汽車地毯氣味及VOC 散發規律研究

周嵐,宋景華，王陽

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，寧波 315336）

引言

由于目前生活水平的大幅度提升，汽車成為了最通用的代步工具，給我們提供了非常多的方便，但是汽車的內飾件采用了大量的非金屬材料與一些膠粘劑，這些非金屬材料在使用過程中會揮發出大量的有機物，嚴重影響車內空氣質量，長時間會給使用者帶來潛在的危害[1～3]。汽車內飾零部件VOC 的散發成為影響車內氣味的關鍵因素，因此對內飾件VOC 散發的關注越來越多。熊芬[4]等采用2000L 袋式法通過對檢測溫度、零件材料的種類及工藝以及材料表面積和質量大小等研究其對VOC散發量的影響。婁金分[5]等通過對地毯材料進行拆分，對地毯材料各組分先進行氣味試驗主觀評價，再通過設備分析揮發性物質，找出氣味的主要來源。虞接華[6]等通過采用袋式法測試找出VOC 的散發來源并提出優化方案。鄧俊杰[7]等對吸附VOC 的材料進行了研究。

汽車地毯作為汽車內飾的主要部件，大面積暴露在乘員艙內，直接影響車內氣味，因此，地毯成為研究整車氣味VOC 的關鍵零部件。本文采用2000L 袋式法通過密封不同時間研究地毯的氣味表現以及VOC 的散發趨勢。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

某車型地毯總成同批次2 件，xx 公司，樣件采用鋁箔完好包裝，樣品下線后15 d 內進行試驗并分析；2 000 L Tedlar 采樣袋，大連德霖。

1.2 試驗設備

TD-GCMS: Marks（unity2）- 美 國 Agilent 7890A/5975C；高效液相色譜（HPLC）：島津 LC-20A

1.3 試驗方法

1.3.1 氣味試驗

根據Q/JLY J7111020 對地毯進行試驗，采用2 000 L Tedlar 氣袋，充入1 000 L 氣體，在25 ℃下分別密封16 h 與168 h 并進行氣味評價（4 級-7 級之間允許半級出現），氣味等級評估見表1。

表1 氣味等級說明

1.3.2 VOC 試驗

根據Q/JLY J7111020 對地毯進行試驗，采用2 000 L Tedlar 氣袋，充入1 000 L 氣體，在25 ℃下密封168 h，對袋內VOC 分別在密封16 h，24 h，48 h，72 h，96 h，120 h，144 h，168 h 進行連續8 次監測并分析該地毯總成VOC 的散發規律。

TD-GCMS

熱脫附：300 ℃下解析5 min，冷阱捕集溫度-15℃，冷阱解析溫度300 ℃保持5 min，傳輸線溫度180 ℃（氣體流量20 mL/min，分流25 mL/min）。

HPLC

色譜柱C18，紫外吸收檢測器，波長360 nm。

2 試驗結果及分析

2.1 氣味評價結果

表2為袋式法氣味評價結果，其中A～G 分別代表不同的氣味評價員，從表中可以看到密封16 h 的氣味比密封168 h 的氣味低一個等級，密封時間長反而氣味還好一些，試驗結果表明氣味等級與密封時長不成正比。產生這種結果的原因與地毯散發出的VOC 有著密切的聯系。本文采用了同批次地毯同時間同條件進行了VOC 測試，分析其VOC 散發的主要成分以及各物質的散發規律。

表2 氣味評價結果

2.2 VOC 試驗結果

2.2.1 高關注度VOC 結果分析

表3為某車型地毯VOC 在2 000 L 袋子內密封不同時間所散發的五苯（苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯）三醛（甲醛、乙醛、丙烯醛）的散發量，從表中可以看到，高關注度VOC 主要揮發物為苯、甲苯以及二甲苯，其中揮發量最大的是苯，苯在密封168 h內其含量一直在升高，而甲苯與二甲苯含量都是先上升然后趨于平衡。

表3 不同封閉時間高關注度VOC 散發量

2.2.2 高關注度VOC 散發速率分析

針對主要揮發物苯、甲苯以及二甲苯，研究其散發規律。圖1 為這三種物質在袋內密封不同時間段所表現出的散發速率，圖1 中看出苯在密封24 h 內達到最大的散發速率，96 h 后散發速率衰減至最大散發速率的52 %，并以2.2 μg/m3*h-1左右的速率穩定散發，屬于穩態擴散，遵循Fick 擴散第一定律，散發速率與濃度梯度成正比，不隨時間的變化而變化；而甲苯和二甲苯散發規律表現一致，16 h 后散發速率一直在衰減，其中72 h 內散發速率快速衰減，衰減至最原始速率的25 %，72 h 后以0.1 μg/m3*h-1的速率衰減，屬于非穩態擴散，其散發速率隨著時間的變化而變化。

圖1 地毯中苯、甲苯、二甲苯持續散發速率曲線

2.3 VOC 主要成分及散發速率分析

2.3.1 VOC 主要成分結果分析

通過對地毯進行全譜數據分析，除高關注度VOC 外，其它VOC 主要來源于酯類、烷烴、醇類化合物，地毯散發出的各類別化合物的主要檢出物質見表4。

表4 典型零部件光澤度保持率（%）

表4 地毯散發VOC 各主要檢出物

圖2為酯類、烷烴類、醇類化合物在不同密封時間的散發量，從圖2 可以看到，酯類和烷烴是TVOC 的主要來源，醇類化合物含量較低，在任何時候其散發量都不超過5 %，密封時間在72 h 內影響TVOC 的主要物質類別是酯類，占TVOC 的55 %以上，從第72 h 開始烷烴類成為影響TVOC 的主要物質類別。這也解釋了為什么密封16 h 的氣味等級會比密封168 h 的氣味等級要差的原因。

圖2 酯類、烷烴類、醇類化合物的散發量

針對影響TVOC 的主要揮發物酯類、烷烴類研究其散發規律，接下來對酯類化合物及烷烴類化合物的散發規律分別進行研究，由于酯類化合物一開始就表現出高揮發量，因此先對酯類化合物進行研究。

2.3.2 主要VOC 散發速率分析

表5為主要酯類揮發物在不同密封時間的散發量，從表中可以看出2-乙基丙烯酸己酯揮發量是最大的，其次為2-乙基乙酸己酯，乙酸乙酯與丙烯酸丁酯散發量相對較小，2-乙基乙酸己酯密封24 h 后散發量達到峰值然后下降直至趨于平衡。因此酯類化合物影響TVOC 的揮發量主要是2-乙基丙烯酸己酯。

圖3為酯類各化合物在袋內密封不同時間段所表現出的散發速率，由于2-乙基乙酸己酯以及乙酸乙酯與丙烯酸丁酯這三種物質的散發速率遠小于2-乙基丙烯酸己酯，因此酯類主要影響物質為2-乙基丙烯酸己酯，接下來主要研究2-乙基丙烯酸己酯的散發速率。從圖3 可以看出2-乙基丙烯酸己酯一開始就表現出高散發速率，16 h 散發速率高于140 μg/m3*h-1，高散發速率說明地毯本身含有大量的2-乙基丙烯酸，根據Fick 定律，2-乙基丙烯酸己酯在材料中存在較大的濃度梯度，因此初始散發階段其散發速率高；24～72 h 內散發速率快速衰減至初始散發速率的18.4 %，屬于快速衰減階段；72 h 后可能由于酯類化合在袋內氣體中與材料內部的濃度差減小，結合表5 可以看出72 h 后2-乙基丙烯酸己酯的散發量基本穩定，處于內部穩定擴散階段。

圖3 地毯中酯類物質持續散發速率曲線

表5 酯類物質的散發量

圖4為烷烴類各化合物在袋內密封不同時間段的散發速率，烷烴類化合物的散發趨勢基本一致，其中甲基己烷、二甲基戊烷及甲基庚烷這三種烷烴的散發速率相對較大，成為影響烷烴類化合物散發速率的主要化合物。從圖4 可以看到分別在密封第24 h、第72 h 與第144 h散發速率都出現了峰值，峰值后散發速率減小，出現這種現象可能是因為烷烴類化合物的散發需要經過兩個階段，先從材料中遷移到材料表面，使得材料表面的氣體達到飽和后進行第二階段散發到袋內，散發速率得到突破。雖然分別在密封第24 h、第72 h 與第144 h 散發速率都出現了峰值，但是發現每一次新的峰值都比上一次的小，由于材料內烷烴類化合物不斷的散發，其內部的量變少，因此每次新峰值會變小。

圖4 地毯中烷烴類物質持續散發速率曲線

綜上所述，影響該地毯TVOC 的主要化合物種類為酯類、烷烴兩大類，其中在密封前72 h 內TVOC 主要由酯類化合物控制，而酯類主要化合物是2-乙基丙烯酸己酯，該物質一開始就表現出高散發速率，隨后處于快速衰減階段，最后達到穩定，處于內部穩定擴散階段；密封72 h 后TVOC 主要由烷烴化合物控制，烷烴類化合物與酯類化合物的散發規律不一樣，由材料內部遷移階段與材料表面擴散階段完成散發。

3 結論

本文主要研究了某車型地毯總成在不同密封時長的氣味表現及VOC 的散發規律，試驗結果表明：

1）氣味等級與密封時長不成正比；

2）不同的物質種類散發規律不一樣，酯類分為高速散發階段、快速衰減階段到內部穩定擴散階段；烷烴類化合物由材料內部遷移與材料表面擴散兩階段構成，會出現不同的散發峰值，每次峰值都會減小。

3）氣體是動態的，隨時間變化其主要揮發物質會發生變化，不同的物質散發速率不同，同一種物質在不同的密封時間散發速率會發生變化。