聚丙烯（PP）具有优异的机械性能，被广泛应用于许多领域。然而，由于聚合工艺（如催化剂、共聚单体类型）、添加剂成分（如抗氧化剂等）和加工工艺（如螺杆剪切程度、加工温度等）等原因，改性聚丙烯材料往往具有高挥发性有机化合物和严重的气味，难以满足汽车内饰的使用要求。

 

普通塑料改性企业为控制PP材料的异味和VOC含量，以优选低异味PP原料、加助剂（如复合抗氧剂、物理化学吸附剂、异味掩蔽剂等）的方法为主，并配合淘汰工艺（如挤出过程中的负压操作、物料干燥等）来改善异味问题。

 

常用的吸附剂分为化学吸附和物理吸附两大类，其中化学吸附主要是通过特异性或非特异性吸附异味小分子的过程，实现与小分子发生化学反应而产生分子量较大且不易挥发的另一种化合物，或通过物理结合达到消除异味的效果。但这两种方法也存在化学反应类型单一、成本高和吸附能力有限、添加量大等问题，除臭效果往往有限。此外，也有通过添加少量富含香料的母料，用来覆盖产生的异味，但其本身只是覆盖了异味，并不能有效提高气体的浓度，而且还存在覆盖不彻底的问题。

 

因此，针对改性 PP 加工过程中的异味问题，本文提出了原料分步混合和改性原料后处理的方法，分别通过调整原辅料混合顺序、使用萃取溶剂和配合高温脱挥发工艺，去除造粒加工后改性 PP 表面和内部的低分子挥发物，从而达到低异味、低 VOC 的目的。

实验部分

1.1 原材料

聚丙烯 A：乙烯-丙烯共聚物，230 ℃，2.16kg，熔体质量流量（MFR）为 20 ~ 50g/10min、
聚丙烯 B：丙烯均聚物，230 ℃，2.16kg，MFR 为 10 ~ 30g/10min、
抗氧化剂 3114、抗氧化剂 168、抗氧化剂 1024：工业级、
滑石粉：KCM-6300，2000~3000 目、
气味吸附剂：QL-A，多孔硅铝无机和有机混合物、
乙醇、丙酮、乙醚、硬脂酸钙：工业级、

1.2 设备和仪器

 

1.3 试样的制备

分别考察了不同共聚聚丙烯和均聚聚丙烯原料配比、不同混合方法和材料后处理方法对改性聚丙烯力学性能、气味等级和挥发性有机化合物含量的影响。其中，分步混合法，即分别将聚丙烯和抗氧剂混合得到混合物 S1，将黑色母粒、滑石粉、除臭剂和硬脂酸钙混合得到混合物 S2，最后将 S1 和 S2 混合挤出造粒。

溶剂后处理方式，即在物料造粒完成后表面喷涂质量百分比浓度为50%的后处理溶剂（考虑到实际安全生产要求，溶剂中各组分的配置，选定组分体积比为乙醇：乙醚：丙酮：水=3：1：1：5），按每公斤颗粒状物料10mL的比例喷涂，然后混合搅拌均匀，在室温下静置0.5～1h。

1.3.1 不同共聚聚丙烯和均聚聚丙烯质量比下的改性聚丙烯配方设计

将聚丙烯A、聚丙烯B、抗氧剂3114、抗氧剂DSTP、抗氧剂1024按照配方比例在高速混合机中干法混合3～5min，然后取出备用，得到第一混合物S1。同时，将亚铁母粒、滑石粉、气味吸附剂、硬脂酸钙按照各自的比例在高速混合机中干法混合 3～5min 后，加入到步骤前得到的第一混合物 S1 中，继续混合 3～5min，混合温度 30～40℃，得到第二混合物 S2，将第二混合物 S2 在双螺杆挤出机中经熔融、混合、挤出造粒，得到粒状物料 S3。

具体加工过程如下：第一区 180~190℃，第二区 200~210℃，第三区 200~210℃，第四区 200~210℃，第五区 210~215℃，第六区 210~215℃，第七区 215~215℃，第八区 215~225℃，停留时间 1~2min，压力 15~18MPa，真空度 -0.1~-0.2MPa。

将得到的粒料 S3 喷涂质量百分比浓度为 50% 的后处理溶剂（乙醇：乙醚：丙酮：水体积比=3:1:1:1:5），按每公斤粒料 10mL 的比例喷涂，混合搅拌均匀后在室温下静置 0.5～1h 后，置于 100℃烘箱中，风机转速为 2500r/min，气氛为氮气，烘烤 12h 后得到。即得到低气味、低 VOC 的聚丙烯复合材料。具体配方设计见表 1。

 

1.3.2 不同混合和后处理方法下改性聚丙烯的配方设计

为了探究改性聚丙烯在不同处理方法下的气味效果，参考配方 1# 中原料的配比，设计了不同的混合方法和后处理方法，并进行了比较。具体配方设计 6#-8# 见表 2。

 

1.4 测试和特征描述

 

结果与讨论

2.1 配方中聚丙烯原料的成分对改性聚丙烯机械性能和气味的影响

由于汽车内饰产品实际加工和使用的需要，往往会在产品中加入少量无机物（如色粉、填料、玻璃纤维等）进行物理混合，以改善其色泽、耐热性、硬度、刚性、收缩性等。由于无机填料与树脂的直接作用较差，添加后产品的韧性往往会有较明显的下降，不能满足使用需求。因此，根据实际使用需求，在配方设计中将抗冲共聚聚丙烯 A 与均聚聚丙烯 B 进行共混，在满足材料优良的加工流动性和刚性的同时，赋予材料一定的抗冲韧性，以满足大部分汽车内饰件产品的使用需求。根据实验需要，我们分别将共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的质量比（总量为 100 份）调整为 1:1、1.3:1、1.5:1、2:1，以探讨其对改性 PP 力学性能和气味的影响。具体配方设计见表 1。

在力学性能方面，对比 1#、3#、4# 和 5# 的结果可以看出，改性 PP 的韧性随着共聚聚丙烯含量的增加而增加，悬臂梁无缺口冲击强度分别从 52.3kJ/m2 增加到 78.1kJ/m2（如图 1a 所示），但材料的刚性和强度，如弯曲模量、拉伸强度等却有明显的下降。弯曲模量分别从 2645 兆帕降至 1924 兆帕（如图 1b 所示）。材料的加工性能也略有变化，但 MFR 仍基本保持在 10-14.5 g/10min 左右（如图 1c 所示）。这也表明，通过调整共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的比例，可以有效调节改性聚丙烯复合体系的刚度和韧性性能。此外，对比 1# 和 2# 的实验结果还可以发现，当填料的添加量较大时，材料的整体刚度会显著增加，而韧性则会更明显地降低。这是由于当加入少量滑石粉时，滑石粉具有异质成核效应，可以促进聚丙烯α晶型的形成，提高聚丙烯的刚性。但大量添加时，主要是物理填充，而其在聚丙烯中的分布均匀性有限，导致冲击性能显著下降。此外，大量添加滑石粉还会导致产品密度增加，加工性能下降（如图 1c 所示，MFR 仅为 8.9g/10min），这也不符合未来汽车轻量化的发展趋势。

 

由于聚丙烯改性过程中会产生较强的热剪切效应，材料在熔融挤出时容易发生降解，产生较多的低分子有机化合物（如醛、酮等），对最终的异味程度和车内空气质量的安全性影响较大。此外，2011 年 10 月，GB/T27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》明确列出了车内控制的致癌物质清单（包括苯、甲苯、甲醛、二甲苯、乙苯、乙醛、丙烯醛）。

因此，我们随后分析了各实验组的挥发性有机化合物含量和气味水平。表 3 中的实验结果表明，调整共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的比例对提高总体挥发性有机化合物含量和控制气味等级有一定作用，共聚聚丙烯含量的增加会略微提高总体挥发性有机化合物含量，气味等级从 3 级提高到 3.2 级，挥发性有机化合物含量从 29.55 μg/g 提高到 32.44 μg/g。这是由于共聚聚丙烯在生产过程中，第二或第三组分（如丁烯等 C4 组分）的引入往往会导致产品中气味小分子的增加，而不同纯度的原料使得总体系中的杂质气体也随之增加，这也影响了最终材料的气味等级。不过，综合来看，平行组之间的气味差异并不明显。此外，与非极性芳香烃相比，醛和酮的总体气味成分更高，这是因为醛和酮主要是在改性聚丙烯的加工过程中产生的。因此，合理调整加工参数（如温度、材料停留时间）和适当的抗氧化剂成分有利于控制整个系统的气味水平。同时，对比 1# 和 2# 可以看出，当填充大量滑石粉时，材料的气味水平也会降低，这是由于滑石粉的片状结构，具有一定的非特异性吸附和物理阻隔作用，能在一定程度上阻止气味小分子的溢出，从而改善改性 PP 的气味水平，但改善能力有限，同时部分力学性能损失较大。因此，在改性过程中可以根据产品的实际性能来调整均聚和共聚聚丙烯的含量，同时对最终改性聚丙烯的气味也不会有太大的影响。因此，在后面的实验中，我们选择了刚度和韧性平衡的 1# 配方作为继续实验的基础。

 

2.2 分析配方中的气味来源

以 1# 配方为基础，在其他组分不变的情况下，依次剔除配方中的乙丙共聚物 A、丙烯均聚物 B、黑母和滑石基团，进行温度水平测定和 VOC 测试实验，探讨各组分对配方中气味来源的影响，具体结果如下。

 

与 1# 的实验结果比较发现（如表 4），配方中不同组分的存在对改性聚丙烯的气味等级和 VOC 含量的影响更大，与均聚聚丙烯相比，当母料中共聚聚丙烯的量减少时，整体气味改善，VOC 含量略有下降（从 29.55 μg/g 降至 28.03 μg/g），这是由于共聚聚丙烯 A 采用气相聚合工艺制备，在共聚阶段体系粘度增加，有气味的低分子向橡胶相的扩散阻力增大，导致气味增加。不过，共聚和均聚对体系气味的总体影响并不大，因为生产过程后期的脱挥发过程会去除大部分有气味的小分子。同时，相比较而言，添加黑色母料对改性聚丙烯的气味影响更大，去除黑色母料后，气味有了明显改善，挥发性有机化合物含量从之前的 29.55 μg/g 降至 21.66 μg/g，挥发性成分的减少更为明显。这是由于炭黑母粒在制备过程中由于炭黑组分来源、载体树脂来源、抗氧化剂添加量、加工温度、润滑剂和分散剂类型等都会导致气味有很大差异，再加上炭黑母粒对体系中抗氧化剂组分的吸附作用、也会导致改性聚丙烯的耐热性和抗氧化性下降，因此合理选择黑色母粒的类型对于整体气味水平的改善有较大的因此，合理选择黑色母粒的类型更有助于整体气味水平的改善。此外，滑石粉的存在也有助于改善改性聚丙烯的气味，这与之前 2# 的气味改善原理类似。

2.3 不同处理方法对改性聚丙烯产品气味和机械性能的影响

随后，我们进一步探讨了相同配方组成、不同混合和后处理方法下改性 PP 的力学性能和气味影响。从图 2 的实验结果可以看出，各组改性 PP 的拉伸强度、弯曲模量和冲击强度虽然有所波动，但整体力学性能差别不大，都具有较好的刚度-韧性平衡特性。同时，各组改性 PP 的加工性能也基本相似，MFR 基本在 12-13g/10min 左右。这表明，即使增加了一步混合工艺或后处理工艺，改性材料中的相关添加剂（如抗氧化剂）也没有出现较明显的损失。因此，实验结果也表明，原始材料的简单混合方法和造粒后简单溶剂的后处理方法对最终改性 PP 的力学性能影响不大，这也有利于生产过程中的实际操作。

进一步比较了采用不同混合方法和后处理的各组改性 PP 在气味和 VOC 方面的差异。从表 5 的实验结果可以看出，1# 与 8#、6# 与 7# 的实验结果比较，分步混合操作后改性 PP 的整体 VOC 和气味等级都较低，说明分步混合步骤也有利于控制 VOC 浓度和改善气味。其中，改性材料中的非极性挥发物（如苯、甲苯、乙苯、二甲苯）含量变化不大，而醛酮类物质的含量变化较为明显，丙酮含量由 12 μg/g 降至 10 μg/g，18 μg/g 降至 16.5 μg/g；乙醛含量由 5.7 μg/g 降至 3.1 μg/g，5.5 μg/g 降至 5.1 μg/g。这归功于通过先将 PP 与抗氧剂充分混合的工艺，提高了聚丙烯中抗氧剂的含量，避免了在加入填料滑石粉和母料后，由于抗氧剂的吸附而导致 PP 抗热氧化效果下降的问题，保证了制备的聚丙烯树脂在加工和使用过程中保持较好的热稳定性，有效减少了聚丙烯树脂加工过程中的异味源（如：小分子酮类、醛类等）。如降解过程中产生的小分子酮、酸和烷等）。同时，考虑到普通色母粒使用过程中存在较大的气味、挥发物，先将吸附剂与滑石粉充分混合，通过两者的吸附和阻隔作用，最大限度地减少有机挥发物的挥发，并适当加入硬脂酸钙作为润滑剂和酸结合剂、提高各种无机成分在聚丙烯主体中的分散性，吸收酸性小分子产生的热剪切力 聚丙烯的作用是有效提高聚丙烯的加工稳定性，最终改善材料的发臭效果。因此，它能有效减少加工过程中热降解产生的醛和酮，对改善最终气味有较好的效果。

 

同时，对比 1# 和 6#、7# 和 8# 的气味实验结果可以看出（如表 5 所示），VOC 含量分别从 35.23 μg/g 降至 29.55 μg/g、41.34 μg/g 降至 34.57 μg/g，气味等级也分别从 3.5 降至 3、4 降至 3.3，丙酮含量从 16.5 μg/g 降至 10 μg/g，丙酮含量从 16.5 μg/g 降至 10 μg/g，18 μg/g 降至 12 μg/g，这也表明，无论是分步混合还是所有材料一起混合操作，使用后处理剂都能进一步降低小分子挥发物的浓度，减少挥发性有机化合物的含量，改善气味等级。通过并排比较可以看出，后处理剂的改善能力比分步混合工艺更为明显和优越。这是因为该方法与常见的蒸汽萃取水母颗粒原理相似，都是利用小分子萃取剂或低沸点溶剂来实现异味分子的去除。具体原理是在萃取过程中加入适量浓度的低沸点有机挥发性溶剂，该过程可以高效快速地溶解和萃取改性材料表面、浅层和孔隙中残留的异味小分子，加速材料内部的小分子挥发物向改性材料表面迁移，减少内部和表面的残留。最后，通过高温烘烤和吹 N2 的过程提取和带走气味小分子。但不同的是，在这一过程中，溶剂的浓度和萃取时间（0.5-1 小时）更可控。与常见的蒸汽萃取型海蜇颗粒有机成分较少（含水率较高）、在螺杆中停留时间较短、添加量较大，导致对熔体中有机挥发成分的萃取能力有限相比，溶剂后处理方法更加高效、简便，因此能更好地改善改性 PP 的气味效果，最终达到低气味、低 VOC 的目的。

 

结论

1) 通过调整均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的含量，可以在一定程度上调整改性聚丙烯的刚度和韧性平衡特性，以满足不同汽车内饰件的需求。

2) 通过调整聚丙烯与各种成分（如添加剂、填料、母料等）的混合方法，可有效控制聚丙烯加工过程中小分子物质的产生以及对最终气味等级的影响。

3）改性后进一步使用一定浓度的低沸点挥发性溶剂，可高效、快速地溶解和萃取改性材料表面、浅层和孔隙中残留的气味小分子，减少内部和表面残留物，有效改善改性 PP 的气味效果。