成分分析及GC-O耦合聯(lián)用對座椅坐墊材料氣味評價與改善的實(shí)驗(yàn)探索

王焰孟，李曉健，胡俊艷，姚 謙，劉洪汝，武金娜，王 崇

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司 天津300300）

汽車已經(jīng)成為現(xiàn)代人生活過程中不可或缺的一部分。中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2015—2020年中國汽車整車制造市場評估及投資前景預(yù)測報告》顯示：2015年 6月，我國汽車保有量突破了 1.63億輛，保有量已經(jīng)僅次于美國，成為全球第二。

然而隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展也出現(xiàn)了諸多問題。某研究機(jī)構(gòu)在 2015年發(fā)布的中國新車質(zhì)量研究報告指出，汽車空氣污染問題成為汽車消費(fèi)者對于汽車問題反饋的一個熱點(diǎn)，車內(nèi)有令人不愉快的氣味成為 2015年最頻繁出現(xiàn)和最嚴(yán)重的問題。據(jù)中國汽車投訴網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2015年該網(wǎng)站共收到涉及車內(nèi)異味的投訴95宗，呈現(xiàn)逐年累增的趨勢。

氣味已經(jīng)受到來自整車生產(chǎn)企業(yè)及消費(fèi)者的廣泛關(guān)注，如何從復(fù)雜的車內(nèi)環(huán)境中辨別出導(dǎo)致車內(nèi)異味的內(nèi)飾總成，進(jìn)而對整車車內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行提升，成為一項(xiàng)急需解決的重大問題。本文將基于 T/CMIF 12—2016《汽車零部件及材料的氣味評價規(guī)范》[1]對材料進(jìn)行評價，并從成分分析及GC-O 2個方面出發(fā)，提出采用成分分析及GC-O耦合聯(lián)用的方法對零部件氣味進(jìn)行改善提升。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀-嗅覺測量法（Gas Chromatography-Olfactometry）

GC-O是一種從復(fù)雜的混合氣體混合物中識別導(dǎo)致氣味成分的方法，該方法最早是由Fuller等科學(xué)家提出的，當(dāng)時為直接嗅辨氣相色譜毛細(xì)管柱的流出組分這種最簡單的形式。科技發(fā)展到現(xiàn)在，普通GC-O工作原理如圖1所示。首先由TENAX采樣管對零部件總成進(jìn)行富集采樣；第二步進(jìn)行上機(jī)脫附進(jìn)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析，經(jīng)過氣相色譜分離之后的氣體，一路進(jìn)入質(zhì)譜檢測器進(jìn)行定性定量分析，另一路進(jìn)入嗅覺計(jì)，由經(jīng)過訓(xùn)練的評價人員進(jìn)行評價，并給出物質(zhì)對應(yīng)等級及氣味類型的描述，供后續(xù)結(jié)果分析，其中評價人員的鼻子起到了檢測器的作用。相較于直接對樣品進(jìn)行評價，采用GC-O分析具有以下優(yōu)勢：對零部件總成進(jìn)行氣味評價得到的是各氣味分子綜合作用之后的氣味結(jié)果，所得結(jié)果是一個綜合之后的值，采用GC-O進(jìn)行分析可以得出各氣味分子所對應(yīng)氣味-氣味類型及所對應(yīng)氣味等級；對零部件進(jìn)行氣味評價得到的綜合結(jié)果可以直接評價該零部件總成的氣味水平，若要提升該總成氣味水平則無從下手，采用GC-O進(jìn)行分析可以得出在所有氣味分子中氣味較大，并且和總成氣味類似的氣味成分，可以目標(biāo)性削減該氣味成分來提升總成氣味水平。

圖1 GC-O工作原理圖Fig.1 Principle of operation of GC-O

1.2 成分分析

成分分析是一種通過 FTIR傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜分析儀、EDS元素分析、GC-MS氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、TGA熱重分析儀等設(shè)備，對樣品進(jìn)行多維度分析，最終得到關(guān)于產(chǎn)品成分信息的一種分析方法。

1.3 設(shè)備信息

零部件袋式法試驗(yàn)艙，體積 12m3；熱脫附氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（TD-GC-MS）TDS-7890B-5977A，生產(chǎn)廠家 Gerstel&Agilent；嗅覺計(jì) ODP3，生產(chǎn)廠家Gerstel；采樣泵，規(guī)格 0.1～1L/min，生產(chǎn)廠家島津。Tenax TA填料，不銹鋼或玻璃材質(zhì)，尺寸：Gerstel（外徑 6mm，內(nèi)徑 4mm）/Markes（外徑 6.35mm，內(nèi)徑4mm）。

1.4 樣品信息

某廠家生產(chǎn)座椅及座椅坐墊發(fā)泡材料，用于標(biāo)準(zhǔn)樣品管的制備。

1.5 試驗(yàn)方法

1.5.1 樣品預(yù)處理

所測試樣件即座椅及座椅坐墊發(fā)泡材料需滿足下線時間在 15d以內(nèi)，在運(yùn)輸及儲存過程中需用 2層鋁箔包裹并用 PE袋密封，避免陽光直射。樣品到達(dá)實(shí)驗(yàn)室后，應(yīng)保持其原包裝并在（23±2）℃、（50%±10%）RH的恒溫恒濕環(huán)境中存放24h后才能開展測試。主要為保證樣品在開始測試之前均處于一個相同的狀態(tài)，以保證從同一個散發(fā)基準(zhǔn)點(diǎn)開始進(jìn)行測試。

1.5.2 GC-O及GC-MS試驗(yàn)方法

GC：載氣為氦氣，柱流量2.29mL/min。升溫程序40℃（5min）—3℃/min—92℃—5℃/min—160℃—10℃/min—280℃（10min）。

MS：溶劑切除時間 3min；離子源溫度 230℃；檢測器溫度 150℃；掃描方式 SCAN；掃描范圍33～550amu；電子轟擊能量 70eV[2-3]。

GC-O：每次測試采用3根GC-O嗅辨管，嗅覺計(jì)與質(zhì)譜的分流比為 2∶1，每個評價樣品由 3位受過專業(yè)訓(xùn)練的氣味評價人員進(jìn)行，在進(jìn)行GC-O試驗(yàn)過程中需要?dú)馕对u價人員時刻保持聚焦的精神狀態(tài)。為緩解氣味評價人員的工作強(qiáng)度和增加樣本信息量，本實(shí)驗(yàn)室采用如表 1所示的評價順序?qū)γ總€樣品進(jìn)行測試分析。

表1 氣味評價人員評價順序表Tab.1 Oder of odor evaluation

2 結(jié)果與討論

通過對座椅泡沫的GC-O測試結(jié)果（表 2）可知，該座椅泡沫有 12種物質(zhì)氣味，通過對該材料按照T/CMIF 12—2016《汽車零部件及材料的氣味評價規(guī)范》方案 4進(jìn)行測試，該材料的氣味測試結(jié)果見表 3。

表2 座椅泡沫GC-O測試結(jié)果Tab.2 GC-O results of seat foam

表3 泡沫材料氣味測試結(jié)果Tab.3 Odor results of seat foam

通過對泡沫材料的GC-O測試分析可知，泡沫中含有大量的胺類物質(zhì)、苯類物質(zhì)，導(dǎo)致泡沫最終散發(fā)臭味及發(fā)泡氣味。為從材料層面確定揮發(fā)性氣味物質(zhì)的可能來源，實(shí)驗(yàn)室對泡沫材料進(jìn)行了成分分析測試，成分分析結(jié)果見表4。

表4 泡沫材料成分分析結(jié)果Tab.4 Component analysis result of seat foam

由成分分析結(jié)果可知，N，N-二甲基甲酰胺和三乙烯二胺均在成分分析結(jié)果中找到了對應(yīng)的成分，除此之外，該材料主體為聚氨酯材料，殘留有部分雙二甲胺基乙基醚助劑和磷酸三乙酯增塑劑和少量硅酸鹽填料。

綜合成分分析結(jié)果和GC-O測試結(jié)果可知，導(dǎo)致該泡沫產(chǎn)生發(fā)泡和臭味的成分主要為胺類物質(zhì)和N，N-二甲基甲酰胺。其中胺類物質(zhì)主要為發(fā)泡生產(chǎn)過程中的催化劑，N，N-二甲基甲酰胺主要為生產(chǎn)過程中的殘留溶劑，后期該泡沫材料的整改方向?yàn)闇p少或切換該類催化劑的使用量，并在材料生產(chǎn)過程中降低溶劑殘留。

3 總 結(jié)

本文通過 GC-O測試及成分分析耦合分析的方法，首先找出了泡沫材料中可能導(dǎo)致氣味的揮發(fā)性成分，進(jìn)而通過成分分析找出該類成分的存在及其可能來源，并針對存在的氣味問題，指向性地提出整改建議，對泡沫材料的氣味水平進(jìn)行提升。通過兩種耦合的分析方法可得，導(dǎo)致該泡沫不愉悅氣味的成分主要為胺類物質(zhì)和殘留溶劑，因此在后續(xù)的生產(chǎn)過程中，應(yīng)注意切換該類催化劑，并降低生產(chǎn)過程的溶劑殘留。

GC-O結(jié)合成分分析對材料氣味進(jìn)行提升是最近興起的解決氣味問題的新趨勢。這主要是由于單純的 GC-O測試不能準(zhǔn)確確定氣味成分的來源及其在材料生產(chǎn)過程中的作用；而單一的成分分析測試不能確定分析出的成分是否為導(dǎo)致不愉悅氣味的來源。將GC-O分析與成分分析結(jié)合，是高效解決車內(nèi)氣味問題的新方法。