某軌道車輛用丙烯酸膠愉悅度研究

黃雪飛 蘭琪 王偉 李淑華 王詠祥 張春嬌

摘 要：以某軌道車輛用丙烯酸膠為研究對象，利用袋式法和9級度量法分別進行VOC測試和愉悅度評價，通過氣味活度法篩選發(fā)現(xiàn)丙烯酸膠固化1d、7d和21d后的重點氣味物質(zhì)均為苯乙烯;后基于不同臭氣濃度下的苯乙烯愉悅度評價結(jié)果，建立了苯乙烯愉悅度-臭氣指數(shù)特征曲線y=0.0056-0.6758x-0.5307x2，在-0.122～2.179的苯乙烯臭氣指數(shù)范圍內(nèi)相關(guān)性良好，相關(guān)系數(shù)為0.9930。最后，基于該模型得到的丙烯酸膠干樣預(yù)測愉悅度與實際愉悅度之間平均相對偏差僅為0.2%，說明該方法準(zhǔn)確度高。

關(guān)鍵詞：軌道車輛;丙烯酸膠;愉悅度;袋式法;特征曲線

中圖分類號：TQ333.97 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）09-0004-04

Study on the Hedonic Tone of Acrylic Adhesive Used in a Railway Vehicle

Huang Xuefei1， Lan Qi1， Wang Wei1， Li Shuhua1， Wang Yongxiang2， Zhang Chunjiao2

（1.CRRC Tangshan Co.， Ltd.， Tangshan 064000， China; 2.Guangzhou GRG Metrology & test Co.， Ltd.， Guangzhou 510656， China）

Abstract：Takes an acrylic adhesive for railway vehicles as the research object. The bag method and 9-level measurement method are used to carry out VOC test and pleasantness evaluation respectively. Through the odor activity method， it is found that the key odor substances of acrylic adhesive after curing for 1 d， 7 d and 21 d are all styrene; then based on the hedonic tone evaluation results of styrene under different odor concentrations， the styrene pleasure-odor index characteristic curve y=0.0056-0.6758x-0.5307x2 is established， the correlation is good in the range of styrene odor index ranging from -0.122 to 2.179， and the correlation coefficient is 0.9930. Finally， based on the model， the average relative deviation between the predicted hedonic tone of the acrylic adhesive dry sample and the actual hedonic tone is only 0.2%， indicating that the method is high accuracy.

Key words：rail vehicle; acrylic adhesive; hedonic tone; tedlar bag method; behavior curve

0 前言

軌道車輛在建造過程中會大量使用膠粘劑，由其釋放的苯系物、甲醛等揮發(fā)性有機物會嚴(yán)重影響車內(nèi)空氣質(zhì)量[1-2]，而車內(nèi)空氣質(zhì)量最直觀的體現(xiàn)便是異味。

目前，軌道交通行業(yè)尚未發(fā)布過氣味評價標(biāo)準(zhǔn)，通常參考德國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的VDA 270[3]對車輛內(nèi)裝用零部件及材料進行氣味強度等級判定，同時基于氣味活度法對車內(nèi)氣味進行溯源研究，如李人哲等人[4]的司機室及其內(nèi)飾材料氣味溯源研究，以閾稀釋倍數(shù)大小來評判對整車氣味的貢獻度。但閾稀釋倍數(shù)并不一定能真實反映氣味特征和對人的心理影響及危害程度，如具有相同閾稀釋倍數(shù)的香氣味和汗臭味，二者給人的氣味感受則完全不同。因此，要在反映氣味特性的基礎(chǔ)上，充分考慮氣味感官的差異性，使氣味評判更加科學(xué)合理。2003年，英國等國家將愉悅度列入了歐盟EN13725[5]氣味濃度測試標(biāo)準(zhǔn)，作為感官表征的一個因子。采用愉悅度評價體系，即用令人愉快或不愉快的心理感受程度來描述氣味物質(zhì)或氣味樣品[6]，不僅反映了氣味的特性，還包含了人體對氣味的情緒感受[7]。

本文以某軌道車輛常用的丙烯酸膠為研究對象，首次提出了膠粘劑干樣愉悅度評價方法，并建立了相應(yīng)的愉悅度-臭氣指數(shù)預(yù)測模型，以期為主機廠和供應(yīng)商提升軌道車輛產(chǎn)品環(huán)保性能提供理論依據(jù)。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

甲醇（農(nóng)殘級，J.T.BAKER），甲苯和苯乙烯（純度99.5%，Chemservice）。

1.2 試驗裝置

十萬分級分析天平 X205BDU（瑞士METTLER TOLEDO 公司），全自動標(biāo)樣制備器（萊創(chuàng)科技應(yīng)用發(fā)展有限公司），熱解析脫附系統(tǒng)（maekes TD100-Xr），氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀GC/MS （安捷倫），恒流空氣采樣泵（Gilian），氣體流量校準(zhǔn)計（mini-BUCK），步入式恒溫烘箱（V-MH-50型，昇微機電設(shè)備科技有限公司）。

1.3 試樣制備

將3g丙烯酸膠按照實際工藝涂抹在鋁箔上（10cm×10cm）形成膠膜，分別放置1d、7d和21d后用袋式法[8]進行VOC測試，測試條件：10L的PVF袋充入5L高純氮氣，溫度25℃，放置時間16h。

1.4 試驗方案

首先，利用袋式法[8]對固化1d、7d和21d的丙烯酸膠（即丙烯酸膠干樣）進行測試，測試完畢后參照VDI 3882愉悅度9級度量法[9]進行愉悅度評價;其次，利用氣味活度法從分析的VOCs全譜中篩選出丙烯酸膠干樣中的重點氣味物質(zhì)，并基于不同臭氣濃度下的重點氣味物質(zhì)愉悅度評價結(jié)果，建立其愉悅度-臭氣指數(shù)特征曲線;最后，基于上述特征曲線得到丙烯酸膠干樣預(yù)測愉悅度，并與實際愉悅度進行比較，驗證特征曲線的準(zhǔn)確性，如圖1所示。

1.5 試驗方法

（1）愉悅度評價：選取9名合格的嗅辨員，參照VDI3882愉悅度9級度量法[9]（如表1所示）對袋內(nèi)空氣進行愉悅度評價，嗅辨員稍微打開采樣袋上的采樣閥門，鼻子離閥門口1.5～2.5cm，正常呼吸，然后給出評價結(jié)果，最終愉悅度取各嗅辨員的平均值。

（2）臭氣樣品制備：向干凈無異味的10L采樣袋中打入一定量的純標(biāo)物，充入8L高純氮氣，置于65℃烘箱加熱1h，拿出袋子冷卻至室溫作為原臭。再用針筒抽取一定量的原臭打入新的10L采樣袋中進行逐級稀釋，共配制8個濃度水平，作為測試樣品。

2 結(jié)果與討論

2.1 丙烯酸膠干樣重點氣味物質(zhì)分析和愉悅度評判

丙烯酸膠干樣（固化1d、7d和21d）中的重點氣味物質(zhì)篩選可基于氣味活度法，即利用計算的閾稀釋倍數(shù)加以判斷，閾稀釋倍數(shù)大小等于某氣味物質(zhì)的濃度除以其嗅閾值[10]。忽略閾稀釋倍數(shù)小于1的物質(zhì)，將閾稀釋倍數(shù)≥1的物質(zhì)作為備選重點氣味物質(zhì)如表2所示。

由表2可知，隨著固化時間的延長，丙烯酸膠干樣中的備選重點氣味物質(zhì)種類逐漸減少，且各物質(zhì)閾稀釋倍數(shù)值也逐漸降低。同時，苯乙烯閾稀釋倍數(shù)明顯大于苯甲醛等其它備選重點氣味物質(zhì)的（至少50倍以上），且其是國家限制排放的典型惡臭物質(zhì)，故該丙烯酸膠干樣中的重點氣味物質(zhì)為苯乙烯。

此外，該丙烯酸膠固化1d、7d和21d后的愉悅度評價等級分別為-4.00、-3.22和-2.11。

2.2 苯乙烯愉悅度-臭氣指數(shù)特征曲線

將2μL苯乙烯注入10L采樣袋中，按1.5節(jié)制備原始樣品（采樣袋中苯乙烯濃度為226.5mg/m3，對應(yīng)的閾稀釋倍數(shù)為1510），并依次按10倍、30倍、60倍、100倍、200倍、400倍、1000倍和2000倍的稀釋倍數(shù)進行稀釋，獲得8個測試樣品，分別用A1～A8表示，閾稀釋倍數(shù)范圍為0.755～151.000。由9名專業(yè)的嗅辨員分別對上述測試樣品進行愉悅度評價，測試結(jié)果如表3所示。

由表3測試結(jié)果可知，上述A1-A7不同濃度下的苯乙烯愉悅度評價結(jié)果均為負(fù)值，即都是不同程度令人厭惡的氣味;同時，隨著閾稀釋倍數(shù)值由A1到A8的逐漸降低，對應(yīng)的苯乙烯愉悅度絕對值也逐漸降低，即苯乙烯氣味令人厭惡的程度逐漸下降。

為了進一步建立苯乙烯愉悅度-臭氣指數(shù)特征曲線，我們以閾稀釋倍數(shù)的對數(shù)值（即臭氣指數(shù)）為橫坐標(biāo)，愉悅度為縱坐標(biāo)，繪制苯乙烯愉悅度隨臭氣指數(shù)的變化曲線，并利用origin軟件進行數(shù)據(jù)擬合如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)苯乙烯臭氣指數(shù)在-0.122～2.179（對應(yīng)的閾稀釋倍數(shù)為0.755～151.000）范圍內(nèi)，苯乙烯的愉悅度與臭氣指數(shù)之間呈現(xiàn)非線性的二項式關(guān)系，即y=0.0056-0.6758x-0.5307x2，相關(guān)系數(shù)為0.9930，相關(guān)性良好。很明顯，在上述范圍內(nèi)，苯乙烯的愉悅度與臭氣指數(shù)之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，即隨著苯乙烯濃度的增加，人們對其厭惡程度增強。此外，當(dāng)苯乙烯臭氣指數(shù)<0.516（閾稀釋倍數(shù)為3.3）時，人們對其幾乎沒有厭惡度或已聞不出氣味了。

需要指出的是，當(dāng)苯乙烯濃度不在上述范圍之時，濃度過高，會引起人的嗅覺敏銳度降低，致使無法準(zhǔn)確區(qū)分感受差異，愉悅度只會趨近于-4（非常厭惡）;濃度過低，會超出人的嗅覺感知，愉悅度只會趨近于0（既不愉悅也不厭惡）。

2.3 特征曲線驗證

為了驗證上述特征曲線與該丙烯酸膠干樣愉悅度評價的匹配性，將表2中苯乙烯的閾稀釋倍數(shù)值分別轉(zhuǎn)化為臭氣指數(shù)后帶入上述關(guān)系式中，得到相應(yīng)的預(yù)測愉悅度如表4所示。

由表4測試結(jié)果可知，該丙烯酸膠固化1d、7d和21d后的預(yù)測愉悅度值分別為-4.00、-3.24和-2.11，這與實際的丙烯酸膠干樣愉悅度評價結(jié)果偏差較?。ㄆ骄鄬ζ顑H為0.2%），說明利用上述特征曲線能很好的對丙烯酸膠干樣進行愉悅度預(yù)測。

3 結(jié)語

本文選取某軌道車輛常用的丙烯酸膠作為研究對象，利用袋式法和9級度量法分別進行VOC測試和愉悅度評價，通過研究得到以下結(jié)論：固化1 d、7 d和21 d后的丙烯酸膠中重點氣味物質(zhì)均為苯乙烯，該物質(zhì)的愉悅度與臭氣指數(shù)之間呈現(xiàn)非線性的二項式關(guān)系，即y=0.0056-0.6758x-0.5307x2，相關(guān)性良好;此外，利用該特征曲線得到的丙烯酸膠干樣預(yù)測愉悅度與真實愉悅度之間平均相對偏差僅為0.2%，說明利用該模型能很好的對丙烯酸膠干樣愉悅度進行預(yù)測，這為主機廠和供應(yīng)商管控產(chǎn)品環(huán)保性能提供了理論依據(jù)。

參考文獻

[1]張?zhí)m蘭，吳彤，何毅華，等.膠粘劑中揮發(fā)性有機物的檢測方法研究[J].中國膠粘劑，2019， 28（05）： 45-48.

[2]錢秀敏，張?zhí)m蘭.軌道客車用膠粘劑環(huán)保性能研究[J].粘接，2018（12）：58-61.

[3]VDA 270，Determination of the odour characteristics of trim materials in motor vehicles[S].

[4]李人哲，鐘源，關(guān)玲玲，等.某城軌車輛司機室整車及其內(nèi)飾材料氣味溯源研究[J].電力機車與城軌車輛，2019，42（06）：44-47.

[5]EN13725. Air quality determination of odor concentration by dynamic olfactometry [S].European Union，2003.

[6]M Bensafi，C Rouby，V Farget，et al.Influence of affective and cognitive judgements on autonomic parameters during inhalation of pleasant and unpleasant odors in humans[J].Neuroscience Letters，2002，319（3）：162-166.

[7]王娟，沈樹華，張積家.大學(xué)生的氣味詞分類—基于語義相似性和知覺相似性的探討[J].心理學(xué)報，2011，43（10）：1124-1137.

[8] ISO.道路車輛的內(nèi)部空氣第2部分：測定來自車輛內(nèi)部零件和材料的揮發(fā)性有機化合物排放的篩選法——袋式法：ISO 12219-2 [S].Geneva：ISO，2012.

[9]VDI 3882 Bl.2 Olfaktometrie; Bestimmung der hedonischenGeruchswirkung[S].Düsseldorf 1994： Verein Deutscher Ingenieure.

[10]桂根生.基于嗅閾值的車內(nèi)氣味溯源研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2018，43（04）： 155-157.

[11] Nagata Yoshio， Measurement of Odor Threshold by Triangle Odor Bag Method. Odor Measurement Review， Office of Odor， Noise and Vibration Environmental Management Bureau Ministry of the Environment， Government of Japan， 2004， 118-127.