基于OAV方法的車內泡棉材質關鍵氣味物質研究

梁宏毅，李運賢，董建鵬，莫恒勤

(1.廣汽本田汽車有限公司，廣東廣州 510799；2.中國質量認證中心華南實驗室，廣東廣州 510663)

0 引言

車內異味主要來源于非金屬材料散發的VOC，其中含有可以通過呼吸道和皮膚進入人體危害健康的物質，長期攝入這些物質會致癌致畸，引發白血病等嚴重疾病[1-3]。泡棉作為汽車內飾件中的一種組成部件，廣泛應用于汽車座椅、前圍、地毯、頂棚、儀表板、方向盤、遮陽板、行李箱蓋板、前壁板隔音件等內飾零部件[4-6]，在隔音防噪、定型定位、減震維穩[7]等方面起了關鍵的作用，但其散發出大量的胺類、苯類和醛類等氣味物質，對車內空氣質量造成了極大的影響。

車內氣味物質監控手段常見有主觀評價法和儀器分析，其中主觀評價法[8-10]是通過人的鼻子進行嗅辨，這種方法雖然操作簡單，但其缺點也很突出，例如，無法對氣味物質準確定性定量，不同嗅辨員對同一種氣味物質靈敏度不一樣，嗅辨結果差異性較大，長時間接觸某氣味物質后會對該氣味物質靈敏度降低等。而儀器分析則可以有效地彌補主觀評價法的缺點，例如，氣相色譜質譜聯用儀(GC-MS)作為最常見的氣味物質分析儀器之一，不僅可以對氣味物質進行快速定性和定量，而且測試結果穩定，同時也不會出現主觀評價法產生的嗅覺疲勞等情況，因此， GC-MS在車內氣味物質分析上面得到廣泛應用[11-13]。

氣味活度值(Odor Activity Value, OAV)是氣味化合物濃度與其閾值的比值，能很好找出單一氣味物質對整體氣味的貢獻，王鑫等人[14]運用GC-MS分析了前壁板隔音墊氣味揮發性組分，再結合OAV方法，鑒定出了前壁板隔音墊的關鍵氣味活性組分為己醛、戊醛、丙酮、辛醛、2-戊酮、正丁醇、乙醛等17種物質。

泡棉作為車內氣味物質管控重要對象之一，本文作者選用了作為隔音墊用途的2款不同工藝的聚氨酯泡棉進行氣味性研究：主要通過TDS-GC-MS和HPLC測定2種泡棉樣品的有機揮發物中的氣味物質，運用OAV法篩選出貢獻度較高的關鍵氣味物質，可為車用泡棉類物質的安全生產和管控車內空氣氣味污染提供一定的參考依據。

1 試驗部分

1.1 試驗樣品

文中選用了隔音墊中的泡棉樣品作為研究對象，如圖1所示。

圖1 樣品A和樣品B

1.2 儀器設備

Agilent 1260型高效液相色譜儀、7890A/5975C型氣相色譜質譜聯用儀，美國 Agilent公司；TurboMatrix 350型TDS，珀金埃爾默股份有限公司。

1.3 試驗流程

將2個試驗樣品A、B分別放入30 L氣體采樣袋中，充入15 L氮氣。將兩個樣品放在60 ℃下加熱2 h后，用吸附管采集袋子中的揮發性組分，利用GC-MS和HPLC進行分析。

1.4 分析方法

1.4.1 定性定量分析

試驗中苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、十四烷、甲醛、乙醛、丙酮和丙烯醛等物質通過外標法定量分析，其余VOC組分通過甲苯進行半定量分析。

1.4.2 OAV評價法

OAV評價法[14]采用公式(1)計算：

(1)

式中：C為氣味物質的含量，mg/m3；T為相應氣味物質的氣味閾值，mg/m3。

2 結果分析

2.1 揮發性成分含量

樣品A和B中分別鑒定出64和63種VOCs組分，主要揮發性組分見表1和表2。從表中可知，樣品A中以酯類為第一主要成分，含量百分比達到32.12%，其余組分含量由高到低依次是醛酮類(18.80%)、硅氧烷(12.77%)、胺類(8.71%)、醇醚類(7.79%)、烷烴/烯烴(6.50%)、芳香烴(6.23%)、鹵代物(3.80%)和其他組分(3.10%)。在樣品B中，酯類物質(50.84%)同樣是第一大組分，但第二大組分則為醇醚類(17.01%)，其余組分含量由高到低依次是芳香烴(10.38%)、胺類(7.45%)、烷烴/烯烴(5.41%)、醛酮類(4.25%)、鹵代物(3.52%)、硅氧烷(0.90%)和其他組分(0.24%)。

表1 樣品A中主要揮發性組分

表2 樣品B中主要揮發性組分

2.2 OAV值

根據王鑫等人[14]的研究，當所得OAV<1則說明該氣味物質對樣品總體氣味特征無主要作用，反之即說明該物質為樣品中的主要氣味物質；在一定范圍內，OAV值越大，說明該氣味物質的氣味貢獻度越大。通過公式(1)對2種樣品中氣味物質進行分析，得到的OAV值見表3、表4。

表3 樣品A中關鍵氣味物質定性定量和OAV值

表4 樣品B中關鍵氣味物質定性定量和OAV值

由表3、表4可知，2個樣品中關鍵氣味物質主要為脂類、胺類、醇醚類和醛酮類，其中樣品A有10種氣味物質OAV>1，丙烯酸正丁酯的OAV值為245.7，排在第一，緊接著的是乙醛、丙烯醛和壬醛，OAV值分別為74.4、30.6和17.1，其余的氣味物質OAV<10；樣品B中OAV>1的有12種，同樣的，丙烯酸正丁酯OAV值也是最大，為262.2，三乙烯二胺、乙醛、雙二甲胺基乙基醚和壬醛緊隨其后，OAV值分別為65.7、45.6、14.7和10.7，其余的氣味物質OAV<10。

從氣味類型上看，樣品A中氣味類型以丙烯酸丁酯強烈的刺激性氣味為主，同時帶有一定的乙醛/丙烯醛的刺激性氣味，此外還有油脂味和刺激性青草味；樣品B同樣以丙烯酸丁酯強烈的刺激性氣味為主，同時伴有一定的三乙烯二胺的胺味/泡棉味和乙醛的刺激性氣味，以及油脂味、水果香味和刺激性青草味。

2.3 關鍵氣味物質來源分析

2.3.1 醛類

由表3、表4可知，關鍵氣味物質醛酮類中，均為醛類物質，例如乙醛、壬醛、癸醛等，這2種泡棉生產原材料上使用了聚醚多元醇，而在聚醚多元醇的生產過程中，因受限于其自身原材料和生產工藝等影響的因素[17]，各種醛類物質會摻雜到其中。因此，2個樣品中均檢測出多種醛類物質。

2.3.2 酯類

樣品A和B主要用在隔音墊上，要求其有良好的隔音效果，通過添加一定量的丙烯酸樹脂可有效提升其隔音效果。樣品A和B中所使用的丙烯酸樹脂主要是以丙烯酸丁酯的聚合物，在生產過程中，丙烯酸樹脂進一步發生分解，產生丙烯酸丁酯單體，因此，這2種樣品中均出現了丙烯酸丁酯這種關鍵氣味物質[17]。為了提升泡棉的塑性，樣品A和B在生產過程中還添加了增塑劑(磷酸三乙酯)，部分殘留的增塑劑(磷酸三乙酯)在樣品A和B被鑒定出來[18]。

2.3.3 醇醚類和胺類

樣品A和B均屬于發泡材料，在生產過程中均使用到一定量的發泡助劑(三乙烯二胺和雙二甲胺基乙基醚)[18]，這些發泡助劑會有一定量的殘留，故在2個樣品中均發現了三乙烯二胺和雙二甲胺基乙基醚。由于這2個樣品生產廠家不一樣，生產工藝不完全一樣，使用的發泡助劑量也不一樣，所以鑒定出來的三乙烯二胺和雙二甲胺基乙基醚的濃度和OAV值也不一致。另外，N，N-二甲基甲酰胺是一種用途非常廣泛的優良溶劑，可作為聚氨酯合成過程中常用的溶劑，2個樣品均鑒定到的N，N-二甲基甲酰胺主要為生產過程中的殘留溶劑。

3 結論

(1)泡棉樣品中主要的揮發性組分包括醛酮類、胺類、醇醚類、酯類和芳香烴等物質，其中樣品A中以丙烯酸丁酯等為主的酯類物質和以乙醛、丙烯醛為主的醛類物質含量最高；樣品B則以磷酸三乙酯、丙烯酸丁酯等為主的酯類物質和以三乙烯二胺為主的胺類物質含量最高；

(2)通過OAV法鑒定出樣品A關鍵氣味物質為強烈的刺激性氣味的丙烯酸丁酯和刺激性的乙醛與丙烯醛，樣品B則為強烈的刺激性氣味的丙烯酸丁酯、胺味的三乙烯二胺和刺激性氣味的乙醛；

(3)關鍵氣味物質來源：2種樣品中醛類氣味物質來自泡棉原材料聚醚多元醇生產過程中摻雜進來的，丙烯酸丁酯來自丙烯酸樹脂的分解，磷酸三乙酯來自于增塑劑的殘留，三乙烯二胺和雙二甲胺基乙基醚主要為發泡生產過程中使用的發泡助劑的殘留，N，N-二甲基甲酰胺來自生產過程中的殘留溶劑。