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[气味性检测] 汽车用PVC材料的气味溯源

车内空气|VOC|气味性 车内空气|VOC|气味性 36 人阅读 | 0 人回复

发表于 2020-10-9 10:37:41 | 显示全部楼层 |阅读模式

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【汽车材料网】汽车用PVC材料的气味溯源

王莉1 娄金分1 刘灵祥2 许声堂2 吴述璐1*
(1.国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心,贵州 贵阳,550014;2.上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西 柳州,545027)
摘要:对某车型的3种聚氯乙烯(PVC)材料进行了气味测试,并用热脱附气质联用的方法测定PVC中的挥发性有机物(VOC),分析出了影响气味的关键物质及其来源。研究结果发现,影响PVC气味的挥发性物质主要是PVC生产过程中使用的溶剂类和添加剂类物质。
关键词: 聚氯乙烯 气味 挥发性有机物 气味溯源

车内空气质量近来引发了很多关注[1]。影响车内空气质量的关键是可挥发性有机物(VOC),而这些VOC的主要来源是汽车内饰件的使用,因此汽车用内饰材料及其检测引起了广泛关注[2-3]。

使用增塑剂、稳定剂等改性后的聚氯乙烯(PVC)具有色泽鲜艳、触感柔软、加工工艺简便等特点,应用广泛,汽车也常采用PVC做内饰,尤其是汽车座椅。为使PVC达到一定的性能要求,在其加工过程中需添加大量的增塑剂、稳定剂等助剂[4-5],PVC后期加工过程中使用的一些添加剂常常含有易挥发性有机物,如阻燃剂、染色剂、耐光老化剂、固化剂、耐磨助剂等,这些易挥发性有机物常常具有难闻的气味,对人体的健康产生危害[6-7]。因此PVC中的挥发性有机物以及其带来的气味感受成为人们关注的热点。

下面选用某车型座椅面料所用3种不同PVC材料,进行了气味测试、VOC测试,找出影响PVC气味的关键性有机物,进一步推断气味来源,为改善车内异味问题提供依据。

1 试验部分1.1 原材料

3种PVC材料分别来自3个生产厂家(分别以1#,2#,3#表示),3种PVC材料均是当天下生产线,按照企业标准Q/JLY J7110274C进行包装和运输,并保证样品7 d内送达实验室并完成VOC分析及气味等级测试。

1.2 主要仪器

电热恒温鼓风干燥箱,DHG-9240A,上海飞越实验仪器有限公司;气体采样泵,LP-5,A.P BUCK公司;流量校准器,M-5,A.P BUCK公司;热脱附-气质联用仪(TD-GCMS),7890B/5977A,Agilent公司。

1.3 VOC测试

VOC采样过程参照企业标准Q/JLY J7110274C。在3种PVC材料上分别切取10 cm×10 cm的小块样品,放入已经调节好空白值的10 L聚四氟乙烯检测袋中,用高纯氮气冲洗3次后,再定量充入5 L高纯氮气,放入65 ℃的恒温干燥箱恒温2 h后用经过校准的气体采样泵采集气体,挥发性有机物用tenax采样管采集吸附1 L采样袋中的气体,用TD-GCMS分析。根据仪器检出结果计算材料中的VOC含量。

热脱附条件:250 ℃解析10 min,冷阱捕集温度为-10 ℃,二次脱附(冷阱)温度为300 ℃,时间为8 min,脱附吹扫气体为高纯氮气,比例流量为40 mL/min,分流比为20∶1,传输线温度为200 ℃。

色谱分析条件:DB-5MS型色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),载气为高纯氦气(99.999%),流量为0.8 mL/min。程序升温为45 ℃保持4 min,然后以10 ℃/min升温至150 ℃,保持9 min,后运行升温至250 ℃保持3 min。

质谱分析条件:四级杆温度150 ℃,离子源温度230 ℃,扫描质量范围35~350。

1.4 气味测试

同样根据气味测试的企业标准GMW3205,将一定大小的样品置于无味的气味瓶中在(70±2)℃条件下恒温(24±0.5)h,待冷却至常温,由气味评估小组对气味等级进行评估。每个试样需要3~6个人进行评估,并计算平均值。在气味测试中值得注意的是,气味评估小组中具有化学背景人员应少于半数。表1为气味等级评定表。

表1 气味等级评定表

2 结果与分析2.1 气味测试结果

1#~3# PVC材料气味等级测试结果分别是1.8,1.6,3.7。PVC散发的气味较大,尤其1#和2#几乎到了让人无法忍受的地步,3#的气味结果也不满意。而这种皮革在很多中档汽车中应用相关广泛,尤其是作为座椅面料直接暴露在车内环境中。

2.2 气味物质的分析

分别对3种PVC材料进行了VOC测试并对其中产生气味的物质进行了分析。图1为3种PVC材料的GC-MS图谱。

图1 PVC材料的GC-MS分析

由图1可以看出,1#和2#的谱图中峰的数量及丰度比3#明显高很多,说明不同PVC材料在同样条件下挥发出的有机物是不同的。1#和2#散发出较多的有机化合物,这与气味测试结果也是一致的。经过对GC-MS检测出的挥发性有机物进行分析,找出了影响气味的关键性有机物。表2、表3和表4分别是3种PVC中有气味的物质名称和含量,以及物质气味有害性描述。

表2 1#中具有气味的主要物质

表3 2#中具有气味的主要物质

表4 3#中具有气味的主要物质

注:匹配度较低的物质未在表中列出。

从表2,3,4中可以看出,3种PVC材料均检测到大量的N,N-二甲基甲酰胺、环己酮,尤其是1#和2#中含有大量的N,N-二甲基甲酰胺以及2-乙基己醇,气味等级较高的3#中未检测到2-乙基己醇和2-乙基己醛。

2.3 气味物质来源分析

PVC材料气味来源分析如表5,影响气味的物质来源主要有两个:一是PVC的溶剂;二是生产过程中的添加剂及其分解产物。

表5 PVC中主要气味物质的来源分析

3#的主要气味来源为PVC溶剂,如N,N-二甲基甲酰胺、环己酮;在1#和2#中检测到了增塑剂邻苯二甲酸二辛脂(DOP)的氧化产物,由此可判断1#和2#使用了增塑剂DOP[8]。DOP中含有多种挥发性有机物,包括未反应的醇(如2-乙基己醇)和酸,以及在加工过程中分解产生的醇、酸、醛、烯、酯及烷烃等物质,这些物质的存在,导致添加的DOP具有强烈的刺激性气味。因此, 1#和2#的主要气味来源除了PVC溶剂外,就是增塑剂DOP以及其氧化产物。

此外, 2#不仅含有大量的2-乙基己醇,还有一定的2-乙基己醛,而在同样使用DOP的1#中仅含有较少的2-乙基己醇,这是因为在1#中使用了抗氧剂2,6-二叔丁基对甲酚,抗氧剂在一定程度上减慢了DOP分解氧化的速度。

3 结论

综上所述,不同厂家生产的PVC,其挥发性物质来源有所不同,如3#的主要气味来源为PVC溶剂(如N,N-二甲基甲酰胺、环己酮),1#和2#的主要气味来源除了溶剂外,还有增塑剂DOP以及其氧化产物。总之,影响PVC气味的挥发性物质来源主要有两种:一是PVC生产过程中使用的溶剂,如N,N-二甲基甲酰胺、环己酮等,不同厂家使用的溶剂可能不同;二是添加剂尤其是增塑剂的使用以及由增塑剂带入或者其分解的产物,如增塑剂DOP的使用。



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