PP类材料气味改善提升方法研究
2019-06-11王焰孟胡俊艳刘洪汝武金娜
王焰孟，胡俊艳，姚 谦，刘洪汝，武金娜，王 崇
(中国汽车技术研究中心有限公司 天津300300)
随着我国汽车工业生产持续快速发展，汽车的保有量迅速增长，2017年，我国乘用车产量2480.67万辆，销量 2471.83万辆，同比增长 1.58%和 1.40%。汽车已经成为我们生活中最重要的出行交通工具，与此同时，汽车安全与舒适性越来越受到人们的重视。伴随着多起因车内空气质量问题而引发的安全及健康事件的发生，人们不再单纯追求车辆外观及驾驶性能，而是把更多的注意力投向车内空气质量。
我国环保部门从2002年就组织有关科研机构展开了对车内空气污染的研究，历时多年的调查报告显示我国新车车内空气污染问题比较严重，治理工作刻不容缓。在2007年底推出了HJ/T 400—2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》标准性文件，2011年推出 GB/T 27630《乘用车内空气质量评价指南》推荐性标准，新标准的实施对治理和监控车内空气污染，特别是新车污染具有重要意义。
基于以上市场以及国家标准对车内污染物的关注，我国汽车行业广泛开展了关于车内污染物的研究以及车内空气质量的管控方法研究。车内污染物的研究方向主要包括车内 VOC合规研究，车内气味改善提升研究，空气净化器原理及净化效率研究，香氛系统开发研究等。
由于目前消费者对车内气味抱怨非常高并引起了广泛关注，本文主要研究车内气味改善提升的方法。塑料材料作为构成整车的重要部分，具有质量轻、加工性能良好、物理化学性能优良、装饰效果美观等诸多优点，根据不同使用特性，又可分为工程塑料、特种工程塑料及通用塑料这 3种类型。由于塑料的上述优点，在车内得到了大量的使用，其中 PP类材料作为其中一种被广泛应用于仪表板、门板及立柱上的材料，其原材料成分控制、加工工艺、存储工艺等方面的缺陷，均会对最终的产品气味性产生较大的影响，因此对 PP类材料的气味进行改善具有非常紧迫的意义。本文将从 PP材料生产的整个流程对该类材料的气味改善方法进行分析。
1 实验部分
1.1 气相色谱质谱联用仪——嗅觉测量法(GC-MS-O)
GC-MS-O是一种从复杂的混合气体混合物中识别导致气味成分的方法，普通 GC-MS-O工作原理如图1所示，采样富集方式主要分为：①采用袋子法直接采样，上机进行分析；②采用VDA 278的方法，使用少量材料直接进行分析。以上 2种方法主要的差别在于方法2的温度高于方法1，因此方法2富集到的挥发性有机物相较于方法1更多，由此导致最终嗅辨得到的物质会更丰富；然而由于方法2使用的样品量较少，一旦出现采样不均匀或其他原因，可能会导致部分低沸点的物质并不能被采集到。因此在实际使用过程中，应综合考量测试条件，评估计划得到的结果，进而采用一种更为合适的方法来作分析。
图1 GC-MS-O工作原理图Fig.1 Principle of GC-MS-O
如图1所示，通过气相色谱分离的样品一部分进到嗅辨口由专业的气味评价师评价，另一部分进到质谱进行定性定量分析，可以快速建立气味物质与气味类型的关系。
采用 GC-MS-O分析可以实现快速辨别测试材料中的气味物质，帮助整改工程师快速查找气味源头，进而促进改善提升工作。
1.2 成分分析
成分分析是一种通过 FTIR转换红外线光谱分析仪、EDS元素分析、GC-MS气相色谱质谱联用仪、TGA热重分析仪等设备，对样品进行多维度分析，最终得到关于产品成分信息的一种分析方法。
1.3 仪器设备信息
车内零部件总成挥发性物质检测试验舱(体积24m3)。
GC-MS-O：生产厂家 Gerstel & Agilent；型号TDS-7890B-5977A(GC-MS)、ODP3(O)。
采样泵：生产厂家岛津；规格0.1～1L/min。
Tenax TA填料：不锈钢或玻璃材质，尺寸分别为Gerstel(外径 6mm，内径 4mm)，/Markes(外径6.35mm，内径4mm)。
1.4 试验方法
本实验采用袋子方法进行采样，然后用上机分析的方法进行GC-MS-O测试。
1.4.1 样品预处理
对于待测试样品(某厂家采样 PP类材料生产的门板)，要在试验前进行前处理，将样品采用 PE膜包装后置于温度(23±2)℃、相对湿度50%±10%，且甲苯浓度＜0.02mg/m3、甲醛浓度＜0.02mg/m3，的恒温恒湿环境舱中 24h，然后取出进行挥发性有机物收集。
1.4.2 GC-MS-O试验方法
GC：载气为氦气，柱流量 2.29mL/min。升温程序 ： 40℃(5min)—3℃/min—92℃—5℃/min—160℃—10℃/min—280℃(10min)。
MS：溶剂切除时间 3min；离子源温度 230℃；检测器温度 150℃；扫描方式 SCAN；扫描范围33～550amu；电子轰击能量为70eV[2-3]。
嗅辨(O)部分：在 GC-MS-O 测试过程中，每次测试3支GC-MS-O管，由3位受过专业训练的气味辨识评价人员进行，试验流程如表1所示。
表1 气味评价人员评价顺序表Tab.1 Order of odor evaluation
2 结果与讨论
由对门板本体的测试结果(表2)可知，该 GCMS-O测试结果显示共有 18种气味物质，分别为丙酮、2-丁酮、二氯乙烷、甲苯、正己醛、2，4-二甲基庚烷、乙基环己烷、对-二甲苯、苯乙烯、异丙苯、苯甲醛、苯酚、正辛醛、正辛基氯、氯甲酸正辛酯、壬醛、1,2, 3, 4-四甲基苯、正癸醛；气味类型分别为酸奶味、醋酸、有味、甲苯气味、青草味、农药味、墨水臭味、有味、塑料味、蒸米饭味、有味、塑料味、有味、刺激性气味、有味、刺激性气味、有味、刺激性气味。
对该门板按照 T/CMIF 12—2016《汽车零部件及材料的气味评价规范》方案 4进行的气味测试结果见表3。
表2 门板GC-MS-O测试结果Tab.1 GC-MS-O results of door panel
表3 泡沫材料气味测试结果Tab.3 Odor results of seat foam
通过对门板材料的 GC-MS-O测试分析结果可知，该门板中含有大量的醛类物质、脂类物质、苯系物等，导致门板最终呈现刺激味和塑料味。为进一步对材料成分进行解析，进而确认这些气味成分的可能来源，实验室对该门板材料进行了全成分分析测试。成分分析结果见表4。
由成分分析结果可知，该门板材质的主成分为聚丙烯，另外有滑石粉成分，主要用以增加韧性、稳定性，耐化学腐蚀及降低摩擦系数。滑石粉主要为硅酸镁类材料，而且其中还有较多的醛类添加剂，导致最终 GC-MS-O测试结果中有较多的醛类物质，产生了刺激性气味。
由成分分析结果和 GC-MS-O测试结果可知，导致该门板产生刺激性及塑料味的主要成分为醛类物质及少量添加助剂，故在后期生产过程中应减少醛类添加剂的添加量。
表4 门板成分分析结果Tab.4 Component analysis result of door panel
除此之外，在门板生产过程中的注塑流程应适当降低注塑温度，旨在降低注塑过程中高温及剪切力导致的 PP长链降解及由此导致的气味产生；在仓储过程中，应注意通风存放，减少阳光暴晒导致的色差及物质分解。
3 总 结
本文主要通过气味评价和材料全成分分析的方法，找到了门板生产过程中可能的气味来源；在门板PP类材料的生产过程中，应适当降低注塑温度，减少醛类添加剂的添加量；此外在仓储过程中也应注意通风防晒，减少二次污染。
