汽車內(nèi)飾件材質(zhì)類型對(duì)VOCs釋放量的影響研究

梁 波，彌海鵬，于 翔，劉 迪，黃晴晴

(中國(guó)計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院，重慶 401123)

1 引言

近幾年來(lái)，隨著生活水平的提高，我國(guó)乘用汽車保有量一度呈指數(shù)型增長(zhǎng)。乘用汽車在給人們的出行帶來(lái)各種便利的同時(shí)，車內(nèi)空氣污染問題也一直備受人們關(guān)注。車子是一個(gè)狹小的相對(duì)密閉的空間，而車內(nèi)空氣組成復(fù)雜，成分眾多，大多數(shù)組分或多或少都會(huì)對(duì)駕乘人員產(chǎn)生健康危害[1-5]。

車內(nèi)空氣污染的主要來(lái)源包括汽車內(nèi)飾件材料的揮發(fā)、汽車燃油散發(fā)等，但對(duì)于新車，汽車內(nèi)飾件是車內(nèi)空氣污染的主要來(lái)源。汽車內(nèi)飾件組成材料復(fù)雜，種類繁多，包括塑料、橡膠、合成纖維、紡織品、皮革，還有用于粘合的膠黏劑，用于噴涂的油漆等材料。這些材料在使用中會(huì)揮發(fā)出一定量的甲醛、乙醛、甲苯、二甲苯等有害氣體，嚴(yán)重危害駕乘人員的人身健康安全[6-8]。

汽車內(nèi)飾件主要包括儀表板總成、頂棚、地毯、座椅和門護(hù)板總成等零部件，材料主要由金屬、塑料、木材、針織品、毛氈及皮革等組成[9]，其中，內(nèi)飾件材料的選擇不僅會(huì)影響內(nèi)飾件生產(chǎn)成本的高低，還會(huì)對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量產(chǎn)生巨大的影響[10]。

盡管已經(jīng)有不少關(guān)于汽車內(nèi)飾件和揮發(fā)性有機(jī)化合物方面的研究。如李俊賢等人研究了加工工藝和倉(cāng)儲(chǔ)條件對(duì)汽車內(nèi)飾件的VOC含量的影響[9]；尤可為等研究了汽車非金屬內(nèi)飾件中VOC的來(lái)源[8]；張暉等分析了汽車及零部件行業(yè)VOCs污染現(xiàn)狀及減排對(duì)策等，還有更多的研究集中在車內(nèi)VOCs與人體健康方面[11]。但缺乏汽車內(nèi)飾件材料種類和其揮發(fā)性有機(jī)化合物的相關(guān)性研究。本文針對(duì)市場(chǎng)上部分品牌的乘用車所使用的汽車內(nèi)飾件總成進(jìn)行VOCs的濃度研究，通過(guò)收集各內(nèi)飾件的材料組成，來(lái)探尋材料種類和VOCs濃度兩者之間的關(guān)系，為選擇合適的汽車內(nèi)飾件材料種類，降低車內(nèi)空氣中VOCs濃度提供有效的決策依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)與方法

本次實(shí)驗(yàn)選擇五種汽車內(nèi)飾件總成作為研究對(duì)象，分別為頂棚、地毯、主儀表板、座椅及門板。共分別采集19輛在售車型所使用的五種內(nèi)飾件總成，共計(jì)95件樣品。在進(jìn)行樣品采集的同時(shí)，分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)樣品所使用的材質(zhì)類型。

所有待測(cè)樣品在環(huán)境條件為23±2℃，50±10%RH環(huán)境中平衡24h。樣品采用袋子法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件為：袋子規(guī)格2000L；測(cè)試溫度60±1℃，恒溫時(shí)間2h。用Tenax吸附管采集苯系物組分，用DNPH吸附管采集醛酮類組分。

所采集的Tenax吸附管采用熱脫附氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(TD-GC/MS，Perkinelmer SQ8T，USA)進(jìn)行分析，定量計(jì)算苯系物(包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯及苯乙烯)的濃度。DNPH吸附管用色譜純乙腈進(jìn)行洗脫并定容至5.0mL，洗脫組分采用高效液相色譜(HPLC，Waters E2695,USA)進(jìn)行分析，定量計(jì)算醛酮類組分(包括甲醛、乙醛和丙烯醛)的含量。

3 結(jié)果與討論

3.1 VOCs濃度分析

從表1中可以看出，除丙烯醛全部未檢出外，其余七種化合物在不同的內(nèi)飾件總成中均有不同程度的檢出。其中，苯濃度在所有五種內(nèi)飾件中的中位值范圍為4～8μg/ m3；甲苯濃度在所有五種內(nèi)飾件中的中位值范圍為27～229μg/m3；乙苯濃度在所有五種內(nèi)飾件中的中位值范圍為5～54μg/m3；二甲苯濃度在所有五種內(nèi)飾件中的中位值范圍為15～93μg/ m3；苯乙烯濃度在所有五種內(nèi)飾件中的中位值范圍為3～15μg/ m3；甲醛濃度在所有五種內(nèi)飾件中的中位值范圍為41～377μg/ m3；乙醛濃度在所有五種內(nèi)飾件中的中位值范圍為33～68μg/m3。由此可見，這八類目標(biāo)化合物在五種內(nèi)飾件總成的揮發(fā)性組分中，以甲苯、二甲苯、甲醛及乙醛四種組分為主要成分。

表1 各內(nèi)飾件VOC濃度范圍Tab.e 1 The VOC concentration range of different vehicle parts

備注：a 表示數(shù)據(jù)濃度范圍；b 表示中位值；c 表示未檢出，即含量低于2μg/m3。

圖1 各部件單體VOC濃度分布Fig.1 The distribution of VOC concentration in vehicle parts

從圖1中不難看出，即使是同種目標(biāo)化合物在不同的內(nèi)飾件總成的揮發(fā)性組分中差異也是十分巨大。通過(guò)統(tǒng)計(jì)不同化合物濃度在同一種內(nèi)飾件揮發(fā)性組分中的變異系數(shù)發(fā)現(xiàn)，除了座椅中的苯和甲醛以外，其余目標(biāo)化合物在同種內(nèi)飾件中的濃度變異系數(shù)均超過(guò)70%。本研究中的八種目標(biāo)化合物在頂棚、主儀表板、地毯、座椅和門板中的平均變異系數(shù)分別為125%，221%，180%，117%及185%，如此大的變異系數(shù)暗示出一個(gè)可能的原因是不同的內(nèi)飾件所采用的材質(zhì)不同所造成。

假定CBTEXS(μg/m3)=C苯+C甲苯+C乙苯+C二甲苯+C苯乙烯，CAldehydes(μg/ m3)=C甲醛+C乙醛+C丙烯醛，則CBTEXS在頂棚測(cè)試中的濃度為326 ± 495 μg/m3，在主儀表板中的測(cè)試濃度為282 ± 887 μg/m3，在地毯測(cè)試中的濃度為369 ± 983 μg/m3，在座椅測(cè)試中的濃度為362 ± 464 μg/m3，在門板測(cè)試中的濃度為516 ± 727 μg/m3。而CAldehydes在頂棚測(cè)試中的濃度為266 ± 214 μg/m3，在主儀表板中的測(cè)試濃度為140 ± 238 μg/m3，在地毯測(cè)試中的濃度為155 ± 134 μg/m3，在座椅測(cè)試中的濃度為769 ± 657 μg/m3，在門板測(cè)試中的濃度為1704 ± 5608 μg/m3。具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表2所示。

表2 各內(nèi)飾件苯系物及醛酮物總濃度范圍Tab.e2 The concentration ranges of CBTEXS and CAldehydes in vehicle parts

從CBTEXS和CAldehydes的分布來(lái)看，在地毯和門板的揮發(fā)性有機(jī)組分中，CBTEXS總體大于CAldehydes，可見在本次測(cè)試的樣品中，苯系物在地毯和門板的揮發(fā)性組分中較醛酮類物質(zhì)更加豐富；而在座椅和頂棚的揮發(fā)性有機(jī)組分中，CBTEXS總體小于CAldehydes，可見醛酮類物質(zhì)在座椅和門板的揮發(fā)性組分中較苯系物更加豐富；而在主儀表板的揮發(fā)性組分中，CBTEXS和CAldehydes的數(shù)值兩者大致相當(dāng)。不同種類物質(zhì)的濃度在不同內(nèi)飾件總成中的差異化表明不同的內(nèi)飾件總成可能對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量的貢獻(xiàn)比例并不相同。

3.2 VOCs組成分析

圖2 各部件單體VOC組成

Fig.2 The comprise of VOC concentration in vehicle parts

分別統(tǒng)計(jì)五種不同內(nèi)飾件總成揮發(fā)性組分中各目標(biāo)化合物的組成，其結(jié)果見圖2。從圖中可以看出，在頂棚的揮發(fā)性組分中，乙醛含量最高，約占30%，其次是甲醛和甲苯，分別占總體含量的27%及26%；在主儀表板的揮發(fā)性組分中，甲醛含量最高，約占總體的28%，其次是乙醛和甲苯，分別占到總體含量的24%及23%；在地毯的揮發(fā)性組分中，甲醛約占總體含量的31%，其次是二甲苯、乙醛以及甲苯，分別占到總體含量的20%、20%及17%；而在座椅的揮發(fā)性組分中，乙醛含量最高，約占總體含量的41%，其次是甲醛和甲苯，分別約占總體的30%及14%；門板的情況跟地毯相似，甲醛含量最高，約占總體的35%，其次是二甲苯及乙醛，約占總體的22%及21%，甲苯約占總體的15%。

3.3 材質(zhì)對(duì)VOCs釋放的影響分析

3.3.1 頂棚

目前頂棚的骨架主要由PU復(fù)合板組成，大多數(shù)車輛會(huì)在復(fù)合板的表面加一層PET無(wú)紡布?，F(xiàn)根據(jù)頂棚有無(wú)無(wú)紡布將頂棚分為兩類，一類為硬質(zhì)頂棚(主要構(gòu)成為PU復(fù)合板)，另一類為軟質(zhì)頂棚(主要構(gòu)成為PU復(fù)合板+PET無(wú)紡布)，其VOCs各組分濃度如上圖所示。從頂棚的主要幾類VOC物質(zhì)以及TVOC(八種檢測(cè)目標(biāo)物的總和)的濃度來(lái)看，添加無(wú)紡布的頂棚VOCs濃度更高。

3.3.2 主儀表板

圖4 材質(zhì)類型對(duì)主儀表板VOCs濃度的影響Fig.4 Effect of material type onVOCs concentration of dashboard

將主儀表板根據(jù)材質(zhì)種類分為兩類，一類是硬質(zhì)主儀表板，一類是軟質(zhì)復(fù)合型主儀表板。硬質(zhì)主儀表板主要包括改性PP、ABS、PPO/HIPS等，軟質(zhì)復(fù)合型主儀表板主要包括PVC/ABS、PUR-E等。從圖四中兩種類型主儀表板的各類VOCs濃度分布來(lái)看，硬質(zhì)主儀表板的VOCs濃度明顯高于軟質(zhì)復(fù)合型主儀表板。

3.3.3 地毯

圖5 材質(zhì)類型對(duì)地毯VOCs濃度的影響Fig.5 Effect of material type onVOCs concentration of carpet

將地毯按照材質(zhì)分為三類，第一類是PET，第二類是PET+PE，第三類是其他(主要包括PVC、復(fù)合EVA及PP等)，三類材質(zhì)的地毯各VOCs濃度組成如圖五所示。從圖中的濃度分布來(lái)看，PET+PE的各組分VOCs濃度相對(duì)較高，而另外兩類材質(zhì)的各組分VOCs濃度大致相當(dāng)。

3.3.4 座椅

圖6 材質(zhì)類型對(duì)門護(hù)板VOCs濃度的影響Fig.6 Effect of material type onVOCs concentration of door panels

座椅中的非金屬材料一般由聚氨酯泡沫加表層覆蓋物組成。根據(jù)座椅表面的覆蓋層材質(zhì)將座椅分為三類，第一類是皮革，第二類是針織織物，第三類是是皮革和紡織品的混合物，三類座椅的各組分VOC濃度分布如圖六所示。從總體來(lái)看，針織織物覆蓋的座椅的各組分VOC濃度相對(duì)于皮革及混合類座椅的VOC濃度更高。

3.3.5 門護(hù)板

由于門護(hù)板的材質(zhì)組成異常復(fù)雜，通常包括PP、改性PP、ABS、PVC、PET、EPDM-TDZO，還包括一些真皮、紡織品、中密度纖維板和膠粘劑等等，因此較難進(jìn)行材質(zhì)分組。分析本次研究的19類乘用車的門護(hù)板各VOCs的組分我們發(fā)現(xiàn)，使用中密度纖維板作為門護(hù)板原材料的17號(hào)樣品，其甲醛揮發(fā)濃度高達(dá)5980μg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它樣品的甲醛濃度。同時(shí)乙醛的揮發(fā)濃度為216μg/m3，也遠(yuǎn)高于其它樣品的乙醛揮發(fā)濃度。

4 結(jié)論

(1)在頂棚、地毯、座椅、門護(hù)板和主儀表板這五種內(nèi)飾件總成的揮發(fā)性組分中，以甲苯、二甲苯、甲醛及乙醛四種組分為主要成分。

(2)不同的汽車內(nèi)飾件的VOC組分組成差異明顯，暗示出了不同的汽車內(nèi)飾件對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量的貢獻(xiàn)的差異性。

(3)通過(guò)對(duì)不同的汽車內(nèi)飾件的材質(zhì)進(jìn)行分類，并統(tǒng)計(jì)材質(zhì)對(duì)內(nèi)飾件VOCs總成的影響，發(fā)現(xiàn)對(duì)于頂棚，添加無(wú)紡布的頂棚VOCs濃度更高；對(duì)于主儀表板，硬質(zhì)主儀表板的VOCs濃度明顯高于軟質(zhì)復(fù)合型主儀表板；對(duì)于地毯，PET+PE的各組分VOCs濃度相對(duì)其余材質(zhì)類型更高；對(duì)于座椅，面料為針織織物的座椅VOCs濃度相較于皮革及混合面料的座椅更高；對(duì)于門護(hù)板，使用中密度纖維板的內(nèi)飾件其醛類物質(zhì)(主要是甲醛及乙醛)濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未使用木質(zhì)材料的門護(hù)板。