光稳定剂对车内气味、雾性和VOC的影响

在过去的几十年里，尽管乘用车的安全性能已经得到了显著提高，但近期的研究表明，来自内饰中的易挥发性化合物所带来的安全隐患仍未得到彻底解决。

在光和热的作用下，塑料内饰件通常会释放出一些挥发性的物质，从而导致车内起雾并产生气味。研究表明，挥发性物质可能的来源包括各种添加剂和加工助剂等，此外，塑料降解后的副产物和塑料中的小分子杂质等也是有害物质的来源之一。车内气味的来源则是多方面的，包括色粉、油剂和助剂等，此外，塑料部件的老化降解也会带来一些负面影响。

图1 UV3853和HALS-1的相溶性比较

实际上，自20世纪80年代起，车内挥发性有害物质就已引起了人们的关注。从那时起，世界各大汽车制造商都着手进行了这方面的研究工作，并分别形成了对这些挥发性有害物质加以规范和控制的标准，同时还不断地开发出了一些检测技术和方法。其中，德国大众汽车公司从20世纪80年代起，就已开始对车内塑料件的挥发性物质实施自己的标准。2004～2005年，日本汽车制造商协会（JAMA）宣布，将致力于降低车内污染，并为此出台了相关的标准规范（见表1）。近期，中国汽车工业界也已针对这一问题开始制定自己的标准。可以肯定的是，今后控制车内有害性挥发物的标准规范将日益严格。

一般，塑料加工助剂在车内产生气味的原因是多方面的，主要包括：

1、助剂迁移到聚合物的表面。这主要取决于以下几个因素：助剂与聚合物的相溶性、助剂的扩散速度，以及分子量和极性的影响等。

2、助剂在聚合物表面的挥发。这一般受到助剂分子蒸气压、氢键和表面能量的影响。

3、聚合物老化降解所产生的短的碳链，它被氧化后会产生醛酮类的易挥发性物质。

为了解决这些问题，目前一些*的塑料添加剂供应商已对其产品进行了改进。其中，氰特化工公司推出的受阻胺型光稳定剂UV3853就属于这类产品。下面的一些测试研究表明了UV3853在PP中的应用效果。

这些测试包括：相溶性和迁移性测试、加速老化测试、气味测试、雾性测试和VOC测试等。在所有这些测试中，都采用了完全相同的样品，即都含有0.10%的抗氧剂和0.10%的硬脂酸钙，此外还加入了浓度为4%的色母粒，然后由双螺杆挤出机混匀。这些测试所参考的标准包括：内饰件的加速老化测试标准SAE J1885 、气味测试标准VW′s PV3900E、车内雾性测试标准DIN 75201B 和SAE J1765 、甲醛挥发性测试标准VW′s PV3925 以及车内有机物质挥发性测试标准VW′s PV3341。

图2 加速老化测试比较

相溶性和迁移性测试

该测试分两步进行：

首先，对比UV3853和癸二酸双(2，2，6，6一四甲基一4一哌啶基酯)(HALS-1)在PP中的相溶性。通常，要定量地测量小分子在高分子中的相溶性不太容易，为了解决这个问题，在本实验中采用了非极性的正庚烷来替代PP，以作相对比较。如图1所示，在室温下，HALS-1在正庚烷中的溶解度只有5.8%，而UV3853的溶解度则高达49.2%。由此可以判断，UV-3853与PP的相溶性比HALS-1好得多。

然后，通过一个加速迁移性实验进行检测。样品在80℃的温度下保存400h后，检测其表面光泽度的变化，以此判断是否有助剂迁移到聚合物的表面，以及迁移量的多少。当添加量分别为0.15%、0.30% 和0.45%时，400h后，含有HALS-1的样品均有大于50%的光泽度损失，但含有UV3853的样品的光泽度损失率均低于12%（见表2）。

加速老化测试

该加速老化测试采用了SAE J1885 标准。样品分为两组：无滑石填充和20%滑石填充。如图2所示，当总辐射能量达到2500kJ/m2时，两组样品中含有0.1% UV3853S的样板色差均小于2，而无光稳定剂的对比样板则大于8。其中滑石填充的对比样板变色更为严重。实际上，当总辐射能量达到500 kJ/m2时，该滑石填充的对比样板表面就已出现肉眼可见的裂纹。

气味测试

本测试采用的是大众汽车公司的PV3900标准，主要对C3在80℃条件下的气味进行评估。其气味评估系统包括6个等级：无法察觉、可察觉但不令人厌恶、易察觉但不令人厌恶、令人厌恶、非常令人厌恶以及令人无法忍受。

在该测试中，无滑石填充、含有0.1% UV3853S的样品可达到等级2.6的水平，如图3所示；20%滑石填充、含有0.1% UV3853S的样品可达到等级2.8的水平，如图4所示。由此表明，它们均已符合PV3900中高温测试的标准要求。

图3 无滑石填充、含有0.1% UV3853S的样品可达到大众PV3900标准的2.6等级

雾性测试

车用内饰件材料引发的雾性通常是多种因素共同作用的结果，包括：助剂迁移到聚合物表面后出现“喷霜”现象，以及助剂挥发并凝结在玻璃上。影响助剂迁移的因素包括：与高分子的相溶性、在高分子内部的扩散速度，以及分子量和温度。影响助剂挥发的因素包括：蒸气压、氢键作用和表面能量等。

此雾性测试采用的是DIN 75201 Method B 标准。该标准通常用于检测内饰材料挥发对挡风玻璃所带来的影响。所采用的方法是称重法，即将试样放入一铝箔密封的器皿内（如图5所示），在100℃的高温下持续加热16h后，比较加热前后铝箔的重量变化，即可算出铝箔上冷凝物质的重量，低于2 mg即表明通过了该测试。其中含有0.2% UV3853S的无滑石填充样品和20%滑石填充样品均通过了该测试（见表3）。

图5 雾性测试仪器

光稳定剂--表3

VOC测试

依据JAMA的标准，对表1中所列出的13种挥发性物质进行检测。首先用纯的化合物样品进行实验，并建立GC/MS数据库。然后用headspace GC/MS 方法来收集挥发性物质的样品并进行分析。由于GC/MS对甲醛测试存在浓度极限(>10PPM), 因此在该测试中利用Nash试剂对甲醛进行显色, 用紫外-可见光谱法对甲醛(<10PPM)进行了快速定量分析，见表4。

上述各项测试表明，氰特化工公司的UV3853S与PP具有良好的相溶性，不会产生“喷霜”现象，并可在低添加量时提供高效的光稳定性，因此很好地满足了汽车制造商对车内挥发性化合物控制的各种标准要求。在此基础上，氰特化工公司还推出了两款新型光稳定剂UV3808PP5和THT7001，目前它们都已被广泛地应用于车用内外饰材料中。