汽車(chē)地毯氣味及VOC 散發(fā)規(guī)律研究

周嵐,宋景華，王陽(yáng)

（吉利汽車(chē)研究院（寧波）有限公司，寧波 315336）

引言

由于目前生活水平的大幅度提升，汽車(chē)成為了最通用的代步工具，給我們提供了非常多的方便，但是汽車(chē)的內(nèi)飾件采用了大量的非金屬材料與一些膠粘劑，這些非金屬材料在使用過(guò)程中會(huì)揮發(fā)出大量的有機(jī)物，嚴(yán)重影響車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)給使用者帶來(lái)潛在的危害[1～3]。汽車(chē)內(nèi)飾零部件VOC 的散發(fā)成為影響車(chē)內(nèi)氣味的關(guān)鍵因素，因此對(duì)內(nèi)飾件VOC 散發(fā)的關(guān)注越來(lái)越多。熊芬[4]等采用2000L 袋式法通過(guò)對(duì)檢測(cè)溫度、零件材料的種類(lèi)及工藝以及材料表面積和質(zhì)量大小等研究其對(duì)VOC散發(fā)量的影響。婁金分[5]等通過(guò)對(duì)地毯材料進(jìn)行拆分，對(duì)地毯材料各組分先進(jìn)行氣味試驗(yàn)主觀評(píng)價(jià)，再通過(guò)設(shè)備分析揮發(fā)性物質(zhì)，找出氣味的主要來(lái)源。虞接華[6]等通過(guò)采用袋式法測(cè)試找出VOC 的散發(fā)來(lái)源并提出優(yōu)化方案。鄧俊杰[7]等對(duì)吸附VOC 的材料進(jìn)行了研究。

汽車(chē)地毯作為汽車(chē)內(nèi)飾的主要部件，大面積暴露在乘員艙內(nèi)，直接影響車(chē)內(nèi)氣味，因此，地毯成為研究整車(chē)氣味VOC 的關(guān)鍵零部件。本文采用2000L 袋式法通過(guò)密封不同時(shí)間研究地毯的氣味表現(xiàn)以及VOC 的散發(fā)趨勢(shì)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

某車(chē)型地毯總成同批次2 件，xx 公司，樣件采用鋁箔完好包裝，樣品下線后15 d 內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)并分析；2 000 L Tedlar 采樣袋，大連德霖。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

TD-GCMS: Marks（unity2）- 美 國(guó) Agilent 7890A/5975C；高效液相色譜（HPLC）：島津 LC-20A

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 氣味試驗(yàn)

根據(jù)Q/JLY J7111020 對(duì)地毯進(jìn)行試驗(yàn)，采用2 000 L Tedlar 氣袋，充入1 000 L 氣體，在25 ℃下分別密封16 h 與168 h 并進(jìn)行氣味評(píng)價(jià)（4 級(jí)-7 級(jí)之間允許半級(jí)出現(xiàn)），氣味等級(jí)評(píng)估見(jiàn)表1。

表1 氣味等級(jí)說(shuō)明

1.3.2 VOC 試驗(yàn)

根據(jù)Q/JLY J7111020 對(duì)地毯進(jìn)行試驗(yàn)，采用2 000 L Tedlar 氣袋，充入1 000 L 氣體，在25 ℃下密封168 h，對(duì)袋內(nèi)VOC 分別在密封16 h，24 h，48 h，72 h，96 h，120 h，144 h，168 h 進(jìn)行連續(xù)8 次監(jiān)測(cè)并分析該地毯總成VOC 的散發(fā)規(guī)律。

TD-GCMS

熱脫附：300 ℃下解析5 min，冷阱捕集溫度-15℃，冷阱解析溫度300 ℃保持5 min，傳輸線溫度180 ℃（氣體流量20 mL/min，分流25 mL/min）。

HPLC

色譜柱C18，紫外吸收檢測(cè)器，波長(zhǎng)360 nm。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 氣味評(píng)價(jià)結(jié)果

表2為袋式法氣味評(píng)價(jià)結(jié)果，其中A～G 分別代表不同的氣味評(píng)價(jià)員，從表中可以看到密封16 h 的氣味比密封168 h 的氣味低一個(gè)等級(jí)，密封時(shí)間長(zhǎng)反而氣味還好一些，試驗(yàn)結(jié)果表明氣味等級(jí)與密封時(shí)長(zhǎng)不成正比。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因與地毯散發(fā)出的VOC 有著密切的聯(lián)系。本文采用了同批次地毯同時(shí)間同條件進(jìn)行了VOC 測(cè)試，分析其VOC 散發(fā)的主要成分以及各物質(zhì)的散發(fā)規(guī)律。

表2 氣味評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2 VOC 試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 高關(guān)注度VOC 結(jié)果分析

表3為某車(chē)型地毯VOC 在2 000 L 袋子內(nèi)密封不同時(shí)間所散發(fā)的五苯（苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯）三醛（甲醛、乙醛、丙烯醛）的散發(fā)量，從表中可以看到，高關(guān)注度VOC 主要揮發(fā)物為苯、甲苯以及二甲苯，其中揮發(fā)量最大的是苯，苯在密封168 h內(nèi)其含量一直在升高，而甲苯與二甲苯含量都是先上升然后趨于平衡。

表3 不同封閉時(shí)間高關(guān)注度VOC 散發(fā)量

2.2.2 高關(guān)注度VOC 散發(fā)速率分析

針對(duì)主要揮發(fā)物苯、甲苯以及二甲苯，研究其散發(fā)規(guī)律。圖1 為這三種物質(zhì)在袋內(nèi)密封不同時(shí)間段所表現(xiàn)出的散發(fā)速率，圖1 中看出苯在密封24 h 內(nèi)達(dá)到最大的散發(fā)速率，96 h 后散發(fā)速率衰減至最大散發(fā)速率的52 %，并以2.2 μg/m3*h-1左右的速率穩(wěn)定散發(fā)，屬于穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，遵循Fick 擴(kuò)散第一定律，散發(fā)速率與濃度梯度成正比，不隨時(shí)間的變化而變化；而甲苯和二甲苯散發(fā)規(guī)律表現(xiàn)一致，16 h 后散發(fā)速率一直在衰減，其中72 h 內(nèi)散發(fā)速率快速衰減，衰減至最原始速率的25 %，72 h 后以0.1 μg/m3*h-1的速率衰減，屬于非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，其散發(fā)速率隨著時(shí)間的變化而變化。

圖1 地毯中苯、甲苯、二甲苯持續(xù)散發(fā)速率曲線

2.3 VOC 主要成分及散發(fā)速率分析

2.3.1 VOC 主要成分結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)地毯進(jìn)行全譜數(shù)據(jù)分析，除高關(guān)注度VOC 外，其它VOC 主要來(lái)源于酯類(lèi)、烷烴、醇類(lèi)化合物，地毯散發(fā)出的各類(lèi)別化合物的主要檢出物質(zhì)見(jiàn)表4。

表4 典型零部件光澤度保持率（%）

表4 地毯散發(fā)VOC 各主要檢出物

圖2為酯類(lèi)、烷烴類(lèi)、醇類(lèi)化合物在不同密封時(shí)間的散發(fā)量，從圖2 可以看到，酯類(lèi)和烷烴是TVOC 的主要來(lái)源，醇類(lèi)化合物含量較低，在任何時(shí)候其散發(fā)量都不超過(guò)5 %，密封時(shí)間在72 h 內(nèi)影響TVOC 的主要物質(zhì)類(lèi)別是酯類(lèi)，占TVOC 的55 %以上，從第72 h 開(kāi)始烷烴類(lèi)成為影響TVOC 的主要物質(zhì)類(lèi)別。這也解釋了為什么密封16 h 的氣味等級(jí)會(huì)比密封168 h 的氣味等級(jí)要差的原因。

圖2 酯類(lèi)、烷烴類(lèi)、醇類(lèi)化合物的散發(fā)量

針對(duì)影響TVOC 的主要揮發(fā)物酯類(lèi)、烷烴類(lèi)研究其散發(fā)規(guī)律，接下來(lái)對(duì)酯類(lèi)化合物及烷烴類(lèi)化合物的散發(fā)規(guī)律分別進(jìn)行研究，由于酯類(lèi)化合物一開(kāi)始就表現(xiàn)出高揮發(fā)量，因此先對(duì)酯類(lèi)化合物進(jìn)行研究。

2.3.2 主要VOC 散發(fā)速率分析

表5為主要酯類(lèi)揮發(fā)物在不同密封時(shí)間的散發(fā)量，從表中可以看出2-乙基丙烯酸己酯揮發(fā)量是最大的，其次為2-乙基乙酸己酯，乙酸乙酯與丙烯酸丁酯散發(fā)量相對(duì)較小，2-乙基乙酸己酯密封24 h 后散發(fā)量達(dá)到峰值然后下降直至趨于平衡。因此酯類(lèi)化合物影響TVOC 的揮發(fā)量主要是2-乙基丙烯酸己酯。

圖3為酯類(lèi)各化合物在袋內(nèi)密封不同時(shí)間段所表現(xiàn)出的散發(fā)速率，由于2-乙基乙酸己酯以及乙酸乙酯與丙烯酸丁酯這三種物質(zhì)的散發(fā)速率遠(yuǎn)小于2-乙基丙烯酸己酯，因此酯類(lèi)主要影響物質(zhì)為2-乙基丙烯酸己酯，接下來(lái)主要研究2-乙基丙烯酸己酯的散發(fā)速率。從圖3 可以看出2-乙基丙烯酸己酯一開(kāi)始就表現(xiàn)出高散發(fā)速率，16 h 散發(fā)速率高于140 μg/m3*h-1，高散發(fā)速率說(shuō)明地毯本身含有大量的2-乙基丙烯酸，根據(jù)Fick 定律，2-乙基丙烯酸己酯在材料中存在較大的濃度梯度，因此初始散發(fā)階段其散發(fā)速率高；24～72 h 內(nèi)散發(fā)速率快速衰減至初始散發(fā)速率的18.4 %，屬于快速衰減階段；72 h 后可能由于酯類(lèi)化合在袋內(nèi)氣體中與材料內(nèi)部的濃度差減小，結(jié)合表5 可以看出72 h 后2-乙基丙烯酸己酯的散發(fā)量基本穩(wěn)定，處于內(nèi)部穩(wěn)定擴(kuò)散階段。

圖3 地毯中酯類(lèi)物質(zhì)持續(xù)散發(fā)速率曲線

表5 酯類(lèi)物質(zhì)的散發(fā)量

圖4為烷烴類(lèi)各化合物在袋內(nèi)密封不同時(shí)間段的散發(fā)速率，烷烴類(lèi)化合物的散發(fā)趨勢(shì)基本一致，其中甲基己烷、二甲基戊烷及甲基庚烷這三種烷烴的散發(fā)速率相對(duì)較大，成為影響烷烴類(lèi)化合物散發(fā)速率的主要化合物。從圖4 可以看到分別在密封第24 h、第72 h 與第144 h散發(fā)速率都出現(xiàn)了峰值，峰值后散發(fā)速率減小，出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是因?yàn)橥闊N類(lèi)化合物的散發(fā)需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段，先從材料中遷移到材料表面，使得材料表面的氣體達(dá)到飽和后進(jìn)行第二階段散發(fā)到袋內(nèi)，散發(fā)速率得到突破。雖然分別在密封第24 h、第72 h 與第144 h 散發(fā)速率都出現(xiàn)了峰值，但是發(fā)現(xiàn)每一次新的峰值都比上一次的小，由于材料內(nèi)烷烴類(lèi)化合物不斷的散發(fā)，其內(nèi)部的量變少，因此每次新峰值會(huì)變小。

圖4 地毯中烷烴類(lèi)物質(zhì)持續(xù)散發(fā)速率曲線

綜上所述，影響該地毯TVOC 的主要化合物種類(lèi)為酯類(lèi)、烷烴兩大類(lèi)，其中在密封前72 h 內(nèi)TVOC 主要由酯類(lèi)化合物控制，而酯類(lèi)主要化合物是2-乙基丙烯酸己酯，該物質(zhì)一開(kāi)始就表現(xiàn)出高散發(fā)速率，隨后處于快速衰減階段，最后達(dá)到穩(wěn)定，處于內(nèi)部穩(wěn)定擴(kuò)散階段；密封72 h 后TVOC 主要由烷烴化合物控制，烷烴類(lèi)化合物與酯類(lèi)化合物的散發(fā)規(guī)律不一樣，由材料內(nèi)部遷移階段與材料表面擴(kuò)散階段完成散發(fā)。

3 結(jié)論

本文主要研究了某車(chē)型地毯總成在不同密封時(shí)長(zhǎng)的氣味表現(xiàn)及VOC 的散發(fā)規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果表明：

1）氣味等級(jí)與密封時(shí)長(zhǎng)不成正比；

2）不同的物質(zhì)種類(lèi)散發(fā)規(guī)律不一樣，酯類(lèi)分為高速散發(fā)階段、快速衰減階段到內(nèi)部穩(wěn)定擴(kuò)散階段；烷烴類(lèi)化合物由材料內(nèi)部遷移與材料表面擴(kuò)散兩階段構(gòu)成，會(huì)出現(xiàn)不同的散發(fā)峰值，每次峰值都會(huì)減小。

3）氣體是動(dòng)態(tài)的，隨時(shí)間變化其主要揮發(fā)物質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，不同的物質(zhì)散發(fā)速率不同，同一種物質(zhì)在不同的密封時(shí)間散發(fā)速率會(huì)發(fā)生變化。