某轨道车辆用丙烯酸胶愉悦度研究

黄雪飞 兰琪 王伟 李淑华 王咏祥 张春娇

摘 要：以某轨道车辆用丙烯酸胶为研究对象，利用袋式法和9级度量法分别进行VOC测试和愉悦度评价，通过气味活度法筛选发现丙烯酸胶固化1d、7d和21d后的重点气味物质均为苯乙烯;后基于不同臭气浓度下的苯乙烯愉悦度评价结果，建立了苯乙烯愉悦度-臭气指数特征曲线y=0.0056-0.6758x-0.5307x2，在-0.122～2.179的苯乙烯臭气指数范围内相关性良好，相关系数为0.9930。最后，基于该模型得到的丙烯酸胶干样预测愉悦度与实际愉悦度之间平均相对偏差仅为0.2%，说明该方法准确度高。

关键词：轨道车辆;丙烯酸胶;愉悦度;袋式法;特征曲线

中图分类号：TQ333.97 文献标识码：A 文章编号：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

軌道车辆在建造过程中会大量使用胶粘剂，由其释放的苯系物、甲醛等挥发性有机物会严重影响车内空气质量[1-2]，而车内空气质量最直观的体现便是异味。

目前，轨道交通行业尚未发布过气味评价标准，通常参考德国汽车工业协会发布的VDA 270[3]对车辆内装用零部件及材料进行气味强度等级判定，同时基于气味活度法对车内气味进行溯源研究，如李人哲等人[4]的司机室及其内饰材料气味溯源研究，以阈稀释倍数大小来评判对整车气味的贡献度。但阈稀释倍数并不一定能真实反映气味特征和对人的心理影响及危害程度，如具有相同阈稀释倍数的香气味和汗臭味，二者给人的气味感受则完全不同。因此，要在反映气味特性的基础上，充分考虑气味感官的差异性，使气味评判更加科学合理。2003年，英国等国家将愉悦度列入了欧盟EN13725[5]气味浓度测试标准，作为感官表征的一个因子。采用愉悦度评价体系，即用令人愉快或不愉快的心理感受程度来描述气味物质或气味样品[6]，不仅反映了气味的特性，还包含了人体对气味的情绪感受[7]。

本文以某轨道车辆常用的丙烯酸胶为研究对象，首次提出了胶粘剂干样愉悦度评价方法，并建立了相应的愉悦度-臭气指数预测模型，以期为主机厂和供应商提升轨道车辆产品环保性能提供理论依据。

1 试验部分

1.1 试验材料

甲醇（农残级，J.T.BAKER），甲苯和苯乙烯（纯度99.5%，Chemservice）。

1.2 试验装置

十万分级分析天平 X205BDU（瑞士METTLER TOLEDO 公司），全自动标样制备器（莱创科技应用发展有限公司），热解析脱附系统（maekes TD100-Xr），气相色谱质谱联用仪GC/MS （安捷伦），恒流空气采样泵（Gilian），气体流量校准计（mini-BUCK），步入式恒温烘箱（V-MH-50型，昇微机电设备科技有限公司）。

1.3 试样制备

将3g丙烯酸胶按照实际工艺涂抹在铝箔上（10cm×10cm）形成胶膜，分别放置1d、7d和21d后用袋式法[8]进行VOC测试，测试条件：10L的PVF袋充入5L高纯氮气，温度25℃，放置时间16h。

1.4 试验方案

首先，利用袋式法[8]对固化1d、7d和21d的丙烯酸胶（即丙烯酸胶干样）进行测试，测试完毕后参照VDI 3882愉悦度9级度量法[9]进行愉悦度评价;其次，利用气味活度法从分析的VOCs全谱中筛选出丙烯酸胶干样中的重点气味物质，并基于不同臭气浓度下的重点气味物质愉悦度评价结果，建立其愉悦度-臭气指数特征曲线;最后，基于上述特征曲线得到丙烯酸胶干样预测愉悦度，并与实际愉悦度进行比较，验证特征曲线的准确性，如图1所示。

1.5 试验方法

（1）愉悦度评价：选取9名合格的嗅辨员，参照VDI3882愉悦度9级度量法[9]（如表1所示）对袋内空气进行愉悦度评价，嗅辨员稍微打开采样袋上的采样阀门，鼻子离阀门口1.5～2.5cm，正常呼吸，然后给出评价结果，最终愉悦度取各嗅辨员的平均值。

（2）臭气样品制备：向干净无异味的10L采样袋中打入一定量的純标物，充入8L高纯氮气，置于65℃烘箱加热1h，拿出袋子冷却至室温作为原臭。再用针筒抽取一定量的原臭打入新的10L采样袋中进行逐级稀释，共配制8个浓度水平，作为测试样品。

2 结果与讨论

2.1 丙烯酸胶干样重点气味物质分析和愉悦度评判

丙烯酸胶干样（固化1d、7d和21d）中的重点气味物质筛选可基于气味活度法，即利用计算的阈稀释倍数加以判断，阈稀释倍数大小等于某气味物质的浓度除以其嗅阈值[10]。忽略阈稀释倍数小于1的物质，将阈稀释倍数≥1的物质作为备选重点气味物质如表2所示。

由表2可知，随着固化时间的延长，丙烯酸胶干样中的备选重点气味物质种类逐渐减少，且各物质阈稀释倍数值也逐渐降低。同时，苯乙烯阈稀释倍数明显大于苯甲醛等其它备选重点气味物质的（至少50倍以上），且其是国家限制排放的典型恶臭物质，故该丙烯酸胶干样中的重点气味物质为苯乙烯。

此外，该丙烯酸胶固化1d、7d和21d后的愉悦度评价等级分别为-4.00、-3.22和-2.11。

2.2 苯乙烯愉悦度-臭气指数特征曲线

将2μL苯乙烯注入10L采样袋中，按1.5节制备原始样品（采样袋中苯乙烯浓度为226.5mg/m3，对应的阈稀释倍数为1510），并依次按10倍、30倍、60倍、100倍、200倍、400倍、1000倍和2000倍的稀释倍数进行稀释，获得8个测试样品，分别用A1～A8表示，阈稀释倍数范围为0.755～151.000。由9名专业的嗅辨员分别对上述测试样品进行愉悦度评价，测试结果如表3所示。

由表3测试结果可知，上述A1-A7不同浓度下的苯乙烯愉悦度评价结果均为负值，即都是不同程度令人厌恶的气味;同时，随着阈稀释倍数值由A1到A8的逐渐降低，对应的苯乙烯愉悦度绝对值也逐渐降低，即苯乙烯气味令人厌恶的程度逐渐下降。

为了进一步建立苯乙烯愉悦度-臭气指数特征曲线，我们以阈稀释倍数的对数值（即臭气指数）为横坐标，愉悦度为纵坐标，绘制苯乙烯愉悦度随臭气指数的变化曲线，并利用origin软件进行数据拟合如图2所示。

由图2可知，当苯乙烯臭气指数在-0.122～2.179（对应的阈稀释倍数为0.755～151.000）范围内，苯乙烯的愉悦度与臭气指数之间呈现非线性的二项式关系，即y=0.0056-0.6758x-0.5307x2，相关系数为0.9930，相关性良好。很明显，在上述范围内，苯乙烯的愉悦度与臭气指数之间呈现负相关，即随着苯乙烯浓度的增加，人们对其厌恶程度增强。此外，当苯乙烯臭气指数<0.516（阈稀释倍数为3.3）时，人们对其几乎没有厌恶度或已闻不出气味了。

需要指出的是，当苯乙烯浓度不在上述范围之时，浓度过高，会引起人的嗅觉敏锐度降低，致使无法准确区分感受差异，愉悦度只会趋近于-4（非常厌恶）;浓度过低，会超出人的嗅觉感知，愉悦度只会趋近于0（既不愉悦也不厌恶）。

2.3 特征曲线验证

为了验证上述特征曲线与该丙烯酸胶干样愉悦度评价的匹配性，将表2中苯乙烯的阈稀释倍数值分别转化为臭气指数后带入上述关系式中，得到相应的预测愉悦度如表4所示。

由表4测试结果可知，该丙烯酸胶固化1d、7d和21d后的预测愉悦度值分别为-4.00、-3.24和-2.11，这与实际的丙烯酸胶干样愉悦度评价结果偏差较小（平均相对偏差仅为0.2%），说明利用上述特征曲线能很好的对丙烯酸胶干样进行愉悦度预测。

3 结语

本文选取某轨道车辆常用的丙烯酸胶作为研究对象，利用袋式法和9级度量法分别进行VOC测试和愉悦度评价，通过研究得到以下结论：固化1 d、7 d和21 d后的丙烯酸胶中重点气味物质均为苯乙烯，该物质的愉悦度与臭气指数之间呈现非线性的二项式关系，即y=0.0056-0.6758x-0.5307x2，相关性良好;此外，利用该特征曲线得到的丙烯酸胶干样预测愉悦度与真实愉悦度之间平均相对偏差仅为0.2%，说明利用该模型能很好的对丙烯酸胶干样愉悦度进行预测，这为主机厂和供应商管控产品环保性能提供了理论依据。

参考文献

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