汽車備胎蓋板材料的VOC溯源研究

周嵐,宋景華，屠娟,杜曉陽，解勝凱

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，寧波 315336）

引言

隨著生活質(zhì)量的提高，汽車的需求量越來越大，同時在使用過程中駕駛?cè)藛T對車內(nèi)空氣質(zhì)量問題也越來越重視，尤其是乘客能直接感受到的車內(nèi)異味。車內(nèi)異味主要來源于汽車內(nèi)飾，內(nèi)飾件揮發(fā)出的有機(jī)物成為影響車內(nèi)空氣質(zhì)量的主要因素，因此，對內(nèi)飾材料的關(guān)注也越來越多[1]。影響車內(nèi)異味的物質(zhì)一般有醛酮類、苯系物、酯類、胺類等化合物，這些物質(zhì)種類中有的物質(zhì)具有強(qiáng)烈的刺激性且有毒，長期接觸，通過呼吸道等途徑進(jìn)入人體會引起致癌、致突變等，嚴(yán)重危害人體健康[2,3]。備胎蓋板暴露在整個行李艙內(nèi)，是汽車內(nèi)飾件的重要組成部分之一，其對行李艙的氣味性影響較大，同時也嚴(yán)重影響乘車艙的氣味性。

本文針對某車型備胎蓋板結(jié)合主觀評價及客觀分析方法，通過結(jié)合備胎蓋板的結(jié)構(gòu)對備胎蓋板的材料組份拆解進(jìn)行氣味評價，找出影響總成氣味的主要材料，同時結(jié)合其生產(chǎn)工藝分析了備胎蓋板VOC的散發(fā)情況，找出備胎蓋板的氣味來源及關(guān)鍵性氣味物質(zhì)。通過對備胎蓋板總成件的氣味溯源研究，為其改善氣味性提供參考。

1 試驗材料與方法

1.1試驗材料

備胎蓋板總成，骨架表面層材料，蜂窩紙芯材料，噴膠面料，xx公司。所有樣件都采用鋁箔完好包裝，樣品下線后15 d內(nèi)進(jìn)行試驗并分析。

1.2儀器

TD-GCMS: Marks（unity2）& 美國Agilent 7890A/5975C；高效液相色譜（HPLC）：島津 LC-20A; 精密烘箱：德國 BINDER ED240。

1.3試驗方法

1.3.1氣味試驗

備胎蓋板總成，骨架填充材料，蜂窩紙芯材料，各?。?0±5）cm3，噴膠面料10 cm*20 cm*1 mm 置于1 L 無味玻璃瓶中，在70℃條件下密封恒溫24 h后，依據(jù)Q/JLY J7110538進(jìn)行主觀氣味評價（4級-7級之間允許半級出現(xiàn)），氣味等級評估見表1。

表1 氣味等級說明

1.3.2 VOC試驗

1）TD-GCMS分析

熱脫附：300 ℃解析5 min，冷阱捕集溫度為-15 ℃，冷阱解析溫度300 ℃ ，冷阱保持時間5 min，傳輸線溫度180 ℃（氣流流量20 mL/min，分流25 mL/min）。

2）HPLC分析

試驗過程：試驗室收到樣件后，在（23±2）℃環(huán)境條件下預(yù)平衡24 h后，分別放入1 000 L tedlar采樣袋中，在（60±1）℃條件下密封培育2 h后，用TENAX管收集3 L氣體，采用TD-gcms分析；用醛酮采樣管收集12 L氣體，采用HPLC分析。

2 結(jié)果及討論

2.1備胎蓋板及各原材料的氣味結(jié)果

根據(jù)備胎蓋板總成的結(jié)構(gòu)（如圖1），可將其拆分為骨架層和包覆層，其中骨架層由夾心層與骨架表層組成，骨架表面層由硬質(zhì)發(fā)泡與玻纖材料構(gòu)成，夾心層由蜂窩紙芯構(gòu)成主要起到支撐作用；包覆層由面料與熱溶膠材料組成，熱熔膠主要是用于粘接面料。

圖1 備胎蓋板結(jié)構(gòu)示意圖

表2為總成及各組份原材料的氣味評價結(jié)果。從表中可以看出，備胎蓋板總成件氣味等級味6.0，而備胎蓋板原材料氣味等級大小排序為： 蜂窩紙芯>骨架表面層材料>噴膠面料材料。備胎蓋板中氣味較差的是噴膠面料材料，它的氣味等級為5.5級，從主觀評價來看噴膠面料是引起地毯異味的主要材料。

表2 備胎蓋板總成及各原材料的氣味評價

2.2 備胎蓋板及各原材料的氣味物質(zhì)分析

2.2.1 備胎蓋板的氣味物質(zhì)分析

為了找出影響總成氣味的主要氣味物質(zhì)，本文首先對備胎蓋板總成進(jìn)行揮氣味物質(zhì)分析，找出關(guān)鍵性氣味物質(zhì)。表3為備胎蓋板總成中檢測到的影響氣味的的主要物質(zhì)，從表中可以看到備胎蓋板總成含有酯類、胺類、醛酮類以及烷烴類氣味性物質(zhì)。濃度最高的是甲基丙烯酸丁酯，其次是甲基丙烯酸甲酯，TOP 6的氣味物質(zhì)氣味特性都具有刺激性，而且含量占據(jù)了總含量的72.0 %，是影響備胎蓋板總成氣味的關(guān)鍵性物質(zhì)。

表3 備胎蓋板總成中的主要氣味物質(zhì)

2.2.2 各原材料的氣味物質(zhì)分析

為了進(jìn)一步研究備胎蓋板總成中的主要氣味物質(zhì)的來源，本文對備胎蓋板各組份材料逐一進(jìn)行氣味物質(zhì)分析及對應(yīng)揮發(fā)性物質(zhì)的氣味描述，詳見表4、5、6。

表4是骨架表面層材料的氣味物質(zhì)分析。從表中顯示的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)醛酮類化合物約占據(jù)骨架表面層材料VOC的69 %，因此醛酮類化合物成為骨架填充材料氣味的主要來源。其中甲醛作為合成骨架填充材料的主要原料，是揮發(fā)量最大的物質(zhì)。由此可見總成中的甲醛主要來源于骨架表面層材料中。

表4 骨架表面層材料中的主要氣味物質(zhì)

表5是蜂窩紙芯材料的氣味物質(zhì)分析。從表中數(shù)據(jù)可以看到蜂窩紙芯材料主要揮發(fā)性物質(zhì)為己醛、乙醛等醛類化合物，由于蜂窩紙芯的生產(chǎn)主要的原材料由原紙與膠粘劑組成，原紙的成分為木漿，因此這些醛類物質(zhì)主要來源于膠粘劑中[4]。除醛類物質(zhì)外其他物質(zhì)濃度都很低，相對于骨架填充材料，紙芯材料中沒有發(fā)現(xiàn)具有刺激性的胺味物質(zhì)。

表5 蜂窩紙芯材料中的主要氣味物質(zhì)

表6為噴膠面料的氣味物質(zhì)分析，表中可以看到備胎蓋板總成中甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、四甲基丁二腈、甲基吡咯烷酮這四種物質(zhì)在噴膠面料材料中含量都非常高，其含量占噴膠面料總含量的69.4 %以上，該材料不僅含有四甲基丁二腈、甲基吡咯烷酮，而且還含有N，N-二甲基甲酰胺這種具有魚腥味的刺激性胺類物質(zhì)，這些胺類物質(zhì)嚴(yán)重影響該材料的氣味性，因此總成中的這四種物質(zhì)來自于噴膠面料中。

表6 噴膠面料中的主要氣味物質(zhì)

除此之外，還含有多種醛類物質(zhì)。由于在制造蓋板時，面料包覆工序中需用到聚氨酯熱熔膠利用設(shè)備對夾心層及面料進(jìn)行壓制包覆[5]，這些物質(zhì)主要來源于面料包覆過程中所用的聚氨酯類熱熔膠，其中甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯作為粘合劑的主要合成原料。 甲基吡咯烷酮、四甲基丁二腈等胺類物質(zhì)主要作為粘合劑的催化劑，主要起到催化作用。粘合劑中的添加劑和溶劑都具有一定的刺激及揮發(fā)性，在使用的過程中膠粘劑中的溶劑和添加劑會釋放出甲醛等其他醛類有機(jī)物[6]，因此，在噴膠面料材料中檢測出了多種醛類化合物。

綜上所述，噴膠面料是引起總成異味的主要材料，這與主觀評價中噴膠面料氣味等級最低相一致，其中影響總成氣味的關(guān)鍵氣味物質(zhì)為甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、四甲基丁二腈、甲基吡咯烷酮及乙醛等醛類化合物。

3 結(jié)論

本文采用主觀評價及客觀分析方法研究了備胎蓋板的氣味來源及找出影響氣味的關(guān)鍵性物質(zhì)。結(jié)合備胎蓋板的結(jié)構(gòu)通過拆解備胎蓋板各組份材料，找出影響備胎蓋板氣味的主要材料，通過對各材料進(jìn)行氣味物質(zhì)分析，結(jié)合備胎蓋板的生產(chǎn)工藝找出影響氣味的關(guān)鍵性物質(zhì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)噴膠面料是直接影響總成氣味的材料組份，而引起異味的關(guān)鍵性物質(zhì)主要來自于面料包覆工藝所用到的熱熔膠中，分別為甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、四甲基丁二腈、甲基吡咯烷酮、乙醛作為熱熔膠的原材料、催化劑及溶劑。