湿度对VOC散发结果的影响探究

2021-11-29郭金玉陈鲁铁韩志强刘亚林郑思维王科

汽车零部件 2021年11期

郭金玉，陈鲁铁，韩志强，刘亚林，郑思维，王科

(中汽研汽车零部件检验中心(宁波)有限公司，浙江宁波 315000)

0 引言

空气里的水分子无处不在，湿度是环境中一个重要的参数，汽车及其内饰件无时无刻不与空气中的水分接触，从原材料存储到部件生产及最后出厂，整车及部件都处于具有湿度的环境中[3]。湿度对于整车及其部件的有机物散发情况的影响以及影响程度，目前尚未明确。结合醛酮等物质易溶于水、苯系物微溶于水等特性[5]，本文作者主要探究分析湿度对VOC散发结果的影响以及湿度对不同物质影响差异。可有助于业内人员更清晰明确地了解各种影响VOC散发的因素，为行业内管控整车及样品时在湿度方面的控制进行参考，为样品存储时环境注意事项提供参考。

1 主要仪器设备及试剂

零部件VOC环境舱(Simplewell)、采样袋(大连德霖)、采样泵(美国SENSIDYNE)、Tenax管(Marks)、DNPH管(环测)、高效液相色谱仪(HPLC安捷伦科技1260、ZORBAX SB-C18 4.6×250 mm 5-Micron)热脱附气质联用仪(TD-GC-MS安捷伦科技7890B-5977A色谱柱为DB-5MS 122-5563 60 m×0.25 μm 1.0Micron)、高效液相色谱仪(HPLC安捷伦科技1260、ZORBAX SB-C18 4.6 mm×250 mm 5-Micron)、捕集管柱温箱(岛津)。

高纯氮气：纯度不小于99.999%。高纯氦气：纯度不小于99.999%。色谱纯甲醇、色谱纯乙腈、苯系物标准溶液：O2si 甲醇中9种TVOCs混合标液(国标50325-2010)。醛酮物标准溶液：O2si 16种醛酮-DNPH混标(HJ/T 400—2007)。

2 分析和讨论

2.1 湿度对VOC的检测结果的影响分析

通过高纯氮气经过装置如图1所示的干燥气体装置，对氮气进行干燥，模拟干燥的环境，使用过程中应保证干燥器后端颜色不变，可串联多个干燥器进行使用;通过高纯氮气经过装置如图2所示的洗气瓶装置，对氮气进行加湿，模拟含有湿度的环境。选用苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯来表征VOC中的苯系物，选用甲醛、乙醛、丙烯醛物质来表征VOC中的醛酮类物质[2]。试验选取100 L的采样袋进行模拟测试，在干燥环境和湿度环境下各做一个平行样进行确认。

图1 干燥气体装置

图2 洗气瓶装置

2.1.1 采样袋空白确认

将采样袋编号为01#、02#、03#、04#、05#、06#。首先清洗采样袋，经过多次高温烘烤清洗后,对采样袋进行空白袋背景确认,采样参数见表1。

表1 采样参数(一)

采样袋背景需达到表2要求后方能进行下一步试验,以确保采样袋背景不影响后续气体浓度检测；否则重复第2.1.1节的操作，直到采样袋背景符合表2要求。

表2 指标要求单位：μg/管

2.1.2 气体背景确认

为了确认高纯氮气经过如图1和图2所示的干燥、加湿装置后，气体中不会存在有对检测物质苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛的影响，先进行气体确认。样袋05#中充入纯度99.999%以上的经过干燥器高纯氮气50 L，向样袋06#中充入纯度99.999%以上的高纯过水氮气50 L。60 ℃加热2 h，之后采集气体进行检测，采集前应将采样袋中的气体揉匀，每次采样前要用一级流量计(如一级皂膜流量计)在采样负载条件下校准采样系统的采样流量。采集参数见表1。之后苯系物Tenax管上热脱附-气质联用仪进行分析，其分析要求应符合HJ/T 400—2007 附录B 的规定;醛酮类物质上高效液相色谱仪分析，其分析要求应符合HJ/T 400—2007 附录C 的规定。分析检测结果均小于检出限，苯系物的检出限为0.01 μg/管，醛酮物质的检出限为0.05 μg/管。由检测结果可见，经过干燥、加湿装置的气体对后续检测结果无影响。

2.1.3 分析检测

样袋背景达到要求以后，向样袋01#、02#中充入纯度99.999%以上的经过干燥高纯氮气50 L，向样袋03#、04#中充入纯度99.999%以上的高纯过水氮气50 L。对样袋01#、02#打入浓度为1 000 μg/mL的9种VOC苯系物标液共8 μL，对样袋03#、04#打入浓度为3 μg/mL的醛酮类物质标液1 mL，60 ℃加热2 h，之后采集气体进行检测，采集前应将采样袋中的气体揉匀，每次采样前要用一级流量计(如一级皂膜流量计)在采样负载条件下校准采样系统的采样流量。采集参数见表1。之后苯系物Tenax管上热脱附-气质联用仪进行分析，其分析要求应符合HJ/T 400—2007 附录B 的规定[1];醛酮类物质上高效液相色谱仪分析，其分析要求应符合HJ/T 400—2007 附录C 的规定[1]。检测结果见表3。

表3 苯系物及醛酮物质影响结果单位：μg/m3

由表3的数据表明，不加湿的两个采样袋01#、02#数据偏差较小，均在10%以内，样品平行性良好，样品内理论浓度苯系物为160 μg/m3，醛酮为60 μg/m3，两种物质均符合标液样品的一般回收率80%～120%要求，数据相对准确可靠;03#、04#加湿环境的两个袋子表明，两组数据偏差均在10%，数据平行性较好。分析数据对比可知，不加湿环境、加湿环境的苯系物相对偏差大约在20%，结合不同袋子平行样的差距，可以得出结论，湿度对苯系物影响相对较小。分析对比加湿与不加湿的环境，对比醛酮类物质，数据偏差明显较大，偏差在40%左右，其样品回收率为37%～56%。综合分析数据可得结论：湿度对VOC的散发有影响，苯系物影响较小，醛酮影响较大。

2.2 不同湿度对VOC检测结果影响的差异分析

文中将干燥器的高纯氮气来制定干燥氮气；使用洗气瓶来加湿高纯氮气，通过混合不同体积的干燥高纯氮气及过水高纯氮气来模拟不同湿度。同样以五苯三醛来表征VOC中的苯系物及醛酮类物质。为了更好地模拟不同湿度环境及具有更多的湿度段，选用较大的采样袋，选用1 000 L采样袋，首先，清洗采样袋，要求采样袋经过清洁以后背景符合表2要求，以确保采样袋中背景不会影响后续气体检测。干燥氮气及过水氮气的充入体积见表4。

表4 干燥氮气及过水氮气的充入体积单位：L

按表4充入氮气后，向每个采样袋中打入浓度为1 000 μg/mL的9种VOC苯系物标液共0.1 mL，打入浓度为3 μg/mL的醛酮类物质标液(未衍生)10 mL，60 ℃加热2 h,之后按照第2.1.1节中的气体采集参数及分析方法对样品进行分析。结果见表5。

表5 不同温度情况下的检测结果单位：μg/m3

分析表5数据可知，苯系物数据最大偏差为77%。结合平行样及袋子差异、分析偏差等因素，再次验证湿度对苯系物影响相对较小。重点分析湿度影响较大的醛酮类物质，随着袋内湿度的不断增加，醛酮类物质受影响的程度不断加大，01#—10#样袋内回收率范围见表6，其中干燥氮气和过水氮气的充入体积见表4。

表6 回收率

分析表6数据可知，随着袋内湿度的不断增加，醛酮受影响程度逐渐增大。回收率从10#袋86.65%～112.11%，到01#的36.41%～49.37%。分析04#、03#、02#、01#数据可知，其回收率基本一致;经过温湿度剂测量04#袋内的湿度为55%RH～65%RH。故而可知，当湿度达到一定含量时，湿度对醛酮的影响基本差不多。

2.3 湿度对汽车内饰件不同材料VOC散发的影响分析

文中研究湿度对不同材料(PP塑料板、皮革、发泡材料、地毯毛毡)VOC散发影响的情况。同样选用将高纯氮气通过干燥管来获得无湿度环境；将高纯氮气通过洗气瓶来获得湿度环境，选用五苯三醛来表征VOC中的苯系物及醛酮类物质。试验样品应选取散发含量相对较高的样品进行测试，以避免试验的无效。选出样品后测试参数及条件如下：

(1)使样品处于温度为(23±2)℃、湿度为(50±10)%RH的预处理舱中进行处理，并打开包装调节24 h。

(2)选用10 L采样袋，清洗采样袋，确保采样袋背景符合表2要求。

(3)每种样品取样10 cm×20 cm，各取两个样品进行试验，并将采样袋进行编号。

(4)向样袋中投入样件，将投入口密封，向样袋内充入其容积30%左右的纯氮气后，用泵将气体抽出。

(5)将样袋编号为01#、02#、03#、04#、05#、06#、07#、08#，并按表7进行充气操作。

表7 充气要求

60 ℃加热2 h后采集各袋内气体，采集参数见表8。

表8 采集参数(二)

之后苯系物Tenax管上热脱附-气质联用仪进行分析，其分析要求应符合HJ/T 400—2007 附录B 的规定[1];醛酮类物质上高效液相色谱仪分析，其分析要求应符合HJ/T 400—2007 附录C 的规定[1]。检测结果见表9。

表9 不同内饰材料下的检测结果单位：μg/m3

由表9结果可知，01#、02#样袋中PP塑料板的加湿环境与不加湿环境各类物质最大偏差为14.74%；03#、04#皮革材质中加湿环境与不加湿环境各类物质最大偏差为20.69%；05#、06#发泡材质中加湿环境与不加湿环境各类物质最大偏差为46.21%;07#、08#地毯毛毡材质中加湿环境与不加湿环境各类物质最大偏差为24.03%。可以得出结论，由于材质结果不同，材料内部结构各不相同、物质吸脱附效果各不一样，材质内蕴含的湿度各有差异。湿度对样品VOC影响程度如下:发泡材质影响最大，其次为地毯毛毡类材质，皮革影响与毛毡地毯接近，PP塑料材质影响最小。