轨道车辆用聚氨酯胶综合环保性能研究

孟 鹤，吴惠惠，魏瑞霞，常 虹，范骏波，王咏祥，郭艳华

(1.中车南京浦镇车辆有限公司，江苏 南京 210031；2.广州广电计量检测股份有限公司，广东 广州 510656)

胶粘剂、涂料等膏状辅料是重要的化工材料，在国民经济建设中发挥着举足轻重的作用，其中聚氨酯胶粘剂以其优良的粘接、耐冲击、耐低温、剥离强度高、质量轻、施工简单等性能，广泛用于轨道车辆制造过程。然而，其产品成分往往较为复杂，施工过程中会释放大量的挥发性有机物(VOC)，这会影响车内或周围环境的空气质量。

目前，轨道交通行业针对胶粘剂的环保管控主要是VOC，无论是新修订的TB/T 3139─2021《机车车辆非金属材料及室内空气有害物质限量》,还是各主机厂制定的环保管控标准，均未引入气味管控，这主要是由于尚未颁布相应的国家或行业气味标准。但是，单纯的从VOC维度评判胶粘剂的环保性能显然有些片面，从多维度进行考核较全面。

为此，本文选取轨道车辆常用的4种溶剂型聚氨酯胶粘剂为研究对象，从VOC、气味和释放率3个方面建立了聚氨酯胶粘剂综合环保性能评价方法。

1 试验部分

1.1 试验材料

甲醇(纯度为99.9%，北京百灵威科技有限公司)；苯、甲苯、乙苯、二甲苯和苯乙烯、正己烷和正十六烷(纯度均为99.5%的标准品，美国ChemService公司)。

1.2 试验仪器

电子分析天平(瑞士Mettler Toledo公司)，气相色谱-质谱联用仪(美国安捷伦公司)，热解析脱附系统(美国安捷伦公司)，全自动标样制备器(广州市莱创科技应用发展有限公司)，恒温恒湿箱(东莞市升微机电设备科技有限公司)，气体流量校准计(美国BIOS公司)，恒流气体采样泵(美国Gilian公司)。

1.3 试样制备

4种聚氨酯胶粘剂分别命名为A、B、C和D，取5 g均匀涂抹在10 cm×10 cm的铝箔上形成胶膜，室温平衡4 h后，作为初始试样，与之后放置1、3、7和14 d后的样品进行相同的袋式法VOC测试。

1.4 试验方法

将各聚氨酯胶样品放入10 L聚氟乙烯采样袋中，充入纯度为99.999%的5 L高纯氮气，在温度25 ℃条件下平衡16 h后用Tenax-TA管进行采集；采集流速为200 mL/min，共采集1 L气体，之后利用热解析-气相色谱-质谱联用仪进行VOCs全谱分析。

2 结果与讨论

2.1 聚氨酯胶初始试样VOC分析

4种聚氨酯胶粘剂初始试样中的TVOC含量及其主要释放物质列于表1。

表1 各聚氨酯胶样品中的主要释放物质

由表1可知，4种聚氨酯胶TVOC性能排序依次为胶粘剂C、A、B、D，且胶粘剂D的TVOC含量是前三者的3～4倍。同时，各胶粘剂中主要释放物质有所不同，其中胶粘剂A中主要是二甲苯(质量分数83%)，胶粘剂B和C中占比最高的均是甲苯(质量分数分别为63%和75%)，而胶粘剂D中主要以氯代物、硅氧烷和丙醛为主(占比之和为81%)。

2.2 聚氨酯胶初始试样气味分析

气味活度值(Odor Activity Value，OAV)是气味物质的浓度与其嗅阈值浓度的比值。混合气体中，若某物质的气味活度值越高，表明其对气味的贡献度越大，即OAV反映了单一气味物质对混合气味的贡献程度。计算时，忽略OAV小于1的物质，将OAV不小于1的物质作为样件或车内的重点气味物质。而气味活度总值(Sum of the Odor Activity Value，SOAV)是混合气体中所有重点气味物质的OAV之和，它能准确地评价某样件或车内整体气味情况，值越大，表明整体气味性也就越强。表2列出了4种聚氨酯胶粘剂初始试样中的重点气味物质及相应的SOAV。

表2 各聚氨酯胶样品中的重点气味物质

由表2可知，4种聚氨酯胶中SOAV大小排序依次为胶粘剂D、C、B、A，即胶粘剂A的气味最优，且远远小于其他3种胶粘剂(约是前三者的1/108～1/35)。同时，除胶粘剂A外，其他3种胶粘剂中的重点气味物质均与其VOC中的主要释放物质差异明显，但占比最高的气味物质均是醛类(约占SOAV的99%)，其中胶粘剂B中主要是正庚醛和正己醛(二者OVA之比为1.3)；胶粘剂C中是正己醛；胶粘剂D中主要以丙醛、戊醛和壬醛为主，丙醛的OAV占SOAV的89%。

2.3 聚氨酯胶样品TVOC和气味随时间变化规律

将4种聚氨酯胶放置1、3、7和14 d后的样品也进行相同的袋式法测试，其TVOC释放量和SOAV随时间的变化拟合曲线如图1所示。

由图1可知，随着放置时间的延长，4种聚氨酯胶样品中的TVOC释放量和SOAV均不断降低，且前3 d变化最为明显，3～7 d降幅逐渐减缓，之后逐渐趋于稳定。其中，放置3 d后，聚氨酯胶A、B、C和D的TVOC降幅分别为84%、71%、66%和76%，其SOAV降幅分别为88%、71%、66%和77%；而放置7 d后，聚氨酯胶A、B、C和D的TVOC降幅分别为96%、80%、77%和88%，其SOAV降幅分别为98%、83%、79%和87%。很明显，放置7 d后各胶粘剂中的绝大多数VOC已经释放，且胶粘剂A中VOC短期内释放率最快。

图1 各聚氨酯胶样品中TVOC和SOAV随放置时间的变化曲线

2.4 综合环保性能评估

对于聚氨酯胶粘剂的环保性能评价，不能只依靠单纯的一个评判指标，而应该综合考虑对车内空气、司乘和施工人员生命健康以及整个使用周期中对环境的影响。因此，低VOC、低气味和高释放率的聚氨酯胶产品是现阶段相对最环保的产品。基于这一综合环保性能评价方法，胶粘剂A是4种聚氨酯胶中环保性能最优的一款产品。

3 结语

本文选取轨道车辆常用的4种溶剂型聚氨酯胶粘剂为研究对象，利用袋式法、气味活度值进行聚氨酯胶粘剂综合环保性能研究，结果表明：4种聚氨酯胶初始试样TVOC性能排序依次为胶粘剂C、A、B、D，其中胶粘剂C与A的TVOC释放率较为接近；而SOAV大小排序依次为胶粘剂D、C、B、A，其中前三者的SOAV是胶粘剂A的35～108倍；同时，随放置时间的延长，4种聚氨酯胶样品中的TVOC释放量和SOAV均不断降低，其中7 d后各胶粘剂中的绝大多数VOC已经释放，且胶粘剂A中VOC释放率最快。因此，低VOC、低气味和高释放率的胶粘剂A是4种聚氨酯胶中环保性能最优的一款产品，这为聚氨酯胶产品环保指标的综合评价提供了重要依据。