PVC人造革異味來源、控制點及提升方法研究

張亮，廖蘭，何家志，王澤升，李靜，劉倩

（威馬汽車科技集團有限公司 成都研究院，四川 成都 610100）

引言

PVC 人造革，簡稱“PVC 革”，作為第一代人造革，因其綜合性能優(yōu)良，價格便宜，在汽車座椅、主副儀表板、門板等內(nèi)飾零件包覆上獲得了廣泛應(yīng)用[1]。然而，PVC 革氣味大,容易隨包覆的零件散發(fā)到車內(nèi)產(chǎn)生異味，導致用戶抱怨[2]。近年來，隨著車內(nèi)空氣質(zhì)量管控加嚴，消費者環(huán)保意識增強，車內(nèi)異味問題成為了主機廠重點解決的對象[3]。盡管市面上已有許多低氣味皮革，如PU革[4]、超纖革[5]等，但價格要比PVC 革貴很多[6-7]。受成本等限制，都無法替代PVC 革在低端市場的應(yīng)用。因此，為滿足不同車型的需求，仍然需要從源頭上改善PVC 革異味大問題。

盡管已有許多關(guān)于PVC 革氣味研究的文章報道[8-9]，但系統(tǒng)性研究的很少。氣味控制是一項系統(tǒng)且復雜的工作，各個過程環(huán)節(jié)的因素發(fā)生變異都可能導致氣味問題的產(chǎn)生。因此，有必要對PVC 革的異味來源進行系統(tǒng)分析研究，從而系統(tǒng)地加以控制。本文從原材料組成物質(zhì)、生產(chǎn)工藝、后處理、儲存等方面系統(tǒng)研究了PVC 革的主要異味來源、控制點及提升方法。

1 原材料組成物質(zhì)

PVC 復合革由PVC 單革、PU 海綿（背棉）和基布組成，其中PVC 單革和PU 海綿是氣味最大的貢獻來源。

1.1 組成物質(zhì)

1.1.1 PVC 單革

PVC 單革的主要組成物質(zhì)見表1。

表1 PVC 單革主要組成物質(zhì)

1.1.2 PU 海綿

PU 海綿的主要組成物質(zhì)見表2。

表2 PU 海綿主要組成物質(zhì)

1.2 原材料氣味來源、控制點分析

1.2.1 PVC 單革

（1）PVC 樹脂：常溫下，無異味，但在高溫（220～280 ℃）密煉過程中，會發(fā)生部分降解，產(chǎn)生塑膠味。

（2）增塑劑：常用為兩類：1.鄰苯二甲酸酯類（DOP、DBP、DPHP、DIDP 等），與PVC 樹脂相容性好，常作為主增塑劑；2.脂肪酸酯類（DOA、DOS、DIDA 等），與PVC 樹脂相容性較差，但低溫性能很好，常作為輔增塑劑。汽車用PVC 革主增塑劑常用型號為DPHP（鄰苯二甲酸二（2-丙基庚）酯）和911P（由C9C11 的混合醇與鄰苯二甲酸酐酯化而成）；輔增塑劑為DOA（己二酸二辛酯）和DOS（癸二酸二辛酯）。DPHP 有特殊氣味，但揮發(fā)性低，通常搭配DOA（耐寒劑）使用。911P 具有DPHP 的特性，同時揮發(fā)性極低，常用于低霧化要求產(chǎn)品，但價格要比DPHP 貴。DOS 耐寒性最好，但其相容性差，價格貴，通常搭配其它增塑劑使用。增塑劑由于添加量很高，PVC 制品在日常使用中，長期受熱或光照等老化作用，增塑劑會揮發(fā)或遷移產(chǎn)生異味。因此，選用低揮發(fā)、低遷移的環(huán)保增塑劑很重要。

（3）表面處理劑：有油性和水性兩種，油性多以DMF（二甲基甲酰胺）、MEK（丁酮）等助劑稀釋聚氨酯樹脂溶液，帶有刺激性氣味。水性以水代替有機溶劑作為分散介質(zhì)，無異味。

（4）色餅：多為復雜混合物，分為有機和無機兩種，有機顏料色彩較艷，多用于鮮艷皮革，無機顏料多用于素色皮革（如黑色、棕色）。普通色餅在常溫下帶塑料味，黃色色餅內(nèi)含F(xiàn)e2O3成分，常溫下氣味就比較明顯。但由于色餅添加比例很低，在高溫密煉過程異味會揮發(fā)掉，對最終成型的PVC 革影響較小。

（5）AC 發(fā)泡粉：有輕微的異味，但屬于化學發(fā)泡劑，在發(fā)泡反應(yīng)過程會分解成氨氣和CO2排出，對最終成型的PVC 革氣味影響小。

綜合以上，原材料組成物質(zhì)中對PVC 革氣味貢獻最大的為表面處理劑、增塑劑和PVC 樹脂，需要重點控制。

1.2.2 PU 海綿

PU 海綿是由A 料和B 料常溫經(jīng)發(fā)泡反應(yīng)生成。發(fā)泡前的組成原料中聚醚多元醇、TDI、胺類催化劑、硅油、阻燃劑等單體物質(zhì)都有異味，但單體物質(zhì)在發(fā)泡反應(yīng)過程，會轉(zhuǎn)化成大分子形式消耗掉。海綿常見的異味（泡沫味或胺味）主要為反應(yīng)后殘留的單體物質(zhì)（如胺類催化劑）以及反應(yīng)生成的副產(chǎn)物導致。

1.3 原材料氣味提升措施

1.3.1 PVC 配方優(yōu)化

PVC 樹脂：選用正規(guī)廠家、聚合度佳、純度高、熱穩(wěn)定好、環(huán)保低氣味的PVC 樹脂；

增塑劑：選用熱穩(wěn)定性好、耐候性好、低遷移、揮發(fā)性低的環(huán)保型增塑劑；

表面處理劑：采用水性的替代油性的表面處理劑。

1.3.2 海綿配方優(yōu)化

（1）使用正規(guī)廠家、低氣味牌號、反應(yīng)活性強、純度高的A 料和B 料；

（2）使用長分子鏈或反應(yīng)型的胺類催化劑替代短分子鏈或不反應(yīng)型的胺類催化劑，減少反應(yīng)結(jié)束后泡沫中催化劑的殘留。

1.3.3 添加香料

香料作為氣味遮蓋劑，添加到原料配方中，通過引入愉悅的香味掩蓋原來不愉悅的味型，達到氣味提升。我們在PVC 革組成配方里添加了微量香精，分別制備了奶香PVC 革和竹香PVC 革座椅，并比較了安裝普通PVC 革座椅和香味PVC 革座椅的整車氣味表現(xiàn)。結(jié)果表明，普通座椅車內(nèi)氣味為6.43 級，而換裝香味座椅后車內(nèi)氣味為6.61 級，約提升了0.2 級。

同時，我們總結(jié)了添加香料方案實施過程需要注意的問題：

（1）香味皮革由于本身沒有消除異味，而是通過引入香味覆蓋原來不愉悅的皮革味。因此，添加香料前的基礎(chǔ)PVC 革需要是已經(jīng)過各種控制措施，氣味一致性和表現(xiàn)比較好的；

（2）香料味型的選擇，不能盲目進行，必須前期進行大數(shù)據(jù)調(diào)研，滿足大眾的喜好；

（3）香味濃度需要控制適當，且綜合考慮，因為車內(nèi)香味濃度除了跟添加香料量有關(guān)，還跟季節(jié)、天氣、車內(nèi)溫度、氣密性、空間大?。ㄞI車、SUV、MPV）等因素有關(guān)；

（4）香味皮革的開發(fā)需要基于車內(nèi)的香味濃度和舒適度評價為準，而不能單獨通過材料來確定。這是由于香味皮革材料（瓶式法）與整車（環(huán)境艙）的氣味評價方式是不一致的，即香味皮革材料評價是舒適的，但包覆成零件后整車內(nèi)可能聞不到香味，而整車內(nèi)評價香味的濃度是舒適的，材料評價時可能出現(xiàn)香味過濃；

（5）香味濃度的一致性控制，除了控制好香味皮革的生產(chǎn)工藝，還需要控制好基礎(chǔ)車的氣味一致性，否則容易打破已驗證好的香味平衡。

2 生產(chǎn)工藝

PVC 復合革生產(chǎn)工藝涉及PVC 單革、海綿和火焰復合生產(chǎn)工藝。

2.1 PVC 單革

2.1.1 成型工藝

PVC 單革的生產(chǎn)工藝如圖1 所示。

2.1.2 氣味來源、控制點分析

（1）上糊：為便與延壓成型的PVC 皮復合，成型前的基布表面需要上糊膠水，該膠水一般為溶劑性，有很大的氣味。但該膠水在后期發(fā)泡和表面處理過程，受高溫作用，大部分會揮發(fā)掉。

（2）混漿：將原料按比例在常溫下先進行預(yù)混，然后投放萬馬力機中密煉，在高溫（220～280 ℃）攪拌過程，高分子（主要為PVC 樹脂）受到強的剪切力和高溫作用，會出現(xiàn)少量降解。同時，高溫下，原料中小分子物質(zhì)會揮發(fā)出來產(chǎn)生異味。

（3）壓延：金屬輥將混好的漿料延壓成一定厚度的皮革，金屬輥表面溫度一般為200 ℃左右。壓延過程，高分子受到高溫和強的剪切力，會出現(xiàn)少量降解。同時，高溫下，混漿中小分子物質(zhì)揮發(fā)出來產(chǎn)生異味。

（4）發(fā)泡：將壓合好的皮料通過烘箱加熱，溫度在200～250℃，使皮料添加發(fā)泡劑的中間層自然發(fā)泡。此階段配方中的發(fā)泡劑物質(zhì)發(fā)生化學分解反應(yīng)，會釋放出比較大的氣味。

（5）壓花/吸花：通過真空吸花或鐵輪壓花工藝，在皮革表面倒印紋理效果，該工藝為物理過程?；y成型的模具陶瓷輥或者鐵輥表面不設(shè)置溫度，但由于PVC 革在上一步工藝烘烤加熱后，表面還有比較高溫度（160～170 ℃）。熱量會傳導給模具輥，造成模具輥表面溫度上升（50～60 ℃）。通常模具輥要用冷卻水降溫，該過程有利于氣味的散發(fā)。

（6）表面處理：油性工藝使用的處理劑中含有非常多溶劑，具有強的刺激性，且會殘留在成型的皮革上，造成皮革油漆味大。我們測試了分別用油性和水性工藝處理的PVC 革的氣味，油性PVC 革干法5.1 級，濕法5.5 級，水性PVC 革干法6.0 級，濕法6.4 級，約提升0.9 級。這說明水性PVC 革氣味要明顯優(yōu)于油性PVC 革。

2.1.3 氣味提升措施

（1）上糊：①.使用環(huán)保的水性膠替代溶劑性膠水；②.選用密度大的基布材料，增大與PVC 的接著面積，取消上糊所使用的溶劑膠水；

（2）混漿：控制合適的溫度、密煉時間和攪拌速率，減少材料降解發(fā)生；

（3）壓延：現(xiàn)場增加抽風設(shè)備，對散發(fā)出來的氣味及時脫除，同時增加電風扇加速揮發(fā)；

（4）發(fā)泡：控制烘箱傳送帶速率，使發(fā)泡劑充分分解反應(yīng)，減少殘留；

（5）表面處理：①.表面處理工藝使用水性替代油性工藝；②.表面處理過后，皮革需要經(jīng)過烘箱干燥（溫度：120～140 ℃），加長烘箱長度，可以讓修色時殘留的油性溶劑或其它殘留異味徹底揮發(fā)脫除。

2.2 PU 海綿

2.2.1 生產(chǎn)工藝

圖2 為PU 海綿（背棉）生產(chǎn)工藝。

2.2.2 氣味來源、控制點分析

化學發(fā)泡反應(yīng)的充分性，以及單體殘留對海綿制品氣味影響很大。此外，海綿為多孔材料，散發(fā)性強，吸附性也強，生產(chǎn)和存儲環(huán)境若有異味大的污染源，容易造成交叉污染。

2.2.3 氣味提升措施

發(fā)泡工藝：控制流量，穩(wěn)定傳動，使A 料和B 料充分反應(yīng)，提高轉(zhuǎn)化率，減少單體殘留。

泡體熟化工藝：延長熟化時間，確保至少≥48 h 的靜置通風。增加風扇主動通風，加速泡沫內(nèi)部殘留的異味及時散發(fā)。

切割工藝：常規(guī)切割設(shè)備是水平軌道，泡體不動，選用環(huán)切機，切割過程可以使泡體運動，加速氣味散發(fā)。

包裝工藝：泡沫切割下線后，會用塑料袋包裝，會殘留空氣。泡沫為多孔材料，在儲存和運輸過程容易吸附。采用真空包裝，即在用塑料袋打包后，將塑料袋中空氣抽真空，防止儲存或運輸過程吸附污染。

2.3 PVC 復合革

2.3.1 生產(chǎn)工藝

火焰復合機理：PU 海綿經(jīng)過火焰加熱，燒熔后的海綿表面會產(chǎn)生含有異氰酸酯基團（-NCO）的粘稠物，這個粘稠物具有很強的粘接性、可以在輥壓力下將面料層和底布粘合在一起，實現(xiàn)復合。

火焰復合分兩種：一次成型：泡綿雙面一次性燒熔貼合面料及底布；兩次燒貼：先泡綿與底布燒熔在一起，再兩次貼合面料。本文提到的為使用比較多的兩次燒貼工藝，分為3 個步驟：1.底布復合：第一道火焰復合，將底布網(wǎng)紗和泡綿燒熔，壓制在一起，半成品熟化；2.PVC 復合：第二次火焰復合，將半成品和面料燒熔壓制在一起；3.成品下線后熟化。

2.3.2 氣味來源、控制點分析

火焰復合過程，由于部分海綿會被燒掉融化，用于粘接PVC革和底布，燒掉的海綿會產(chǎn)生焦糊味。此外，由于海綿為多孔材料，吸附性比較強，火焰復合高溫揮發(fā)出來的物質(zhì)容易被吸附。

2.3.3 氣味提升措施

（1）PVC 革與海綿復合工位需要設(shè)置抽風設(shè)備，及時將揮發(fā)出來的脫除，減少被海綿或PVC 復合革吸附；

（2）火焰復合過程需要控制好傳送速率，減少海綿被燒穿或者燃燒過度，導致的氣味惡化；

（3）延長半成品、成品的熟化時間，加速氣味自然散發(fā)。

3 后處理

PVC 單革、PU 海綿、PVC 復合革下線后不立即收卷包裝，而是通過烘烤除味機進行烘烤除味，有利于未揮發(fā)的殘留物質(zhì)及時脫除，從而改善異味。

3.1 PVC 單革除味

通常烘烤溫度設(shè)定為(120±10)℃，傳送速率1520 m/min。

3.2 PU 海綿除味

通常烘烤溫度設(shè)定為120～140 ℃，傳送速率810 m/min。

3.3 PVC 復合革除味

PVC 復合革除味，烘烤溫度不宜設(shè)置過高，溫度過高燒熔后的泡棉粘結(jié)物經(jīng)高溫會被激活，會導致皮革表面不平整，出現(xiàn)麻點現(xiàn)象。通常烘烤溫度設(shè)定為80～90 ℃，傳送速率610 m/min。

4 儲存

氣味屬于散發(fā)性試驗，會隨著放置時間的延長，出現(xiàn)衰減的現(xiàn)象。因此，儲存方式的改善也有利于氣味提升。

（1）出庫按照“先進先出”的原則，延長存儲時間，讓材料在出庫前氣味就得到充分散發(fā)；

（2）增加電風扇或落地扇等主動通風設(shè)施，加速儲存過程氣味充分散發(fā)。

5 結(jié)論

PVC 革異味來源多，控制點也多，涉及原材料組成物質(zhì)、生產(chǎn)工藝、后處理、儲存等方面，針對PVC 革的氣味優(yōu)化，需要從以下方面系統(tǒng)地制定提升措施。

（1）通過原材料優(yōu)化，如選用熱穩(wěn)定好的PVC 樹脂、低揮發(fā)性的環(huán)保增塑劑、水性表面處理劑，長鏈或反應(yīng)型的胺類催化劑，添加香料等；

（2）通過生產(chǎn)工藝優(yōu)化，如取消上糊膠水，控制混漿溫度速率、采用水性表面處理工藝、增加抽風設(shè)備、控制烘箱傳送速率、延長泡沫熟化時間、環(huán)切發(fā)泡等；

（3）通過儲存優(yōu)化，如泡沫抽真空打包，增加電風扇主動通風、先進先出，延長存儲周期等；

（4）通過后處理優(yōu)化，如增加半成品、成品（PVC 單革、海綿、復合革）下線后烘烤除味。