汽车车内有机挥发物（VOC）的检测

文 | 广州威凯检测技术研究院 夏庆云

汽车车内有机挥发物（VOC）的检测

文 | 广州威凯检测技术研究院 夏庆云

本文介绍了汽车VOC的危害以及国内外对汽车VOC的一些研究，同时对汽车整车、零部件及材料的VOC检测方法进行简单介绍，并分析了汽车内饰件产生VOC的主要来源。

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一 VOC介绍

VOC是Volatile Organic Compounds的英文缩写，意思是挥发性有机化合物，通常指在常温下容易挥发的有机化合物，较常见的有苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醇、十四碳烷、TVOC（6～16个碳的烷烃）等，此外还有酮类（如丙酮）等多个种类。这些化合物具有易挥发和亲油等特点，被广泛应用于涂料、粘合剂等溶剂以及洗涤剂等工业领域。世界卫生组织（WHO）按照沸点对VOC进行了以下分类：

车内的主要VOC污染有乙醛 、 二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、丙烯醛、丙烯睛、多芳环碳氢化合物 (PAHs)、多氯联苯(PCBs)、苯、临苯二甲酸酯、1,3-丁二烯、氯化聚二氧 (杂)芑、呋喃、苯乙烯、四氯乙烯、二氯甲烷、甲苯、氟化物、甲苯基二异氰酸酯、甲醛、三氯乙烯、氯乙烯、甲乙酮、二甲苯、甲异丁酮、总挥发有机物 (TVOC)。总挥发有机物为一大类化合物，其中包括丙烯醛、丙烯腈、苯、甲乙酮、苯乙烯、四氯乙烷、三氯乙烷、甲苯、二甲苯、甲苯基二异氰酸酯等等。

VOC对人体健康有巨大影响。当居室中的VOC达到一定浓度时，短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重时会出现抽搐、昏迷，并会伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果。近年来，汽车内的VOC排放问题引起了世界汽车制造业的高度关注。大多数汽车内饰部件中都含有一定量的挥发性有机化合物，当气温达到一定高度时，这些挥发性物质就会释放出来，有些会形成雾翳并凝结在前挡风玻璃上，从而影响驾驶员的视线；有些则产生令人不舒服的气味，甚至引起头疼、干咳和过敏等不适反应，从而对乘员的身体造成伤害。由于汽车的某些特点，使汽车中的VOC一般比较高，这是因为：（1）车内空间小，污染程度大；（2）汽车的密闭性强，在多数情况下门窗关闭，不利于有害气体的扩散；（3）汽车是移动交通工具，与外界对流热交换量大，外界气候条件变化，对温度等条件的控制难度加大；（4）汽车玻璃门窗所占面积大，长时间暴露在阳光下，车内温度变化幅度较大。在高温下，车内零部件及车内装饰材料中的有害物质更易挥发出来；（5）车内人口密度大，加重了污染。

随着汽车市场竞争的加剧，很多汽车厂商通过使用劣质内饰材料降低生产成本，随之带来的是车内VOC的增加。由于VOC本身具有着极大的危害性，已经被社会喻为人类的“隐形杀手”。目前，如何降低和消除车内的VOC已成为了汽车行业新的发展目标。

表1.HO对VOC的分类

二 整车VOC的研究和测量方法

汽车整车的VOC是来自汽车内饰材料和零部件中的有机物的挥发，车内VOC的浓度汽车的工作状态和条件有很大关系。据研究发现，研究发现静止时，车内的VOC浓度比车外的VOC浓度高得多。这是因为静止和行驶时车内空气流速相差很大，即使关上车窗，停止通风，行驶中的车内空气流速也会大大提高，特别是在高速行驶时。例如，在1997年加利福尼亚州的研究中，一辆静止的 1997年产福特Explorer汽车，通风打到“循环”档，换气速度为1.8次/小时，高于一般的室内空气流通速度。当汽车以55英里/小时（ 88公里/小时） 的速度行驶，换气速度增加到 13.5次/小时。2003年美国加州大学Marion的研究显示，开车时，即使使用内循环空调，也可以快速使浓度下降。行驶时污染物的浓度比静止时的浓度低4-20倍。另外，车内的VOC浓度受温度影响也有很大关系。温度越高，有机物越容易挥发，VOC浓度也越高。车内污染物浓度随温度升高而急剧增加，原因主要是车内材料有害气体的释放随温度而增加。 2004年Marion报告，从26℃上升到63℃时，TVOC浓度至少增加5倍。2004年戴的研究显示温度增加10摄氏度，污染物浓度近乎上升一倍。温度很高时，即使是使用多年的车辆中，有害气体的浓度也很高。

目前，尽管世界上有一些结构对汽车车内空气污染进行了一些研究，但总体而言，世界各国关于汽车内部污染的研究还进行得不多。2000年，美国环保局运输和空气质量评估与标准办公室发表了一份长达195页的有关控制汽车有害气体污染排放的报告中承认,对于车内污染的研究资料还很有限。英国空气质量总署也建议加强对汽车使用者所受污染的研究。澳大利亚环境标志协会主席Johnson说，减少可挥发有机物对消费者的健康的危害、采用21世纪新型车内装饰材料和燃料，必须是汽车设计需要优先考虑的环保因素。

随着对车内空气污染的研究，人们对汽车车内空气质量越来越重视。但目前国内及欧洲、美国、日本均没有汽车车内空气质量的国家标准和法规。但有资料表明国外主要汽车公司对车内空气质量的控制主要通过配套的零部件和内饰材料的管理来实现。例如，目前世界主要汽车厂商如丰田、通用、大众等就有企业内部规定，从原材料环节控制车内异味的产生，在新车定型时还有专人针对“车内味道”进行感官评判。欧盟于2005年制定的《有关化学品注册、评估、授权与限制制度》（Reach法规）对汽车相关材料做了部分规定。美国环保局要求汽车制造厂所使用的材料必须申报，并必须经过环保部门审查以确保对环境和人体危害程度达到最低点后才能使用，申报者一旦违反规定，将负担巨额的罚款，还要召回产品清理污染，主要负责人甚至会被判刑。俄罗斯也在1999年制定并实施了P51206－98号“车辆车内污染物评价标准及方法”的国家标准，以防止汽车驾驶室（车舱）的空气被污染。德国环保署与德国汽车制造学会联合制定的“德国汽车车内环境标准”相关规定包括：一、汽车本身、装在车内的塑料配件、地毯、车顶毡、沙发等需符合德国“蓝天使”环保标志的要求。二、车内装饰，坐套垫、胶粘剂等装饰材料含有的苯、甲醛、丙酮、二甲苯等必须低于“德国三级车内环保标准”，比如车内甲醛含量不能超过0.08mg/m3。三、汽车销售前还必须经过有毒空气释放期。日韩等亚洲国家：韩国汽车通过高科技自动监测车内空气质量，高档车一般配备AQS空气质量传感器，一旦车外的空气质量超标，AQS会自动切断风门，阻止废气流入车内；日本汽车厂商针对车内空气污染专门开发了系列附属产品，譬如包括带除菌功能的新型汽车空调等，同时出厂前，还有专人针对“车内味道”进行感官评价。

我国的汽车同样存在严重的车内空气污染问题。中国室内装饰协会室内空气监测中心曾对200辆车进行检测，结果发现，若参照室内空气质量标准，近90%的汽车都存在车内空气甲醛或苯含量超标问题，而且大部分车辆甲醛超标都在五六倍以上。广州中科环境检测中心曾对2000辆汽车车内空气质量进行检测，发现有92.5%的车辆存在车内空气质量问题。上海市环保产业协会曾对上海一些3年内购买的中小型机动车进行了空气质量检测，若参照室内空气质量标准，接近一半的参检车辆车内空气质量不合格，其中一辆新车的TVOC(总有机挥发物)指数竟超出国家标准的16倍。

针对我国汽车车内空气污染问题，我国相关部门近年来开展了一系列工作制定相关的规定。2004年7月4日，由国家环境保护总局主持召开了国家标准《车内污染物限值和测量方法》开题报告论证会，标志着国家标准《车内污染物限值和测量方法》的制定工作的正式启动。2004年正式下达了车内污染物标准的计划（国标委计划函[2004]58号“关于下达《车内空气污染物浓度限值及测量方法国家标准》修订项目计划的通知”）。2007年底，我国出台了世界首个汽车整车VOC测量标准HJ/T 400-2007《车内空气污染物测量方法》。该标准对汽车整车VOC的测定进行了规定，但并未对汽车VOC的限值进行规定。目前，我国汽车VOC的限值标准正在制定当中，有望今年内推出。

下面就对HJ/T 400-2007标准进行一个简单的介绍：

1、采样环境：如上文所述，由于汽车在不同工作状态和不同环境条件下的VOC浓度大不相同，所以在HJ/T 400-2007标准中规定了检测VOC时的采样应在采样环境仓中进行，采样条件和环境为：

（1）汽车处于静止状态，车窗、门、发动机和所有其他设备（如空调）均关闭；

（2）环境温度：25.0℃±1.0℃；

（3）环境相对湿度：50%±10%；

（4）环境气流速度：≤0.3m/s；

（5）环境背景：甲苯≤0.02mg/m3、甲醛≤0.02mg/m3。

2、采样点：

（1）M1 类车辆布置测量点1 个，位于前排座椅头枕连线的中点(可滑动的前排座椅应滑到滑轨的最后位置点 )；

（2）M2 类车辆布置测量点不少于2 个，沿车厢中轴线均匀布置；

（3）M3 类车辆布置测量点不少于3 个（当M3 类车辆为双层或绞接客车时，测量点为6 个），沿车厢中轴线均匀布置；

（4）N 类车辆布置测量点1 个，位于前排驾驶舱内座椅头枕连线的中点。

3、采样装置：

（1）采样环境舱

（2）样品采集系统：一般由恒流气体采样器、采样导管、填充柱采样管等组成。

4、采样流程

（1）挥发性有机组分测定：采用热脱附／毛细管气相色谱／质谱联用法。

（2）醛酮组分测定：采用固相吸附／高效液相色谱法。

三 零部件VOC的研究和测量方法

汽车车内的VOC是由汽车零部件中的各种材料的VOC挥发而来的。这些材料主要包括：地毯、皮革、织物、胶粘剂、涂料、聚氨酯坐垫等。

1、地毯、毡制品：

车内使用的地毯、内饰毛毡和顶蓬毡的VOC挥发量较高，这与其制造过程使用的粘结材料酚醛树脂有关，酚醛树脂胶粘剂是由甲醛和苯酚合成的，一般很难反应完全，所以胶粘剂中会含有游离甲醛，在使用过程中会释放出甲醛。选用环保型的胶粘剂，选用酚醛树脂含量低或不含酚醛树脂的地毯、毛毡是减少车内VOC含量的一个重要途径，而且目前从技术上也是可行的。当然，会增加一些制造成本。

2、皮革制品

皮革会释放出甲醛，这是因为甲醛可应用于皮革制造的各个阶段，但皮革中大多数甲醛产生于鞣制和复鞣过程中。要避免皮革中的甲醛释放应在皮革加工过程中尽量使用环保的甲醛替代品，如果一定要用甲醛，应尽量不使用甲醛含量高的产品，并且应采取有效的甲醛清除剂进行清洗。但从目前的情况看，这类替代品很少，且成本较高。

3、织物/衬背

为了使汽车内饰纺织品能达到防皱、防缩、阻燃等效果，或者为了保持印花、染色的耐久性以及改善手感，都需要在纺织生产过程中添加甲醛。当纺织品长期暴露在空气中时，会不断释放出甲醛而污染车内环境。

4、胶粘剂

汽车内饰会使用多种溶剂型胶粘剂，如壁纸胶粘剂、地毯胶粘剂、密封胶粘剂、塑料胶粘剂等。胶粘剂会释放出甲醛、苯、甲苯、二甲苯及其他挥发性有机物。要避免胶粘剂带来的污染，应在使用胶粘剂后尽量使VOC挥发完全，或者使用水性胶粘剂（以水为溶剂）或热熔型胶粘剂（不含有机溶剂）。从目前来看，水性胶粘剂与溶剂型胶粘剂相比，在初粘性、耐水性、稳定性、防冻性等方面存在一定差距，并且成本相对较高。

5、附着力促进剂

附着力促进剂可用于聚氨酯、环氧、腈类酚醛胶粘剂和密封材料，改善填料和颜料在聚合物中的润湿性和分散性，并提高对玻璃、塑钢、铜、铝、铁等材料的附着力。使用时要用有机稀释剂，是VOC的主要来源。要减少附着力促进剂带来的VOC污染，应在在后处理过程中尽量使VOC挥发完全，另外要尽量寻找毒性小的溶剂作为替代品。这样做会使后处理工序比较麻烦，增大企业成本。

6、涂料

涂料在汽车中大量使用，既起到装饰作用，又能够防老化、腐蚀等，延长各种材料的使用寿命。但在喷涂过程中必须使用溶剂和各种助剂，这些都是VOC的主要来源。

7、聚氨酯（PU）坐垫

聚氨酯（PU）是一种重要和合成材料，坐垫、头枕、隔音、仪表盘、遮阳板、门板等内饰件中都含有聚氨酯材料。目前，大量被使用的聚氨酯仍以溶剂型为主，所以在使用过程中会释放出各种残留溶剂，造成VOC污染。

除了以上提到的这些材料，还有许多其他材料也会释放VOC。因此，目前世界的主要汽车生产厂对各种汽车零部件，尤其是汽车内饰件进行了严格的VOC控制。通过对各个零部件VOC的控制来控制整车的VOC。目前，不同汽车生产厂对零部件和材料VOC的检测方法不尽相同：日系汽车企业如丰田、本田、日产等普遍采用采样袋法；欧美车系企业如通用、大众等主要采用顶空法；而我国国内车厂如长安、东风、长城等则借鉴日系和欧美系的方法进行综合采用。

采样袋法是将待测样品至于密封的采样袋中，然后在规定的温度下处理一定时间后，从袋子里采集气体，分别用热解析-气相质谱仪和高效液相色谱进行TVOC和醛酮类有机物的分析。顶空法是将待测样品至于密封的顶空瓶中，然后在规定的温度下处理一定时间后，从顶空瓶中抽取一定量气体用顶空-气相质谱仪进行TVOC的分析。相对说来，采样袋法是目前测试零部件和材料VOC比较完善的试验方法。采样袋法和顶空法试验流程如本页底图。

四 总结

1、汽车车内空气VOC污染是当今世界的一个具有普遍性的环境污染问题，越来越受到人们关注。如何降低和消除车内的VOC已成为了汽车行业新的发展目标。

2、目前国际上尚无统一、明确的汽车整车VOC的限值和测量标准。

3、我国于2007年底出台了世界首个汽车整车VOC测量方法标准HJ/T 400-2007《车内空气污染物测量方法》。但我国汽车VOC的限值标准还在制定当中。

4、汽车车内的VOC污染主要来源于汽车的零部件和内饰材料，目前世界的主要汽车生产厂通过对各个零部件和材料VOC的控制来控制整车的VOC。

5、对零部件和材料VOC的检测方法目前有采样袋法和顶空法两种。

Introduction of Determination of Automotive Interior Volatile Organic Compounds (VOC)

This article introduces the hazards of automobile VOC and some research on automobile VOC at home and abroad. In addition, the article describes automotive vehicles, parts and materials for VOC determination methods briefly, and analyzes the major source of automotive interiors VOC.

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夏庆云（1978.04—），男，工程师，硕士，主要从事电气绝缘材料的性能检测和分析。