基于OAV方法的车内泡棉材质关键气味物质研究

2020-09-04梁宏毅李运贤董建鹏莫恒勤

汽车零部件 2020年8期

梁宏毅，李运贤，董建鹏，莫恒勤

(1.广汽本田汽车有限公司，广东广州 510799；2.中国质量认证中心华南实验室，广东广州 510663)

0 引言

车内异味主要来源于非金属材料散发的VOC，其中含有可以通过呼吸道和皮肤进入人体危害健康的物质，长期摄入这些物质会致癌致畸，引发白血病等严重疾病[1-3]。泡棉作为汽车内饰件中的一种组成部件，广泛应用于汽车座椅、前围、地毯、顶棚、仪表板、方向盘、遮阳板、行李箱盖板、前壁板隔音件等内饰零部件[4-6]，在隔音防噪、定型定位、减震维稳[7]等方面起了关键的作用，但其散发出大量的胺类、苯类和醛类等气味物质，对车内空气质量造成了极大的影响。

车内气味物质监控手段常见有主观评价法和仪器分析，其中主观评价法[8-10]是通过人的鼻子进行嗅辨，这种方法虽然操作简单，但其缺点也很突出，例如，无法对气味物质准确定性定量，不同嗅辨员对同一种气味物质灵敏度不一样，嗅辨结果差异性较大，长时间接触某气味物质后会对该气味物质灵敏度降低等。而仪器分析则可以有效地弥补主观评价法的缺点，例如，气相色谱质谱联用仪(GC-MS)作为最常见的气味物质分析仪器之一，不仅可以对气味物质进行快速定性和定量，而且测试结果稳定，同时也不会出现主观评价法产生的嗅觉疲劳等情况，因此， GC-MS在车内气味物质分析上面得到广泛应用[11-13]。

气味活度值(Odor Activity Value, OAV)是气味化合物浓度与其阈值的比值，能很好找出单一气味物质对整体气味的贡献，王鑫等人[14]运用GC-MS分析了前壁板隔音垫气味挥发性组分，再结合OAV方法，鉴定出了前壁板隔音垫的关键气味活性组分为己醛、戊醛、丙酮、辛醛、2-戊酮、正丁醇、乙醛等17种物质。

泡棉作为车内气味物质管控重要对象之一，本文作者选用了作为隔音垫用途的2款不同工艺的聚氨酯泡棉进行气味性研究：主要通过TDS-GC-MS和HPLC测定2种泡棉样品的有机挥发物中的气味物质，运用OAV法筛选出贡献度较高的关键气味物质，可为车用泡棉类物质的安全生产和管控车内空气气味污染提供一定的参考依据。

1 试验部分

1.1 试验样品

文中选用了隔音垫中的泡棉样品作为研究对象，如图1所示。

图1 样品A和样品B

1.2 仪器设备

Agilent 1260型高效液相色谱仪、7890A/5975C型气相色谱质谱联用仪，美国 Agilent公司；TurboMatrix 350型TDS，珀金埃尔默股份有限公司。

1.3 试验流程

将2个试验样品A、B分别放入30 L气体采样袋中，充入15 L氮气。将两个样品放在60 ℃下加热2 h后，用吸附管采集袋子中的挥发性组分，利用GC-MS和HPLC进行分析。

1.4 分析方法

1.4.1 定性定量分析

试验中苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、十四烷、甲醛、乙醛、丙酮和丙烯醛等物质通过外标法定量分析，其余VOC组分通过甲苯进行半定量分析。

1.4.2 OAV评价法

OAV评价法[14]采用公式(1)计算：

(1)

式中：C为气味物质的含量，mg/m3；T为相应气味物质的气味阈值，mg/m3。

2 结果分析

2.1 挥发性成分含量

样品A和B中分别鉴定出64和63种VOCs组分，主要挥发性组分见表1和表2。从表中可知，样品A中以酯类为第一主要成分，含量百分比达到32.12%，其余组分含量由高到低依次是醛酮类(18.80%)、硅氧烷(12.77%)、胺类(8.71%)、醇醚类(7.79%)、烷烃/烯烃(6.50%)、芳香烃(6.23%)、卤代物(3.80%)和其他组分(3.10%)。在样品B中，酯类物质(50.84%)同样是第一大组分，但第二大组分则为醇醚类(17.01%)，其余组分含量由高到低依次是芳香烃(10.38%)、胺类(7.45%)、烷烃/烯烃(5.41%)、醛酮类(4.25%)、卤代物(3.52%)、硅氧烷(0.90%)和其他组分(0.24%)。

表1 样品A中主要挥发性组分

表2 样品B中主要挥发性组分

2.2 OAV值

根据王鑫等人[14]的研究，当所得OAV<1则说明该气味物质对样品总体气味特征无主要作用，反之即说明该物质为样品中的主要气味物质；在一定范围内，OAV值越大，说明该气味物质的气味贡献度越大。通过公式(1)对2种样品中气味物质进行分析，得到的OAV值见表3、表4。

表3 样品A中关键气味物质定性定量和OAV值

表4 样品B中关键气味物质定性定量和OAV值

由表3、表4可知，2个样品中关键气味物质主要为脂类、胺类、醇醚类和醛酮类，其中样品A有10种气味物质OAV>1，丙烯酸正丁酯的OAV值为245.7，排在第一，紧接着的是乙醛、丙烯醛和壬醛，OAV值分别为74.4、30.6和17.1，其余的气味物质OAV<10；样品B中OAV>1的有12种，同样的，丙烯酸正丁酯OAV值也是最大，为262.2，三乙烯二胺、乙醛、双二甲胺基乙基醚和壬醛紧随其后，OAV值分别为65.7、45.6、14.7和10.7，其余的气味物质OAV<10。

从气味类型上看，样品A中气味类型以丙烯酸丁酯强烈的刺激性气味为主，同时带有一定的乙醛/丙烯醛的刺激性气味，此外还有油脂味和刺激性青草味；样品B同样以丙烯酸丁酯强烈的刺激性气味为主，同时伴有一定的三乙烯二胺的胺味/泡棉味和乙醛的刺激性气味，以及油脂味、水果香味和刺激性青草味。

2.3 关键气味物质来源分析

2.3.1 醛类

由表3、表4可知，关键气味物质醛酮类中，均为醛类物质，例如乙醛、壬醛、癸醛等，这2种泡棉生产原材料上使用了聚醚多元醇，而在聚醚多元醇的生产过程中，因受限于其自身原材料和生产工艺等影响的因素[17]，各种醛类物质会掺杂到其中。因此，2个样品中均检测出多种醛类物质。

2.3.2 酯类

样品A和B主要用在隔音垫上，要求其有良好的隔音效果，通过添加一定量的丙烯酸树脂可有效提升其隔音效果。样品A和B中所使用的丙烯酸树脂主要是以丙烯酸丁酯的聚合物，在生产过程中，丙烯酸树脂进一步发生分解，产生丙烯酸丁酯单体，因此，这2种样品中均出现了丙烯酸丁酯这种关键气味物质[17]。为了提升泡棉的塑性，样品A和B在生产过程中还添加了增塑剂(磷酸三乙酯)，部分残留的增塑剂(磷酸三乙酯)在样品A和B被鉴定出来[18]。

2.3.3 醇醚类和胺类

样品A和B均属于发泡材料，在生产过程中均使用到一定量的发泡助剂(三乙烯二胺和双二甲胺基乙基醚)[18]，这些发泡助剂会有一定量的残留，故在2个样品中均发现了三乙烯二胺和双二甲胺基乙基醚。由于这2个样品生产厂家不一样，生产工艺不完全一样，使用的发泡助剂量也不一样，所以鉴定出来的三乙烯二胺和双二甲胺基乙基醚的浓度和OAV值也不一致。另外，N，N-二甲基甲酰胺是一种用途非常广泛的优良溶剂，可作为聚氨酯合成过程中常用的溶剂，2个样品均鉴定到的N，N-二甲基甲酰胺主要为生产过程中的残留溶剂。