汽車車內(nèi)有機(jī)揮發(fā)物（VOC）的檢測

文 | 廣州威凱檢測技術(shù)研究院 夏慶云

汽車車內(nèi)有機(jī)揮發(fā)物（VOC）的檢測

文 | 廣州威凱檢測技術(shù)研究院 夏慶云

本文介紹了汽車VOC的危害以及國內(nèi)外對汽車VOC的一些研究，同時對汽車整車、零部件及材料的VOC檢測方法進(jìn)行簡單介紹，并分析了汽車內(nèi)飾件產(chǎn)生VOC的主要來源。

汽車；VOC；檢測；材料

一 VOC介紹

VOC是Volatile Organic Compounds的英文縮寫，意思是揮發(fā)性有機(jī)化合物，通常指在常溫下容易揮發(fā)的有機(jī)化合物，較常見的有苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醇、十四碳烷、TVOC（6～16個碳的烷烴）等，此外還有酮類（如丙酮）等多個種類。這些化合物具有易揮發(fā)和親油等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于涂料、粘合劑等溶劑以及洗滌劑等工業(yè)領(lǐng)域。世界衛(wèi)生組織（WHO）按照沸點(diǎn)對VOC進(jìn)行了以下分類：

車內(nèi)的主要VOC污染有乙醛 、 二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、丙烯醛、丙烯睛、多芳環(huán)碳?xì)浠衔?(PAHs)、多氯聯(lián)苯(PCBs)、苯、臨苯二甲酸酯、1,3-丁二烯、氯化聚二氧 (雜)芑、呋喃、苯乙烯、四氯乙烯、二氯甲烷、甲苯、氟化物、甲苯基二異氰酸酯、甲醛、三氯乙烯、氯乙烯、甲乙酮、二甲苯、甲異丁酮、總揮發(fā)有機(jī)物 (TVOC)?？倱]發(fā)有機(jī)物為一大類化合物，其中包括丙烯醛、丙烯腈、苯、甲乙酮、苯乙烯、四氯乙烷、三氯乙烷、甲苯、二甲苯、甲苯基二異氰酸酯等等。

VOC對人體健康有巨大影響。當(dāng)居室中的VOC達(dá)到一定濃度時，短時間內(nèi)人們會感到頭痛、惡心、嘔吐、乏力等，嚴(yán)重時會出現(xiàn)抽搐、昏迷，并會傷害到人的肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，造成記憶力減退等嚴(yán)重后果。近年來，汽車內(nèi)的VOC排放問題引起了世界汽車制造業(yè)的高度關(guān)注。大多數(shù)汽車內(nèi)飾部件中都含有一定量的揮發(fā)性有機(jī)化合物，當(dāng)氣溫達(dá)到一定高度時，這些揮發(fā)性物質(zhì)就會釋放出來，有些會形成霧翳并凝結(jié)在前擋風(fēng)玻璃上，從而影響駕駛員的視線；有些則產(chǎn)生令人不舒服的氣味，甚至引起頭疼、干咳和過敏等不適反應(yīng)，從而對乘員的身體造成傷害。由于汽車的某些特點(diǎn)，使汽車中的VOC一般比較高，這是因為：（1）車內(nèi)空間小，污染程度大；（2）汽車的密閉性強(qiáng)，在多數(shù)情況下門窗關(guān)閉，不利于有害氣體的擴(kuò)散；（3）汽車是移動交通工具，與外界對流熱交換量大，外界氣候條件變化，對溫度等條件的控制難度加大；（4）汽車玻璃門窗所占面積大，長時間暴露在陽光下，車內(nèi)溫度變化幅度較大。在高溫下，車內(nèi)零部件及車內(nèi)裝飾材料中的有害物質(zhì)更易揮發(fā)出來；（5）車內(nèi)人口密度大，加重了污染。

隨著汽車市場競爭的加劇，很多汽車廠商通過使用劣質(zhì)內(nèi)飾材料降低生產(chǎn)成本，隨之帶來的是車內(nèi)VOC的增加。由于VOC本身具有著極大的危害性，已經(jīng)被社會喻為人類的“隱形殺手”。目前，如何降低和消除車內(nèi)的VOC已成為了汽車行業(yè)新的發(fā)展目標(biāo)。

表1.HO對VOC的分類

二 整車VOC的研究和測量方法

汽車整車的VOC是來自汽車內(nèi)飾材料和零部件中的有機(jī)物的揮發(fā)，車內(nèi)VOC的濃度汽車的工作狀態(tài)和條件有很大關(guān)系。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)靜止時，車內(nèi)的VOC濃度比車外的VOC濃度高得多。這是因為靜止和行駛時車內(nèi)空氣流速相差很大，即使關(guān)上車窗，停止通風(fēng)，行駛中的車內(nèi)空氣流速也會大大提高，特別是在高速行駛時。例如，在1997年加利福尼亞州的研究中，一輛靜止的 1997年產(chǎn)福特Explorer汽車，通風(fēng)打到“循環(huán)”檔，換氣速度為1.8次/小時，高于一般的室內(nèi)空氣流通速度。當(dāng)汽車以55英里/小時（ 88公里/小時） 的速度行駛，換氣速度增加到 13.5次/小時。2003年美國加州大學(xué)Marion的研究顯示，開車時，即使使用內(nèi)循環(huán)空調(diào)，也可以快速使?jié)舛认陆怠Ｐ旭倳r污染物的濃度比靜止時的濃度低4-20倍。另外，車內(nèi)的VOC濃度受溫度影響也有很大關(guān)系。溫度越高，有機(jī)物越容易揮發(fā)，VOC濃度也越高。車內(nèi)污染物濃度隨溫度升高而急劇增加，原因主要是車內(nèi)材料有害氣體的釋放隨溫度而增加。 2004年Marion報告，從26℃上升到63℃時，TVOC濃度至少增加5倍。2004年戴的研究顯示溫度增加10攝氏度，污染物濃度近乎上升一倍。溫度很高時，即使是使用多年的車輛中，有害氣體的濃度也很高。

目前，盡管世界上有一些結(jié)構(gòu)對汽車車內(nèi)空氣污染進(jìn)行了一些研究，但總體而言，世界各國關(guān)于汽車內(nèi)部污染的研究還進(jìn)行得不多。2000年，美國環(huán)保局運(yùn)輸和空氣質(zhì)量評估與標(biāo)準(zhǔn)辦公室發(fā)表了一份長達(dá)195頁的有關(guān)控制汽車有害氣體污染排放的報告中承認(rèn),對于車內(nèi)污染的研究資料還很有限。英國空氣質(zhì)量總署也建議加強(qiáng)對汽車使用者所受污染的研究。澳大利亞環(huán)境標(biāo)志協(xié)會主席Johnson說，減少可揮發(fā)有機(jī)物對消費(fèi)者的健康的危害、采用21世紀(jì)新型車內(nèi)裝飾材料和燃料，必須是汽車設(shè)計需要優(yōu)先考慮的環(huán)保因素。

隨著對車內(nèi)空氣污染的研究，人們對汽車車內(nèi)空氣質(zhì)量越來越重視。但目前國內(nèi)及歐洲、美國、日本均沒有汽車車內(nèi)空氣質(zhì)量的國家標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。但有資料表明國外主要汽車公司對車內(nèi)空氣質(zhì)量的控制主要通過配套的零部件和內(nèi)飾材料的管理來實現(xiàn)。例如，目前世界主要汽車廠商如豐田、通用、大眾等就有企業(yè)內(nèi)部規(guī)定，從原材料環(huán)節(jié)控制車內(nèi)異味的產(chǎn)生，在新車定型時還有專人針對“車內(nèi)味道”進(jìn)行感官評判。歐盟于2005年制定的《有關(guān)化學(xué)品注冊、評估、授權(quán)與限制制度》（Reach法規(guī)）對汽車相關(guān)材料做了部分規(guī)定。美國環(huán)保局要求汽車制造廠所使用的材料必須申報，并必須經(jīng)過環(huán)保部門審查以確保對環(huán)境和人體危害程度達(dá)到最低點(diǎn)后才能使用，申報者一旦違反規(guī)定，將負(fù)擔(dān)巨額的罰款，還要召回產(chǎn)品清理污染，主要負(fù)責(zé)人甚至?xí)慌行?。俄羅斯也在1999年制定并實施了P51206－98號“車輛車內(nèi)污染物評價標(biāo)準(zhǔn)及方法”的國家標(biāo)準(zhǔn)，以防止汽車駕駛室（車艙）的空氣被污染。德國環(huán)保署與德國汽車制造學(xué)會聯(lián)合制定的“德國汽車車內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)”相關(guān)規(guī)定包括：一、汽車本身、裝在車內(nèi)的塑料配件、地毯、車頂氈、沙發(fā)等需符合德國“藍(lán)天使”環(huán)保標(biāo)志的要求。二、車內(nèi)裝飾，坐套墊、膠粘劑等裝飾材料含有的苯、甲醛、丙酮、二甲苯等必須低于“德國三級車內(nèi)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)”，比如車內(nèi)甲醛含量不能超過0.08mg/m3。三、汽車銷售前還必須經(jīng)過有毒空氣釋放期。日韓等亞洲國家：韓國汽車通過高科技自動監(jiān)測車內(nèi)空氣質(zhì)量，高檔車一般配備AQS空氣質(zhì)量傳感器，一旦車外的空氣質(zhì)量超標(biāo)，AQS會自動切斷風(fēng)門，阻止廢氣流入車內(nèi)；日本汽車廠商針對車內(nèi)空氣污染專門開發(fā)了系列附屬產(chǎn)品，譬如包括帶除菌功能的新型汽車空調(diào)等，同時出廠前，還有專人針對“車內(nèi)味道”進(jìn)行感官評價。

我國的汽車同樣存在嚴(yán)重的車內(nèi)空氣污染問題。中國室內(nèi)裝飾協(xié)會室內(nèi)空氣監(jiān)測中心曾對200輛車進(jìn)行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，若參照室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，近90%的汽車都存在車內(nèi)空氣甲醛或苯含量超標(biāo)問題，而且大部分車輛甲醛超標(biāo)都在五六倍以上。廣州中科環(huán)境檢測中心曾對2000輛汽車車內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)有92.5%的車輛存在車內(nèi)空氣質(zhì)量問題。上海市環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會曾對上海一些3年內(nèi)購買的中小型機(jī)動車進(jìn)行了空氣質(zhì)量檢測，若參照室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，接近一半的參檢車輛車內(nèi)空氣質(zhì)量不合格，其中一輛新車的TVOC(總有機(jī)揮發(fā)物)指數(shù)竟超出國家標(biāo)準(zhǔn)的16倍。

針對我國汽車車內(nèi)空氣污染問題，我國相關(guān)部門近年來開展了一系列工作制定相關(guān)的規(guī)定。2004年7月4日，由國家環(huán)境保護(hù)總局主持召開了國家標(biāo)準(zhǔn)《車內(nèi)污染物限值和測量方法》開題報告論證會，標(biāo)志著國家標(biāo)準(zhǔn)《車內(nèi)污染物限值和測量方法》的制定工作的正式啟動。2004年正式下達(dá)了車內(nèi)污染物標(biāo)準(zhǔn)的計劃（國標(biāo)委計劃函[2004]58號“關(guān)于下達(dá)《車內(nèi)空氣污染物濃度限值及測量方法國家標(biāo)準(zhǔn)》修訂項目計劃的通知”）。2007年底，我國出臺了世界首個汽車整車VOC測量標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 400-2007《車內(nèi)空氣污染物測量方法》。該標(biāo)準(zhǔn)對汽車整車VOC的測定進(jìn)行了規(guī)定，但并未對汽車VOC的限值進(jìn)行規(guī)定。目前，我國汽車VOC的限值標(biāo)準(zhǔn)正在制定當(dāng)中，有望今年內(nèi)推出。

下面就對HJ/T 400-2007標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一個簡單的介紹：

1、采樣環(huán)境：如上文所述，由于汽車在不同工作狀態(tài)和不同環(huán)境條件下的VOC濃度大不相同，所以在HJ/T 400-2007標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了檢測VOC時的采樣應(yīng)在采樣環(huán)境倉中進(jìn)行，采樣條件和環(huán)境為：

（1）汽車處于靜止?fàn)顟B(tài)，車窗、門、發(fā)動機(jī)和所有其他設(shè)備（如空調(diào)）均關(guān)閉；

（2）環(huán)境溫度：25.0℃±1.0℃；

（3）環(huán)境相對濕度：50%±10%；

（4）環(huán)境氣流速度：≤0.3m/s；

（5）環(huán)境背景：甲苯≤0.02mg/m3、甲醛≤0.02mg/m3。

2、采樣點(diǎn)：

（1）M1 類車輛布置測量點(diǎn)1 個，位于前排座椅頭枕連線的中點(diǎn)(可滑動的前排座椅應(yīng)滑到滑軌的最后位置點(diǎn) )；

（2）M2 類車輛布置測量點(diǎn)不少于2 個，沿車廂中軸線均勻布置；

（3）M3 類車輛布置測量點(diǎn)不少于3 個（當(dāng)M3 類車輛為雙層或絞接客車時，測量點(diǎn)為6 個），沿車廂中軸線均勻布置；

（4）N 類車輛布置測量點(diǎn)1 個，位于前排駕駛艙內(nèi)座椅頭枕連線的中點(diǎn)。

3、采樣裝置：

（1）采樣環(huán)境艙

（2）樣品采集系統(tǒng)：一般由恒流氣體采樣器、采樣導(dǎo)管、填充柱采樣管等組成。

4、采樣流程

（1）揮發(fā)性有機(jī)組分測定：采用熱脫附／毛細(xì)管氣相色譜／質(zhì)譜聯(lián)用法。

（2）醛酮組分測定：采用固相吸附／高效液相色譜法。

三 零部件VOC的研究和測量方法

汽車車內(nèi)的VOC是由汽車零部件中的各種材料的VOC揮發(fā)而來的。這些材料主要包括：地毯、皮革、織物、膠粘劑、涂料、聚氨酯坐墊等。

1、地毯、氈制品：

車內(nèi)使用的地毯、內(nèi)飾毛氈和頂蓬氈的VOC揮發(fā)量較高，這與其制造過程使用的粘結(jié)材料酚醛樹脂有關(guān)，酚醛樹脂膠粘劑是由甲醛和苯酚合成的，一般很難反應(yīng)完全，所以膠粘劑中會含有游離甲醛，在使用過程中會釋放出甲醛。選用環(huán)保型的膠粘劑，選用酚醛樹脂含量低或不含酚醛樹脂的地毯、毛氈是減少車內(nèi)VOC含量的一個重要途徑，而且目前從技術(shù)上也是可行的。當(dāng)然，會增加一些制造成本。

2、皮革制品

皮革會釋放出甲醛，這是因為甲醛可應(yīng)用于皮革制造的各個階段，但皮革中大多數(shù)甲醛產(chǎn)生于鞣制和復(fù)鞣過程中。要避免皮革中的甲醛釋放應(yīng)在皮革加工過程中盡量使用環(huán)保的甲醛替代品，如果一定要用甲醛，應(yīng)盡量不使用甲醛含量高的產(chǎn)品，并且應(yīng)采取有效的甲醛清除劑進(jìn)行清洗。但從目前的情況看，這類替代品很少，且成本較高。

3、織物/襯背

為了使汽車內(nèi)飾紡織品能達(dá)到防皺、防縮、阻燃等效果，或者為了保持印花、染色的耐久性以及改善手感，都需要在紡織生產(chǎn)過程中添加甲醛。當(dāng)紡織品長期暴露在空氣中時，會不斷釋放出甲醛而污染車內(nèi)環(huán)境。

4、膠粘劑

汽車內(nèi)飾會使用多種溶劑型膠粘劑，如壁紙膠粘劑、地毯膠粘劑、密封膠粘劑、塑料膠粘劑等。膠粘劑會釋放出甲醛、苯、甲苯、二甲苯及其他揮發(fā)性有機(jī)物。要避免膠粘劑帶來的污染，應(yīng)在使用膠粘劑后盡量使VOC揮發(fā)完全，或者使用水性膠粘劑（以水為溶劑）或熱熔型膠粘劑（不含有機(jī)溶劑）。從目前來看，水性膠粘劑與溶劑型膠粘劑相比，在初粘性、耐水性、穩(wěn)定性、防凍性等方面存在一定差距，并且成本相對較高。

5、附著力促進(jìn)劑

附著力促進(jìn)劑可用于聚氨酯、環(huán)氧、腈類酚醛膠粘劑和密封材料，改善填料和顏料在聚合物中的潤濕性和分散性，并提高對玻璃、塑鋼、銅、鋁、鐵等材料的附著力。使用時要用有機(jī)稀釋劑，是VOC的主要來源。要減少附著力促進(jìn)劑帶來的VOC污染，應(yīng)在在后處理過程中盡量使VOC揮發(fā)完全，另外要盡量尋找毒性小的溶劑作為替代品。這樣做會使后處理工序比較麻煩，增大企業(yè)成本。

6、涂料

涂料在汽車中大量使用，既起到裝飾作用，又能夠防老化、腐蝕等，延長各種材料的使用壽命。但在噴涂過程中必須使用溶劑和各種助劑，這些都是VOC的主要來源。

7、聚氨酯（PU）坐墊

聚氨酯（PU）是一種重要和合成材料，坐墊、頭枕、隔音、儀表盤、遮陽板、門板等內(nèi)飾件中都含有聚氨酯材料。目前，大量被使用的聚氨酯仍以溶劑型為主，所以在使用過程中會釋放出各種殘留溶劑，造成VOC污染。

除了以上提到的這些材料，還有許多其他材料也會釋放VOC。因此，目前世界的主要汽車生產(chǎn)廠對各種汽車零部件，尤其是汽車內(nèi)飾件進(jìn)行了嚴(yán)格的VOC控制。通過對各個零部件VOC的控制來控制整車的VOC。目前，不同汽車生產(chǎn)廠對零部件和材料VOC的檢測方法不盡相同：日系汽車企業(yè)如豐田、本田、日產(chǎn)等普遍采用采樣袋法；歐美車系企業(yè)如通用、大眾等主要采用頂空法；而我國國內(nèi)車廠如長安、東風(fēng)、長城等則借鑒日系和歐美系的方法進(jìn)行綜合采用。

采樣袋法是將待測樣品至于密封的采樣袋中，然后在規(guī)定的溫度下處理一定時間后，從袋子里采集氣體，分別用熱解析-氣相質(zhì)譜儀和高效液相色譜進(jìn)行TVOC和醛酮類有機(jī)物的分析。頂空法是將待測樣品至于密封的頂空瓶中，然后在規(guī)定的溫度下處理一定時間后，從頂空瓶中抽取一定量氣體用頂空-氣相質(zhì)譜儀進(jìn)行TVOC的分析。相對說來，采樣袋法是目前測試零部件和材料VOC比較完善的試驗方法。采樣袋法和頂空法試驗流程如本頁底圖。

四 總結(jié)

1、汽車車內(nèi)空氣VOC污染是當(dāng)今世界的一個具有普遍性的環(huán)境污染問題，越來越受到人們關(guān)注。如何降低和消除車內(nèi)的VOC已成為了汽車行業(yè)新的發(fā)展目標(biāo)。

2、目前國際上尚無統(tǒng)一、明確的汽車整車VOC的限值和測量標(biāo)準(zhǔn)。

3、我國于2007年底出臺了世界首個汽車整車VOC測量方法標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 400-2007《車內(nèi)空氣污染物測量方法》。但我國汽車VOC的限值標(biāo)準(zhǔn)還在制定當(dāng)中。

4、汽車車內(nèi)的VOC污染主要來源于汽車的零部件和內(nèi)飾材料，目前世界的主要汽車生產(chǎn)廠通過對各個零部件和材料VOC的控制來控制整車的VOC。

5、對零部件和材料VOC的檢測方法目前有采樣袋法和頂空法兩種。

Introduction of Determination of Automotive Interior Volatile Organic Compounds (VOC)

This article introduces the hazards of automobile VOC and some research on automobile VOC at home and abroad. In addition, the article describes automotive vehicles, parts and materials for VOC determination methods briefly, and analyzes the major source of automotive interiors VOC.

automobile；VOC；determination；material

夏慶云（1978.04—），男，工程師，碩士，主要從事電氣絕緣材料的性能檢測和分析。