研究人员利用沸石粉作为除味剂减少聚丙烯中挥发性有机化合物(VOC)的方法。通过调整烘烤工艺、挤出工艺等方法优化聚丙烯中的甲醛、乙醛散发性能,甲醛散发浓度从570μg/m3降至最佳条件下的42μg/m3,乙醛散发浓度从4451μg/m3降至最佳条件下的271μg/m3,得到了甲醛散发浓度较小的聚丙烯材料。
聚丙烯产品在生产过程中会因热氧降解或过氧化物氧化而产生大量甲醛、乙醛,在使用过程中会逐渐释放到环境中污染环境空气,危害人体健康。近年来,由于人们环保意识的提高,聚丙烯中的甲醛散发逐渐受到重视。国家在新标准GB/T27630—2011中明确将车内甲醛、乙醛浓度分别限制在100、200μg/m3以内。因此,对聚丙烯中甲醛散发性控制对聚丙烯发展有一定现实意义。
一、样品制备
将沸石粉在180℃下烘烤4h,按实验要求每100份聚丙烯中加入1~4份沸石粉进行混合,将混合物投入到带真空泵的平行双螺杆挤出机中共混、挤出。挤出后经水冷、切粒干燥得到聚丙烯颗粒,待降至室温后用锡箔纸包好,备测。
二、VOC的采集流程
①气体采样袋及配管前处理:将聚四氟乙烯袋用高纯氮气冲洗3次,并充入一定量高纯氮气,放在85℃鼓风烘箱中烘烤3d,每天换洗2次气体,早晚各一次,以减少由采样袋引起的误差。
②样品存放及制取:挤出、切粒的颗粒样品用金属容器转移至铝箔或锡箔纸包裹保存,样品必须在3d内测试。
③放置样品与充气:打开处理好的采样袋,放入(100±1)g样品后,密封好,确保不漏气。用氮气冲洗三次并抽空气体,用皂膜流量计校正气体流量,充入5L氮气。
④样品中VOC散发:预先将恒温箱加热到65℃,将装有样品的采样袋放入恒温箱,恒温加热2h。
⑤采集气体:恒温加热结束后,晃动袋子使气体分布均匀,以500mL/min速度采集2L气体,用DNPH管吸附醛酮类物质。
三、结果表征
高效液相色谱(HPLC)可以定量测定空气中醛酮类物质,用约5mL色谱级乙腈将DNPH管吸附的醛酮类物质,洗脱至5mL容量瓶中,并定容。取1.5mL左右用HPLC检测。根据事先绘制的标准曲线计算出甲醛、乙醛的含量,并换算成采样袋气体中甲醛、乙醛的浓度,该结果表示在0.005m3空间内,100g聚丙烯颗粒在65℃下空气中散发2h后甲醛、乙醛的浓度(下称散发浓度)。
四、试验结果
烘烤毫无疑问地会增加醛酮散发,是常用的减少VOC散发的手段,烘烤最重要的是烘烤温度和时间的选择。温度过低将导致烘烤效率低,增加烘烤时间,但烘烤温度过高会导致聚丙烯缓慢热氧降解。
从图1中可以看出,在120℃烘烤下聚丙烯中甲醛散发性出现先减少后增加的趋势。烘烤2h后,甲醛散发浓度从约91μg/m3降至约12μg/m3,这是因为在经过烘烤后,材料表面的甲醛能够得到有效散发;但长时间高温烘烤会导致聚丙烯发生缓慢热氧降解,在烘烤6h后,甲醛散发浓度升至约28μg/m3。这与胡萍等的研究结果相吻合。尽管降解情况不严重,但仍然是需要避免的。而在110℃下烘烤可以完全避免甲醛散发的升高(如图2所示)。因此,最佳烘烤温度是110℃。
在真空挤出条件下,聚丙烯甲醛散发会随沸石粉用量的增加而减少,说明Zeolite与真空条件形成协同作用。可能的原因有二:一是沸石粉在聚丙烯熔体中形成了大量空腔,这些空腔使甲醛分子能够更快地从聚丙烯基体中逃逸到空气中来,当逃逸到聚丙烯表面后,在真空作用下被抽走;二是沸石粉在聚丙烯熔体中包裹了部分甲醛分子,在螺杆表面更新作用下,迁移到了熔体表面。在真空抽取下将甲醛分子抽至空气相中。综合来看,在真空挤出下,添加3份沸石粉是控制聚丙烯中甲醛、乙醛散发的最适条件。