高溫條件下車內(nèi)空氣質(zhì)量提升策略淺析

文/洪 麗 許明春 胡雋雋 姚其海（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心）

高溫環(huán)境下車內(nèi)的有機(jī)揮發(fā)物會導(dǎo)致空氣污染和異味，影響駕乘人員的身心健康。隨著國內(nèi)汽車市場的快速發(fā)展，汽車內(nèi)部空氣質(zhì)量日益受到關(guān)注，越來越多的顧客在購買新車時，將車內(nèi)空氣質(zhì)量作為重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。為保障乘用車內(nèi)的空氣質(zhì)量，我國制定了《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》（GB/T 27630—2011）進(jìn)行管控，各大汽車主機(jī)廠也在進(jìn)行車內(nèi)空氣質(zhì)量提升相關(guān)技術(shù)研究。中汽中心的調(diào)查[1]顯示，大約有一半以上的車內(nèi)空氣質(zhì)量問題發(fā)生在高溫、曝曬、長時間密閉情況下。在高溫密閉條件下，甲醛的散發(fā)量可以飆升至常溫下的5～13 倍。高溫下汽車內(nèi)空氣質(zhì)量惡化，其原因一是高溫條件下分子活化能增大，生產(chǎn)加工過程中吸附殘存的聚合單體、助劑、溶劑等小分子物質(zhì)的脫附析出導(dǎo)致散發(fā)量猛增；二是沸點(diǎn)較低的氣味性化合物（醛、酮、酯、醇、烷烴類）擴(kuò)散揮發(fā)速度與溫度成正比，在高溫條件下加速釋放；三是配件材料在高溫條件下降解、反應(yīng)或揮發(fā)性有機(jī)物小分子析出。采用活性炭吸附或者是上車前的開門通風(fēng)雖然可以降低車內(nèi)有害氣體的濃度，但是治標(biāo)不治本。因此，需要有能夠切實(shí)改善車內(nèi)有機(jī)物散發(fā)的技術(shù)手段來保證座艙內(nèi)部空氣質(zhì)量水平達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，保障駕乘人員的健康安全。經(jīng)多次的調(diào)研和相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，本文提出幾種切實(shí)可行的車內(nèi)空氣質(zhì)量提升策略，并分析討論了不同的技術(shù)策略適用的場合及其凈化車內(nèi)空氣后的實(shí)際效果。

一、使用環(huán)保材料

汽車是一個相對密閉的空間，內(nèi)飾配件的有機(jī)物揮發(fā)直接影響整車的車內(nèi)空氣質(zhì)量。不同內(nèi)飾材料的有機(jī)揮發(fā)物散發(fā)種類和含量不同，高溫條件下除常見的“五苯三醛”，車內(nèi)還能檢出多種有機(jī)化合物，包括直鏈烷烴、支鏈烷烴、苯的同系物、環(huán)烷烴、酯類、醛類等，部分物質(zhì)存在刺激性氣味，影響整車氣味。從材料本身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性來看，某些材料在高溫條件或使用工況中容易出現(xiàn)斷鏈、降解等現(xiàn)象從而產(chǎn)生有機(jī)小分子化合物，應(yīng)該盡量避免或者限制其使用。以備胎蓋板為例，較早的車型采用PET針刺地毯+木纖維板材料，由于木纖維板是大量木屑及纖維成分通過脲醛膠熱壓而成，隨著溫度的升高和材料的老化，不可避免地會釋放出大量的醛類和其他物質(zhì)[2]，采用PP 蜂窩板來替代可以很好地規(guī)避高散發(fā)風(fēng)險。表1是某款車型采用兩種不同板材的備胎蓋板揮發(fā)性有機(jī)物濃度對比測試數(shù)據(jù)。

表1 某車型備胎蓋板材料改進(jìn)前后揮發(fā)性有機(jī)物對比（單位：μg/m3）

由表中數(shù)據(jù)對比可知，采用更加環(huán)保的PP 蜂窩板作為原材料制備的配件，其甲醛和乙醛散發(fā)大幅度降低，從整改前的不符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求到整改后的滿足企標(biāo)要求。因此，在滿足材料成本與結(jié)構(gòu)性能要求的前提下，使用綠色環(huán)保原材料或者通過加工、合成等技術(shù)手段控制有害的有機(jī)物散發(fā)和聚集是整車空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的重要手段。

二、配件通風(fēng)擱置處理

研究表明，車內(nèi)物小分子的散發(fā)是個持續(xù)的過程，且隨著溫度的升高，散發(fā)量呈指數(shù)級別升高。因此配件生產(chǎn)完成后不同的時間其殘留的揮發(fā)性有機(jī)物也不同。表2列舉了地毯和座椅的揮發(fā)性有機(jī)物隨配件下線時間的變化情況。從表中的結(jié)果來看，從下線1 天到下線28 天揮發(fā)性有機(jī)物散發(fā)總體呈下降趨勢，在配件下線后，確保一定的儲藏及流轉(zhuǎn)周期對揮發(fā)性有機(jī)物的散發(fā)有較顯著的作用，且無需額外成本。

表2 地毯及座椅揮發(fā)性有機(jī)物隨時間變化情況（單位：μg/m3)

從地毯和座椅的下線時間與有機(jī)物散發(fā)數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn)：下線時間超過14 天的地毯的二甲苯散發(fā)濃度下降了32%，甲醛散發(fā)濃度下降了35%，而從第14 天到第28 天有機(jī)物散發(fā)濃度的降幅明顯變低，因此下線14 天是值得推薦的合理的流轉(zhuǎn)倉儲時間；同理座椅下線14 天以后的甲醛散發(fā)濃度下降了35%，丙烯醛散發(fā)濃度下降了58%，從第14 天到第28 天有機(jī)物散發(fā)濃度降幅明顯降低很多，推薦儲藏及流轉(zhuǎn)周期為14 天。

三、配件加熱通風(fēng)處理

揮發(fā)性有機(jī)物的散發(fā)與溫度有極大的相關(guān)性，特別是醛類物質(zhì)。有數(shù)據(jù)表明，35 ℃時乙醛的散發(fā)速度是25 ℃時的6～12 倍，因此對配件進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳郎靥幚砬冶３滞L(fēng)，可以促進(jìn)膠水等的固化，加速揮發(fā)性有機(jī)物的散發(fā)，減少出廠時殘留[3]?！凹訜嵬L(fēng)”處理適用于揮發(fā)性有機(jī)物高危部件，如包覆件、植絨件等，表3 是某車型副儀表板的扶手箱植絨件凈化處理（500 L 袋子法，充氣量50%，加熱65 ℃2 h，通風(fēng)72 h）后的對比驗(yàn)證數(shù)據(jù)。由數(shù)據(jù)可知，因植絨過程中使用大量的膠水，導(dǎo)致扶手箱植絨件的甲苯、乙苯和二甲苯的檢測值較高。經(jīng)過凈化處理后，苯系物的檢測值大幅降低（甲苯降低86%，乙苯降低89%），所以加熱通風(fēng)處理是較為有效的技術(shù)手段。

表3 加熱通風(fēng)對副儀表臺揮發(fā)性有機(jī)物的影響（單位：μg/m3）

四、醛類消除劑

醛類消除劑，又叫除醛劑，是一類含有氨基的且具有較高反應(yīng)活性的小分子化合物，主要針對含有羰基的VOC 化合物，如甲醛、乙醛、丙酮等，對整車醛類風(fēng)險具有較好的改進(jìn)作用。醛類消除劑主要是通過化學(xué)反應(yīng)的方法消除甲醛、乙醛等物質(zhì)，主要適用于地毯、頂棚、前圍隔音墊、座椅等醛類物質(zhì)散發(fā)較為嚴(yán)重的配件。表4 為除醛劑在內(nèi)飾典型配件中驗(yàn)證的結(jié)果。從結(jié)果來看，采用除醛劑處理過的座椅和地毯，有機(jī)物散發(fā)均有一定程度下降，醛類物質(zhì)下降明顯，其中座椅甲醛散發(fā)值降低88%、乙醛降低39%，地毯甲醛降低90%、乙醛降低64%。由此可見對于整車或者配件醛類超標(biāo)的整改案例中，應(yīng)用除醛劑這種技術(shù)手段更為有效。

表4 除醛劑對配件揮發(fā)性有機(jī)物的影響（單位：μg/m3)

五、臭氧后處理

臭氧（O3）是氧氣的同素異形體，它是一種具有特殊氣味的淡藍(lán)色氣體。臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，在常溫下具有不穩(wěn)定性，40 min 內(nèi)會自動還原成氧氣。臭氧對配件的凈化主要從以下兩個方面起作用。一是分解有機(jī)化合物氣體，破壞原有化合物分子結(jié)構(gòu)（碳氧雙鍵基團(tuán)）。其中，臭氧分解甲醛的效果特別明顯。甲醛結(jié)構(gòu)式中碳氧共價雙鏈鍵的存在是甲醛具有毒性的關(guān)鍵，臭氧與甲醛發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，臭氧的強(qiáng)氧化性能強(qiáng)制性奪取共價鍵中的電子，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性變化，轉(zhuǎn)化成對人體無害的水和二氧化碳。臭氧與苯反應(yīng)，產(chǎn)物也是水和二氧化碳。二是除味除臭作用，臭氧是利用其氧化性分解有害氣體和異味分子的，與物理吸附方式截然不同，對細(xì)菌、病毒、各類致敏物等有害物質(zhì)也有殺滅的效果，同時無殘留，無毒無害。表5 是某款車型采用臭氧處理后整車空氣質(zhì)量測試數(shù)據(jù)。從整車空氣質(zhì)量對比情況來看，臭氧處理能夠有效降低車內(nèi)苯、甲苯、甲醛的散發(fā)量，并且可以提升車輛的氣味性等級，也是一種有效的空氣質(zhì)量的提升手段。

表5 臭氧處理對整車空氣質(zhì)量的影響（單位：μg/m3)

六、固體堿處理

利用固體堿的強(qiáng)氧化性，誘發(fā)羥基自由基（·OH）的原位再生，在無加熱、無光照的情況下，使載體（多孔材料）表面的物理吸附的水緩慢地離子化水解，還會對化學(xué)吸附水（OH）進(jìn)行非離子化（自由基型）水解，從而產(chǎn)生大量·OH 等活性自由基。該活性自由基氧化電位高，反應(yīng)迅速，可以破壞微生物酶系統(tǒng)，氧化分解甲醛等有毒物質(zhì)。當(dāng)污染物經(jīng)過固體堿表面時，自由基可將污染物氧化成水和二氧化碳，同時會激發(fā)微量二氧化氯，有效祛除有毒氣體。表6 是某款車型采用固體堿處理后整車空氣質(zhì)量測試數(shù)據(jù)。固體堿主要利用多空吸附載體的氧化還原過程實(shí)現(xiàn)將揮發(fā)性有機(jī)污染物分解，同時也具有殺滅細(xì)菌和病毒的效果。從整車空氣質(zhì)量對比情況來看，固體堿處理能夠有效降低車內(nèi)苯、甲苯、甲醛、乙醛的散發(fā)量，并且可以提升車輛的氣味性等級，也是一種有效的空氣質(zhì)量的提升手段。與臭氧處理相比較，固體堿處理的時間略長，但是凈化的效果并不遜色。

表6 固體堿處理對整車空氣質(zhì)量的影響（單位：μg/m3)

七、結(jié)語

上述提及的方法是行業(yè)內(nèi)常見的空氣質(zhì)量提升策略，采用環(huán)保級別原材料、合理安排倉儲和流轉(zhuǎn)時間以及有效的通風(fēng)加熱工序都能促進(jìn)配件VOC 性能的提升，除醛劑、臭氧機(jī)和固體堿可以應(yīng)用到整車，在兼顧成本和生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，降低整車的VOC 散發(fā)，提升整車車內(nèi)空氣質(zhì)量，進(jìn)而提升產(chǎn)品的客戶滿意度和產(chǎn)品競爭力。