汽車內(nèi)飾件揮發(fā)性有機(jī)物超標(biāo)的逆向改善措施

摘要：隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，如今汽車已成為廣大民眾的重要代步工具。除了汽車尾氣造成的空氣污染問(wèn)題，人們也越來(lái)越多地關(guān)注汽車揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）污染問(wèn)題，并已開始研究相關(guān)的改善措施。通過(guò)探討典型汽車內(nèi)飾件地毯、座椅和空調(diào)出風(fēng)口的VOCs 超標(biāo)問(wèn)題的逆向改善措施，研究并分析其典型的改善路徑。

關(guān)鍵詞：汽車內(nèi)飾件；揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）；逆向措施；改善路徑

0 前言

揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）是生成細(xì)顆粒物（PM2.5）和臭氧（O3）的共同前體物，直接影響PM2.5中有機(jī)組分的形成［1］。20 世紀(jì)末到21 世紀(jì)初，人類對(duì)生存環(huán)境和自身健康的意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)烈，日本機(jī)動(dòng)車協(xié)會(huì)（JAMA）和德國(guó)汽車工業(yè)聯(lián)合會(huì)（VDA）相繼推出《降低汽車內(nèi)VOCs 的自助舉措》《汽車內(nèi)VOCs 檢測(cè)方法》等汽車內(nèi)空氣污染控制的系列標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)了全球汽車行業(yè)VOCs 檢測(cè)與控制的發(fā)展。2012 年3 月，我國(guó)出臺(tái)了《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》（GB/T 27630—2011），規(guī)定在國(guó)內(nèi)銷售和生產(chǎn)的汽車及其主要內(nèi)飾件必須滿足該標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求［2-3］。2016 年12 月，我國(guó)又公布了《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》（GB 18352.6—2016），該標(biāo)準(zhǔn)中增加了關(guān)于車內(nèi)空氣質(zhì)量要求的征詢意見，表明國(guó)家對(duì)汽車內(nèi)空氣質(zhì)量管理工作的重視。

隨著我國(guó)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)家各級(jí)環(huán)境管理部門對(duì)汽車的環(huán)境改善問(wèn)題要求越來(lái)越高。

目前，國(guó)家制定了“碳中和、碳達(dá)峰”戰(zhàn)略，國(guó)內(nèi)各汽車生產(chǎn)商、消費(fèi)者、相關(guān)研發(fā)單位等對(duì)汽車內(nèi)VOCs 釋放的研究投入隨之增大，力求通過(guò)不斷探索并提升車用材料品質(zhì)，使消費(fèi)者免受影響。研究數(shù)據(jù)表明，汽車內(nèi)污染源主要為新車體自身，如熱塑成型的中控臺(tái)和門飾板，其熱塑性材料本身可能含有副產(chǎn)物苯系物小分子，其工藝使用的脫模劑本身可能以苯系物或醛類為溶劑；另外，作為車內(nèi)主要部件的座椅、頂棚、地板等零部件使用的膠粘劑，也可能向車內(nèi)釋放苯系物質(zhì)和醛類物質(zhì)。

1 參考標(biāo)準(zhǔn)及分析方法

1. 1 參考限值標(biāo)準(zhǔn)

本研究以GB/T 27630—2011 中整車VOCs 參考限值作為新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所研究產(chǎn)品展開分析，新老標(biāo)準(zhǔn)的參考限值見表1。

1. 2 主要分析方法

采用1 m3艙法對(duì)車內(nèi)飾進(jìn)行環(huán)境檢測(cè)。首先，經(jīng)預(yù)平衡階段（70 ℃，4.0% 相對(duì)濕度，0.5 h）和測(cè)試階段（65 ℃，5.0% 相對(duì)濕度，2 h）處理，使用泰勒式管（Tenax 管）和2，4-二硝基苯肼吸附小柱（DNPH小柱）分別完成艙內(nèi)空氣樣品的采樣。然后，采用熱脫附-氣質(zhì)聯(lián)用儀分析艙內(nèi)空氣樣品中的苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯和總揮發(fā)性有機(jī)物含量，采用高效液相色譜分析甲醛、乙醛和丙烯醛物質(zhì)含量。

對(duì)于不合格部件，均采用逆向拆解分析，即針對(duì)部件成品的主材料一一排查，材料分析采用3 L采樣袋，在65 oC 恒溫箱內(nèi)處理材料樣品2 h，然后通過(guò)Tenax 管和DNPH 小柱分別完成采樣袋內(nèi)空氣樣品的采樣。采用熱脫附-氣質(zhì)聯(lián)用儀分析苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯和總揮發(fā)性有機(jī)物含量，采用高效液相色譜分析甲醛、乙醛和丙烯醛物質(zhì)含量。

2 汽車內(nèi)飾件VOCs 超標(biāo)案例

2. 1 地毯改善

采用上述1 m3艙法檢測(cè)地毯樣品，得到的結(jié)果顯示VOCs 超標(biāo)，超標(biāo)物質(zhì)為甲醛，質(zhì)量濃度為124 μg/m3。根據(jù)廠家提供的生產(chǎn)資料分析地毯工藝可能存在問(wèn)題的環(huán)節(jié)：毛氈制備、涂膠定型、聚乙烯（PE）淋膜、成型模壓、地毯總成。經(jīng)分析，確定最有可能在涂膠定型環(huán)節(jié)，甲醛作為膠粘劑中溶劑的主要成分被引入地毯成品中。通過(guò)與廠家溝通，建議廠家可采取如下改善措施：

（1） 開發(fā)水性膠粘劑。一般水性膠粘劑以水作為分散介質(zhì)，可避免有機(jī)溶劑，具有無(wú)毒、無(wú)有機(jī)揮發(fā)物污染的特點(diǎn)。

（2） 采用熱熔型膠粘劑。熱熔型膠粘劑不含有機(jī)溶劑，可避免有機(jī)揮發(fā)物污染。

（3） 改進(jìn)后處理過(guò)程、改善車間排風(fēng)脫揮工藝，確保VOCs 在后處理過(guò)程中盡量完全揮發(fā)。

（4） 尋找其他非有機(jī)溶劑型膠粘劑作為替代品。

廠家根據(jù)工廠及工藝實(shí)際可行性，選擇了相對(duì)簡(jiǎn)單、成本較低的措施（1），在后批次地毯工藝中使用水性膠粘劑。同時(shí)對(duì)于后續(xù)生產(chǎn)環(huán)境，注意控制車間的溫度和濕度，改善了車間的排風(fēng)系統(tǒng)和脫揮工藝環(huán)節(jié)。采用同樣的分析方法，檢測(cè)新下線的地毯產(chǎn)品，結(jié)果表明VOCs 含量合格，其中甲醛質(zhì)量濃度降為27 μg/m3。地毯改善前后的VOCs 測(cè)試結(jié)果見表2。

2. 2 座椅改善

采用上述1 m3艙法檢測(cè)座椅樣品，得到的結(jié)果顯示，3 種醛類物質(zhì)均超標(biāo)，檢測(cè)質(zhì)量濃度分別為568 μg/m3 （甲醛）、449 μg/m3 （乙醛）和131 μg/m3（丙烯醛）。

由于座椅總成產(chǎn)品零部件材料較多，所以首先與廠家分析座椅的物料清單（BOM）表及裝配工藝。該座椅成品由骨架、面套、發(fā)泡、輔助無(wú)紡毛氈布、功能件等組成，裝配過(guò)程中未過(guò)多使用膠粘劑，也未加入VOCs 原料。經(jīng)分析，確定對(duì)VOCs 有顯著影響的是面套、發(fā)泡、輔助無(wú)紡毛氈布等材料。

采用3 L 采樣袋法研究上述材料樣品，發(fā)現(xiàn)發(fā)泡材料及毛氈布的黏合材料對(duì)超標(biāo)醛類物質(zhì)有不同程度的貢獻(xiàn)。因此，建議廠家對(duì)發(fā)泡材料進(jìn)行車間脫揮處理，更換毛氈布黏合材料。

采用1 m3艙法復(fù)測(cè)經(jīng)改善后生產(chǎn)的座椅，結(jié)果見表3。由表3 可以看出：原不合格的3 種醛類物質(zhì)的質(zhì)量濃度均在限值以內(nèi)，VOCs 沒(méi)有超標(biāo)。

2. 3 空調(diào)出風(fēng)口改善

采用上述1 m3艙法檢測(cè)空調(diào)出風(fēng)口，結(jié)果顯示二甲苯超標(biāo)，檢測(cè)質(zhì)量濃度為2 902 μg/m3。

空調(diào)出風(fēng)口的材料為聚碳酸酯（PC）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），以及表面涂層材料。

空調(diào)出風(fēng)口的制作工藝較簡(jiǎn)單，為表面噴涂及裝配，工藝過(guò)程無(wú)明顯VOCs 引入。采用3 L 采樣袋法，分別對(duì)主材料PC 和ABS 粒子進(jìn)行VOCs 分析，得到的檢測(cè)結(jié)果與預(yù)期判斷基本吻合。結(jié)果顯示ABS 粒子二甲苯質(zhì)量濃度達(dá)標(biāo)，但PC 粒子二甲苯質(zhì)量濃度超標(biāo)，因此更換了PC 粒子的供應(yīng)來(lái)源。

復(fù)測(cè)改善后的空調(diào)出風(fēng)口，VOCs 檢測(cè)達(dá)標(biāo)，其中二甲苯質(zhì)量濃度降為200 μg/m3 以下，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。空調(diào)出風(fēng)口改善前后的VOCs 測(cè)試結(jié)果見表4。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)逆向追蹤，對(duì)汽車內(nèi)飾成品件VOCs不合格品展開溯源分析，并根據(jù)初步分析結(jié)果，結(jié)合廠家生產(chǎn)情況，采取有效可行的改善措施，生產(chǎn)獲得合格的產(chǎn)品。隨著對(duì)汽車部件及材料VOCs測(cè)試和研究的進(jìn)一步深入，可加強(qiáng)汽車總成件生產(chǎn)前期的VOCs 減量工作，如采取在塑料粒子合成或注塑階段加入新型催化劑，捕捉工藝中游離的揮發(fā)物小分子，以及合理控制生產(chǎn)工藝中的溫度、壓力等有效脫揮方法，以降低生產(chǎn)和管理成本。本研究旨在拋磚引玉，促進(jìn)汽車內(nèi)飾件VOCs 研究人員對(duì)有效降低VOCs 展開全方位的思考和研判。

參考文獻(xiàn)

［ 1 ］ 李小飛，張明軍，王圣潔，等. 中國(guó)空氣污染指數(shù)變化特征及影響因素分析[J]. 環(huán)境科學(xué)，2012，33（6）：1936-1943.

［ 2 ］ 杜振，李俊賢. 汽車座椅揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）改進(jìn)過(guò)程中存在的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施[J]. 城市建設(shè)理論研究，2013（26）：1-5.

［ 3 ］ 中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. 乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南：GB/T 27360—2011[S]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2012.