濕度對汽車車內乙醛散發(fā)量影響作用的研究

朱運鋒，大下直紀，胡雅晰

(一汽豐田技術開發(fā)有限公司 天津300462)

0 引 言

車內空氣污染嚴重危害人體健康，其中揮發(fā)性有機化合物(VOC：Volatile Organic Compounds)的污染最為顯著。近年來，隨著消費者環(huán)保意識及自我保護意識的不斷提高，車內空氣污染問題，尤其是車內空氣對乘員健康的影響逐漸成為關注的焦點。2007年我國制定了 HJ/T 400—2007《車內揮發(fā)性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》，2010年頒布了GB/T 27630—2011《乘用車內空氣質量評價指南》，進而基于車內 VOC對消費者健康狀況的重大隱患，2012年開始進行強制性法規(guī)的研討。

車內 VOC 污染物主要包括揮發(fā)性有機物組分和醛酮組分。揮發(fā)性有機物組分的實驗是指通過GC-MS(Gas Chromatography and Mass Spectrometry)對保留時間在正己烷到正十六烷之間具有揮發(fā)性的化合物檢測的總稱；醛酮組分的實驗是指使用 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)對甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛、丙醛、丁烯醛、丁酮、丁醛、甲基丙烯醛、苯甲醛、戊醛、甲基苯甲醛、環(huán)己酮、己醛等化合物進行檢測的總稱?；谲噧?VOC 種類眾多、成分復雜，現(xiàn)行推薦性標準 GB/T 27630—2011選取苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛8種常見污染物進行定量分析和管控。

目前國內各主機廠針對于車內VOC的管控主要是通過開發(fā)使用綠色低 VOC環(huán)保材料，降低車內使用材料和零件中各對象物質的直接添加量，進而降低整車的 VOC散發(fā)量。但是，乙醛作為非直接添加物質(其他物質分解產生)，也是整車的易超標物質，其產生機理、影響因素一直以來就是汽車行業(yè)研究的熱點和管控的難點，且車內乙醛的散發(fā)量受季節(jié)、環(huán)境的影響較大。目前，針對車內乙醛散發(fā)量影響因素的研究主要集中在溫度方面。

本文選取某織物式樣車輛為研究對象，參照GB/T 27630—2011《乘用車內空氣質量評價指南》和行業(yè)內常用的零件和材料的 VOC袋式實驗方法，通過人為控制實驗時的濕度，行業(yè)內首次創(chuàng)新性研究了濕度對乙醛散發(fā)量的影響作用。該研究填補了業(yè)內在該領域的研究空白，有效揭示了目前車輛開發(fā)和制造過程中備受困擾的乙醛散發(fā)量波動性較大的現(xiàn)象，對于今后材料、零件及整車制造過程中乙醛性能的開發(fā)與管控，甚至今后法規(guī)檢測條件的制定，都具有非常大的參考價值。

1 試驗樣品設備及方法

試驗所用樣品、設備見表1。

表1 試驗樣品、設備Tab.1 Sample and equipment

1.1 整車試驗方法

參照 HJ/T 400—2007《車內揮發(fā)性有機物和醛酮類物質采樣評定方法》實施，試驗示意圖見圖 1。將整車置于溫濕度設定好的整車環(huán)境倉中按照一定條件預處理后關閉車門和車窗，車內零件散發(fā)出的有機物在規(guī)定時間內不斷累積后，對醛酮類成分進行采集后，進行定性及定量分析。試驗溫度為 25℃，車輛開放前處理時長為 24h，密閉時長為 16h。本試驗通過整車 VOC環(huán)境倉的濕度調節(jié)功能，分別對35%R.H、50%R.H、85%R.H 條件下的車內乙醛散發(fā)量進行測試。

圖1 整車試驗方法示意圖Fig.1 Diagram of vehicle test method

1.2 零件總成試驗方法

參照業(yè)內常用的零件總成VOC袋式法試驗標準實施，試驗示意圖見圖 2。將零件總成置于采樣袋中排干空氣后充入一定量的 N2，通過恒溫恒濕箱控制采樣袋的加熱溫度，經過一定時間后對采樣袋中零件散發(fā)出的醛酮類成分采集，進行定性及定量分析。本試驗通過加熱前向零件表面噴灑去離子水進行濕度的控制。

圖2 零件總成試驗方法示意圖Fig.2 Diagram of parts test method

1.3 材料試驗方法

參照業(yè)內常用的材料試驗片的VOC袋式法試驗標準實施，試驗示意圖見圖 3。將試驗片置于采樣袋中排干空氣后充入一定量的 N2，通過恒溫恒濕箱控制采樣袋的加熱溫度，經過一定時間后對采樣袋中試驗片散發(fā)出的醛酮類成分采集，進行定性及定量分析。本試驗通過加熱前向試驗片表面噴灑去離子水進行濕度控制。

圖3 材料試驗方法示意圖Fig.3 Diagram of materials test method

2 測試結果

2.1 濕度對整車乙醛散發(fā)量的影響

同一車輛分別在 35%R.H.、50%R.H.和 85%R.H.的濕度條件下進行試驗，車內乙醛散發(fā)量的測試結果及變化趨勢見圖4，可以看出：隨著濕度的增加，車內乙醛散發(fā)量大幅升高。

2.2 濕度對織物式樣座椅零件總成乙醛散發(fā)量的影響

為了探究車內車輛乙醛的發(fā)生源，本文選取車內乙醛主要散發(fā)零件——織物座椅總成進行了濕度影響驗證，對該座椅總成在不同濕度條件下的乙醛發(fā)生量進行了測試(根據以往經驗，相同制造和試驗條件下織物式樣車輛的乙醛散發(fā)量明顯高于皮革式樣車輛，二者內飾零件的主要差別僅為座椅總成的式樣不同)。

圖4 不同濕度下車內乙醛的散發(fā)量Fig.4 Acetaldehyde emission in vehicle at different humidities

試驗后使用溫濕度計對采樣袋內的濕度進行測試，結果分別為 40%R.H 和 78%R.H，對應濕度下，座椅總成乙醛散發(fā)量的測試結果及變化趨勢見圖 5，可以看出：織物式樣座椅總成的乙醛散發(fā)量隨著濕度的增加大幅升高。

圖5 不同濕度下織物式樣座椅總成的乙醛散發(fā)量Fig.5 Acetaldehyde emission of fabric seats at different humidities

2.3 濕度對織物式樣座椅總成構成材料乙醛散發(fā)量的影響

為了進一步探討導致座椅總成受濕度影響的發(fā)生源，本文研究了座椅的各主要構成材料(聚氨酯發(fā)泡材、織物表皮面料)受濕度的影響作用。

將各試驗片放入采樣袋中進行試驗，人為控制測試濕度條件，在 0%R.H～100%R.H的濕度范圍內選取5個濕度點，不同濕度點下乙醛散發(fā)量的測試結果及變化趨勢見圖 6：座椅聚氨酯發(fā)泡材的乙醛散發(fā)量隨著濕度的增加大幅升高，說明了聚氨酯發(fā)泡材的濕度影響特性是造成座椅總成隨濕度增加而升高的主要原因。

圖6 不同濕度下座椅聚氨酯發(fā)泡材的乙醛散發(fā)量Fig.6 Acetaldehyde emission of polyurethane foam at different humidities

2.4 聚氨酯發(fā)泡材的濕度影響機理

聚氨酯(PUR)是由異氰酸酯與多元醇反應而制成的一種具有氨基甲酸酯鏈段重復結構單元的聚合物。Schollenberger等[3]、吳宇雄等[4]的研究指出，常溫下聚氨酯材料浸泡在水中或暴露在濕氣中會逐漸發(fā)生水解，水與聚氨酯鏈中的羧酸酯鍵反應，使聚合物鏈發(fā)生斷裂，產生兩條較短的鏈，其中一條鏈的末端是羥基(-OH)，另一端是酸性的羧基(-COOH)。這種酸性羧基加速了聚酯氨酯中聚酯鏈的進一步水解，即其水解過程是一個自催化過程。含有RCOOCH＝CH2結構的酯基水解產生的醇(HOCH＝CH2)不穩(wěn)定(當有碳碳雙鍵的碳原子上連接羥基時，很不穩(wěn)定，會轉化為醛基)，會轉化為乙醛CH3CHO。

3 結 論

隨著試驗濕度的增加，車內乙醛散發(fā)量大幅升高。聚氨酯發(fā)泡材遇水發(fā)生水解產生乙醛是造成座椅乃至車輛乙醛散發(fā)量隨濕度增加而升高的主要原因。