各成員國到2020年和2030年的VOCs排放上限,推動成員國采取措施減少VOCs排放。

國務(wù)院與生態(tài)環(huán)境部近幾年都發(fā)布了關(guān)于VOC管控與治理的相關(guān)法規(guī)。《2020年揮發(fā)性有機物治理攻堅方案》強調(diào)了VOCs治理的重要性,提出了具體的工作目標和措施,包括加強監(jiān)測、執(zhí)法、人員和資金保障,以及與相關(guān)部門和行業(yè)協(xié)會的協(xié)調(diào)配合 。在《空氣質(zhì)量持續(xù)改善行動計劃》中VOCs減排被頻繁提及,強調(diào)了優(yōu)化含VOCs原輔材料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu),強化全流程、全環(huán)節(jié)綜合治理,以及提升VOCs治理和監(jiān)管能力。“十四五”掀起VOC治理高潮,通過實施‘十四五’規(guī)劃,把紙上的落地落實,讓措施變成藍天,增強人民群眾的幸福感和獲得感。

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圖1“十四五”VOCs排放總量控制技術(shù)路線


中國生態(tài)環(huán)境年報公布,在《排放源統(tǒng)計調(diào)查制度》確定的統(tǒng)計調(diào)查范圍內(nèi),2021年與2022年全國廢氣中揮發(fā)性有機物排放量為 590.2 萬噸和566.1 萬噸。其中,工業(yè)源揮發(fā)性有機物排放量占比為35.2%和34.5%;生活源揮發(fā)性有機物排放量占比為30.8%和31.7%;移動源揮發(fā)性有機物排放量占比為33.9%和 33.8%。經(jīng)過一年揮發(fā)性有機物排放量減少了24.1萬噸,這說明VOC管控政策有一定的成效。
表1 全國及分源揮發(fā)性有機物排放情況


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三、汽車VOC測試方法


汽車VOC測試不僅要對整車VOC進行測試,而且材料與零部件總成的VOC測試。不同的測試有不同的方式,如下:

1)整車VOC測試

目前,針對汽車整車的VOC含量,主要有三種主流的測試方法:頂空方法(HS-GC/MS)、熱脫附法(TD-GC/MS)和袋子法(Bag-TD-GC/MS)。

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圖2.不同主機廠采用的測試方法分布圖(來源:有駕,汽車VOC測試方法介紹)


2)零部件(總成)VOC測試


VDA 276標準,采用平衡濃度排放氣體的方法進行測試

3)材料VOC測試:

針對不同材料,有專門的測試方法和標準,如GB/T 37884-2019針對涂料中VOC的釋放量,GB/T 35457-2017針對彈性、紡織及層壓鋪地物VOC釋放量的試驗方法等。

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四、汽車材料VOC治理技術(shù)


汽車內(nèi)外飾的材料主要是聚丙烯基復(fù)合材料、聚氯乙烯基復(fù)合材料和ABS基復(fù)合材料。低VOC(揮發(fā)性有機化合物)復(fù)合材料的制備工藝主要關(guān)注于減少材料在高溫環(huán)境下釋放的VOC含量,以降低對環(huán)境的污染。

表2. VOCs治理的相關(guān)技術(shù)介紹

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一種方法是通過添加特定的吸附劑、萃取劑或光催化劑來降低VOC含量。例如,在聚丙烯復(fù)合材料中添加活性炭、多孔二氧化硅等物理吸附劑,或添加無機光催化劑來分解有機小分子,從而降低VOC含量。Bo Sun成功開發(fā)了一種創(chuàng)新的超級活性可再生炭(SARC),有效減少了低碳復(fù)合材料(LCCs)混煉過程中有氣味的揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的排放。VOCs的氣相色譜-質(zhì)譜(GC/MS)分析結(jié)果顯示,揮發(fā)物排放量大幅降低59.21%,為長期困擾低碳復(fù)合材料混煉過程中的惡臭排放問題提供了切實可行的解決方案。王曉暉發(fā)現(xiàn)一定量的萃取劑BYK-P4200加入,不僅可以實現(xiàn)異相成核的作用,利于PP的結(jié)晶,而且可以降低聚丙烯復(fù)合材料中的揮發(fā)性有機物,從而有效地降低PP復(fù)合材料的VOC含量和氣味。此外,汽提劑和氣相二氧化硅的復(fù)配作用也可以降低聚丙烯復(fù)合材料中的VOC量。通過控制攪拌條件和組分比例,可以有效吸附和去除VOC,同時保持材料的力學(xué)性能。
表 3.化合物中揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的含量


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另一種方法是利用專業(yè)的脫揮設(shè)備和工藝,在聚合過程和加工過程中進行脫揮。例如,在加工過程中的脫揮利用排氣擠出機進行熔體脫揮,并添加驅(qū)除劑如碳酸氫鈉等來降低材料的VOC揮發(fā)量。


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圖3.聚合物脫揮設(shè)備


五、未來展望


汽車內(nèi)外飾VOC量是一個復(fù)雜的指標,受多種因素影響。為了確保車內(nèi)空氣質(zhì)量達標,汽車廠商需要采用合適的測試方法和標準對整車、零部件及材料進行嚴格檢測,并加強材料質(zhì)量控制、優(yōu)化加工工藝和安裝工藝、改善使用環(huán)境等措施。同時,政府和監(jiān)管機構(gòu)也應(yīng)加強相關(guān)法規(guī)和標準的制定和執(zhí)行,提高汽車內(nèi)外飾VOC的合格率。

隨著技術(shù)的不斷進步和環(huán)保法規(guī)的日益嚴格,汽車內(nèi)外飾VOCs的控制與管理將更加注重源頭治理和綠色設(shè)計。未來,汽車制造業(yè)將更加注重材料創(chuàng)新,開發(fā)更多環(huán)保、可降解、低VOCs的材料;同時,智能化檢測技術(shù)也將得到廣泛應(yīng)用,實現(xiàn)VOCs排放的實時監(jiān)測與精準控制,為乘客提供更加健康、舒適的駕乘環(huán)境。


參考文獻:

《應(yīng)用污染源普查成果探索大氣污染防治》

《低VOC聚丙烯復(fù)合材料的制備與性能研究》

《塑料著色國內(nèi)外法規(guī)及其相應(yīng)的規(guī)則和標準——汽車內(nèi)飾塑料材料VOCs來源及相關(guān)檢測方法》



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