炭黑的總揮發(fā)性有機(jī)物分析

蒼飛飛，桓 宇，牛聃葳，曲晶明

[1.北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100143；2.瀚德（中國）汽車密封系統(tǒng)有限公司，北京 100176；3.北京市理化分析測試中心，北京 100089]

隨著人民生活水平的提高，汽車成為很多家庭的必需品，人們在車內(nèi)停留的時間也逐漸延長。與此同時，汽車零部件和內(nèi)飾材料揮發(fā)出的有害物質(zhì)也愈來愈受到人們的關(guān)注，而原材料中揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）是有害物質(zhì)的真正來源。總揮發(fā)性有機(jī)物（TVOCs）包括烷類、芳烴類、烯類、鹵烷類、脂類、酮類及其他類化合物，會引起兒童、老人等機(jī)體免疫功能失調(diào)、下降，嚴(yán)重時會損傷肝臟或造血系統(tǒng)[1-7]。

本研究以車用橡膠密封條使用的炭黑作為分析對象，對不同廠家生產(chǎn)的相同品種炭黑的揮發(fā)性進(jìn)行評判，分析其TVOCs的組成。測量TVOCs有多種方法，需要根據(jù)期望的結(jié)果和材料類型選擇。本工作選擇更加適合原料級測試的空氣袋法測試炭黑的TVOCs。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 測試炭黑

卡博特（中國）投資有限公司（簡稱K）生產(chǎn)的炭黑SP5000和炭黑N500[分別記為SP5000（K）和N500（K）]；青州市博奧炭黑有限責(zé)任公司（簡稱Q）生產(chǎn)的炭黑N500[記為N500（Q）]；歐勵友工程炭（青島）有限公司（簡稱O）生產(chǎn)的炭黑N500[記為N500（O）]。

1.2 主要儀器設(shè)備

Agilent 7890A-5975C型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀和Agilent 7697A型熱脫附儀，美國安捷倫公司產(chǎn)品；氣體收集器，青島嶗山電子儀器總廠產(chǎn)品。

1.3 測試分析

1.3.1 樣品制備

稱取50 g炭黑樣品用紗布包裹好，備用；將10 L的氣袋抽真空，充入氮?dú)猓磸?fù)3次；然后將備用的炭黑放到10 L的氣袋中，再次抽取真空，用流量計(jì)計(jì)算充入高純氮?dú)? L；將裝好的5個炭黑樣品氣袋放入70 ℃烘箱中加熱2 h，在規(guī)定時間結(jié)束后取出，在室溫下冷卻至室溫；用Tenax TA?管收集氣袋中揮發(fā)氣體，收集速率為200 mL·min-1，收集12 min，氣體為2.4 L，備用[5]。

將取樣袋和空白袋放在恒溫箱中，將連接到每個袋子上的聚四氟乙烯管通過恒溫箱中適當(dāng)?shù)拈_口穿出；取樣袋和空白袋加熱一段時間后處于穩(wěn)定狀態(tài)，然后將蒸汽取樣裝置同時連接到每袋連接的聚四氟乙烯管上，采用合適的管接頭（包括包含聚四氟乙烯套圈的不銹鋼壓縮配件），以確保蒸汽取樣裝置與聚四氟乙烯管之間無泄漏連接。

溫度校準(zhǔn)后，測試TVOCs的氣體收集體積為1～3 L。如有需要，可額外收集揮發(fā)性有機(jī)化合物。有限的采樣量（小于3 L）可能會影響甲醛的檢測限（按照ISO 16000-3測定）[6]。

1.3.2 TVOCs測試

按照ISO 16000-6[7]對TVOCs進(jìn)行測試，試驗(yàn)樣品和空白樣品的TVOCs收集儀器見圖1。

圖1 TVOCs收集儀器示意Fig.1 Schematic diagram of TVOCs collection instrument

2 結(jié)果與討論

圖2—5分別示出了炭黑SP5000（K），N500（K），N500（Q）和N500（O）的總離子流色譜。表1—4分別示出了炭黑SP5000（K），N500（K），N500（Q）和N500（O）總離子流色譜數(shù)據(jù)。

表1 炭黑SP5000（K）總離子流色譜數(shù)據(jù)Tab.1 Total ion flow chromatographic data of carbon black SP5000（K）

圖2 炭黑SP5000（K）的總離子流色譜Fig.2 Total ion flow chromatography of carbon black SP5000（K）

2.1 TVOCs含量

表5示出了4個炭黑產(chǎn)品的TVOCs測試結(jié)果。

從表5可以看出，來自3個不同廠家的4個炭黑產(chǎn)品中，炭黑SP5000（K）的TVOCs含量最大，炭黑N500（K），N500（Q）和N500（O）的TVOCs含量依次減小，其中炭黑SP5000（K）的TVOCs含量比炭黑N500（O）大60多倍。

表5 4個炭黑產(chǎn)品的TVOCs測試結(jié)果Tab.5 TVOCs test results of 4 carbon black products

2.2 TVOCs中有機(jī)物種類

4個炭黑產(chǎn)品中，炭黑SP5000（K），N500（K），N500（Q）和N500（O）的TVOCs中有機(jī)物分別為10，28，12和12種，其中炭黑N500（K）的TVOCs中有機(jī)物種類比炭黑SP5000（K）多18種。

2.3 TVOCs中苯系物含量

4個炭黑產(chǎn)品的TVOCs中有機(jī)物種類繁多，有苯系物和直鏈烴等化合物，根據(jù)測試結(jié)果將每種炭黑的TVOCs中苯系物質(zhì)量加起來進(jìn)行比較，炭黑N500（K）的TVOCs中苯系物質(zhì)量高達(dá)919.62 ng，其次是炭黑N500（Q）的TVOCs中苯系物質(zhì)量為229.2 ng，然后是炭黑SP5000（K）的TVOCs中苯系物質(zhì)量為105.21 ng，炭黑N500（O）的TVOCs中苯系物質(zhì)量為4.46 ng，其中炭黑N500（K）的TVOCs中苯系物質(zhì)量是炭黑N500（O）的200多倍。

圖3 炭黑N500（K）的總離子流色譜Fig.3 Total ion flow chromatography of carbon black N500（K）

圖4 炭黑N500（Q）的總離子流色譜Fig.4 Total ion flow chromatography of carbon black N500（Q）

圖5 炭黑N500（O）的總離子流色譜Fig.5 Total ion flow chromatography of carbon black N500（O）

2.4 TVOCs中含量最大的有機(jī)物

表6示出了4個炭黑產(chǎn)品的TVOCs中含量最大的有機(jī)物物質(zhì)。

從表6可以看出，將4個炭黑產(chǎn)品的TVOCs中含量最大的有機(jī)物篩選出來，炭黑SP5000（K）和N500（O）的TVOCs中含量最大的有機(jī)物是甲酸丁酯，炭黑N500（K）和N500（Q）的TVOCs中含量最大有機(jī)物是苯酚。

表6 4個炭黑產(chǎn)品的TVOCs中含量最大的有機(jī)物Tab.6 The highest content organic compounds of TVOCs of 4 carbon black products

3 結(jié)論

（1）4個炭黑產(chǎn)品的TVOCs含量從大到小依次為炭黑SP5000（K），N500（K），N500（Q），N500（O），其中炭黑SP5000（K）的TVOCs含量比炭黑N500（O）大60多倍。

表2 炭黑N500（K）總離子色譜數(shù)據(jù)Tab.2 Total ion flow chromatographic data of carbon black N500（K）

表3 炭黑N500（Q）總離子流色譜數(shù)據(jù)Tab.3 Total ion flow chromatographic data of carbon black N500（Q）

表4 炭黑N500（O）總離子流色譜數(shù)據(jù)Tab.4 Total ion flow chromatographic data of carbon black N500（O）

（2）4個炭黑產(chǎn)品的TVOCs中有機(jī)物種類從多到少依次為N500（K），N500（Q）/N500（O），SP5000（K），其中炭黑N500（K）的TVOCs中有機(jī)物種類比炭黑SP5000（K）多18種。

（3）4個炭黑產(chǎn)品的TVOCs中苯系物含量從大到小依次為炭黑N500（K），N500（Q），SP5000（K），N500（O），其中炭黑N500（K）的TVOCs中苯系物含量是炭黑N500（O）的200多倍。

（4）4個炭黑產(chǎn)品的TVOCs中含量最大的有機(jī)物的分別為：炭黑SP5000（K）和N500（O）是甲酸丁酯，炭黑N500（K）和N500（Q）是苯酚。