生物基PVC糊树脂在汽车内饰人造革中的应用性能研究

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以传统石油基聚氯乙烯（PVC）糊树脂为参照体系，对生物基PVC糊树脂的基本性能进行测试和分析，并对其在汽车内饰人造革材料中的应用性能进行研究。实验结果表明，生物基PVC糊树脂的性能符合汽车内饰人造革制造原料的要求。用生物基PVC糊树脂制备的汽车内饰PVC工业膜的各项性能也与目前所用传统石油基PVC工业膜的性能基本一致。因此，可以使用生物基PVC糊树脂对传统石油基PVC糊树脂进行取代替换，实现汽车内饰人造革材料的制备与生产应用，从而极大地降低对石油资源的依赖，同时降低碳排放。

关键词：汽车内饰，聚氯乙烯人造革，生物基，应用性能，碳中和

作者：徐澜心^１朱慧^２马垚^２高晶^１

1、东华大学纺织学院，上海

2、贝内克－长顺汽车内饰材料（张家港）有限公司，张家港

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由于石油资源的过度开发,自然环境遭到破坏,气候危机日益严重[1]｡为了应对这些问题,我国制定了双碳计划,要求尽快达到碳达峰､实现碳中和[2]｡近年来,汽车工业蓬勃发展,汽车作为出行工具给人们带来生活便利的同时,其产业链带来的高污染､高排放问题也越来越引起人们的重视｡

聚氯乙烯(PVC)人造革是汽车内饰的重要组成部分｡PVC糊树脂作为PVC人造革加工的主要原材料,其主要合成路线为:通过裂解工艺从石油中提炼乙烯,乙烯经氯化得到氯乙烯单体,再经乳液聚合得到PVC糊树脂｡因此,传统PVC糊树脂产业高度依赖于不可再生的石油资源,且石油裂解属于高能耗､高排放工艺,对环境造成不可逆转的破坏｡

由生物基材料制备的PVC糊树脂,制备方法为：从树木中提取乙烯,经过氯化反应生成氯乙烯,聚合后得到PVC｡使用生物基PVC材料代替传统的石油基PVC材料进行生产,符合绿色环保的理念｡为了验证生物基PVC材料能否适应批量生产与使用的工业要求,分别评价了生物基PVC材料性能､浆料黏度､PVC糊树脂的微观形貌以及成品的气味与老化特征并与石油基PVC产品进行对比,最终确定生物基PVC材料可以代替石油基PVC进行工业生产｡

实验部分

生物基ＰＶＣ膜与普通石油基ＰＶＣ膜的制备

分别以普通石油基PVC糊树脂､生物基PVC糊树脂为原料,通过添加系列助剂配制了6种浆料(编号1#—6#),将浆料置于搅拌机以1500r/min速度搅拌10min,分别在190℃､200℃､210℃温度条件下烘烤1.5min,得到生物基PVC膜和普通石油基PVC膜｡样品编号如下:1#:石油基PVC糊树脂表皮膜(简称石油基PVC表皮膜);2#:生物基PVC糊树脂表皮膜(简称生物基PVC表皮膜);3#:石油基PVC物理发泡膜;4#:生物基PVC物理发泡膜;5#:石油基PVC化学发泡膜;6#:生物基PVC化学发泡膜｡PVC浆料实验配方见表1｡

分析与测试

重量､厚度:切取10cm×10cm的样品,称量克重并测试厚度｡

发泡情况:拍摄样品侧切面光学显微镜照片,观察侧切面的发泡情况,根据质量和厚度计算发泡倍率｡

浆料黏度测试：将配制的浆料放入粘度仪,参照Inovyn53C测试方法在23℃环境下进行测试｡

含水量：使用红外水分仪,于80℃处理10min,参照DINISO1269测试方法测试样品含水量｡

刮板细度：配制浆料,按照PVC∶邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)质量比为55∶45在刮板上进行刮涂,参照DINENISO1524测试方法测试刮板细度,根据刻度读数｡

上升高度：配制浆料,按照PVC∶DINP质量比为55∶45用真空泵抽真空,参照Inovyn54A测试方法用直尺测量量筒上升高度｡

雾化程度：参照DIN75201-B测试方法,将试样放入烧杯,放入恒温控温箱,盖上冷却板,恒温处理后放入干燥箱干燥｡称取带有雾化凝结物的铝箔片的质量,与没有雾化凝结物的铝箔板质量进行对比,得到雾化数值｡

气味评级：参照PV3900C3测试方法，使用气味专用烘箱对样品进行处理，处理条件为(80±2)℃､2h±10min。将处理后的样品放入玻璃瓶，进行人工评定｡

挥发性有机物(VOC)测试：参照VDA278方法，使用袋子法测量挥发性气体｡使用烘箱对样品进行预处理，将样品装入聚偏氟乙烯采样袋，对袋子进行气体置换，密封后放入采样舱于65℃处理2h｡

使用吸附剂Tenax检测VOC，使用硅胶固相萃取柱测试醛类物质，使用气相色谱-质谱联用仪进行定性定量分析｡

老化程度：剪取大小固定的样品,在120℃环境下放置1d､3d､7d､10d和14d,观察变色情况,确定其老化程度｡

结果与讨论

微观形貌分析

图1为放大倍率不同的石油基PVC糊树脂和生物基PVC糊树脂的SEM图｡由图1(a)､1(c)､1(e)可以看出,石油基PVC糊树脂的初级粒子(在聚合过程中形成的最小分布单元)平均尺寸小于生物基PVC糊树脂,且分子更加立体､紧凑,粒径分布较窄｡由图1(b)､1(d)､1(f)可以看出,生物基PVC糊树脂次级粒子(由初级粒子形成的团聚体)表面粗糙,颗粒平均尺寸明显小于石油基PVC糊树脂｡

原料性能分析

目前汽车内饰用PVC糊树脂使用的是石油基PVC糊树脂,2种PVC糊树脂的性能检测结果见表2｡实验结果表明生物基PVC糊树脂的各项性能均满足汽车内饰用PVC糊树脂的标准要求｡

浆料黏度分析

对配制的6种浆料黏度进行测试,浆料黏度随放置时间变化的趋势图见图2｡由图可以看出:生物基PVC糊树脂浆料初始黏度与石油基PVC糊树脂浆料初始黏度大致相同;放置1d和7d后,PVC糊树脂物理发泡及化学发泡浆料黏度有了显著的提高,其中生物基PVC糊树脂浆料黏度超过了15000Pa·s｡生物基PVC糊树脂浆料初始黏度高于石油基PVC糊树脂浆料,是因为石油基PVC糊树脂的次级粒子较多,体积较大,松散的初级粒子较少,粒子之间排列紧密｡而生物基PVC糊树脂的初级粒子较多,次级粒子较少,容易与催化剂接触,束缚催化剂颗粒,因此浆料黏度较大｡此外,生物基PVC糊树脂浆料放置1~7d后黏度增加较快,是因为石油基PVC糊树脂的次级粒子体积较大,崩解的速度较慢｡生物基PVC糊树脂的次级粒子体积较小,更易散开,因此在后续的观测过程中,生物基PVC糊树脂的黏度增长速度更快｡

气味评定

对生物基和石油基PVC表皮膜､发泡膜的气味进行评定,结果如下:1#—4#样品的气味等级分别为4.3､4.1､4.4､4.5｡由评定结果可知,用生物基PVC糊树脂和石油基PVC糊树脂制备的表皮膜､发泡膜气味差距不明显｡

ＶＯＣ测试结果

样品VOC含量检测结果见表3,样品中VOC的组成及含量见表4｡结合表3—表4可知:生物基PVC表皮膜与石油基PVC表皮膜的VOC含量相差不大,2个样品VOC组成及含量基本相同;生物基PVC发泡膜与石油基PVC发泡膜的VOC含量几乎一致,所含物质含量相近但比例稍有变化｡

发泡情况分析

200℃条件下烘烤1.5min所得PVC发泡膜侧切面的光学显微镜图见图3｡由图可以看出,生物基PVC发泡膜与石油基PVC发泡膜的发泡情况大致相同,但物理发泡情况总体来说不如化学发泡充盈饱满｡

表5为不同温度条件下样品的发泡倍率｡由表可以看出,温度不同条件下,生物基PVC发泡膜与石油基PVC发泡膜的发泡倍率基本相同,但化学发泡膜的发泡倍率明显大于物理发泡膜｡从发泡性能看,生物基PVC糊树脂可以取代石油基PVC糊树脂｡

老化情况分析

图4为生物基PVC糊树脂和石油基PVC糊树脂制备的汽车内饰涂层的老化图｡从图可知,在120℃环境下分别放置1d､3d､7d､10d､14d后,2种树脂制备的汽车内饰涂层的老化情况高度相似,涂层的颜色变化大致相同,可以判断2种树脂的老化性能相同｡

结论

(1) 生物基PVC糊树脂的各项性能均满足汽车内饰人造革对PVC糊树脂的性能要求,且生物基PVC糊树脂与石油基PVC糊树脂的性能处于同一水平｡

(2) 生物基PVC糊树脂浆料的黏度高于石油基PVC浆料,但也满足工业生产要求｡生物基PVC表皮膜､发泡膜的气味､VOC含量､发泡情况､老化情况与石油基PVC膜基本接近｡

(3) 生物基PVC糊树脂可以替代石油基PVC糊树脂用于汽车内饰人造革｡

【参考文献】

[1]邹才能,薛华庆,熊波,等.“碳中和”的内涵､创新与愿景[J].天然气工业,2021,41(8):46-57.

[2]杨富强,陈怡心.“十四五”推动能源转型实现碳排放达峰[J].阅江学刊,2021,13(4):73-85;124.

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