湿度对汽车车内乙醛散发量影响作用的研究

朱运锋，大下直纪，胡雅晰

(一汽丰田技术开发有限公司 天津300462)

0 引 言

车内空气污染严重危害人体健康，其中挥发性有机化合物(VOC：Volatile Organic Compounds)的污染最为显著。近年来，随着消费者环保意识及自我保护意识的不断提高，车内空气污染问题，尤其是车内空气对乘员健康的影响逐渐成为关注的焦点。2007年我国制定了 HJ/T 400—2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》，2010年颁布了GB/T 27630—2011《乘用车内空气质量评价指南》，进而基于车内 VOC对消费者健康状况的重大隐患，2012年开始进行强制性法规的研讨。

车内 VOC 污染物主要包括挥发性有机物组分和醛酮组分。挥发性有机物组分的实验是指通过GC-MS(Gas Chromatography and Mass Spectrometry)对保留时间在正己烷到正十六烷之间具有挥发性的化合物检测的总称；醛酮组分的实验是指使用 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)对甲醛、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、环己酮、己醛等化合物进行检测的总称。基于车内 VOC 种类众多、成分复杂，现行推荐性标准 GB/T 27630—2011选取苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛8种常见污染物进行定量分析和管控。

目前国内各主机厂针对于车内VOC的管控主要是通过开发使用绿色低 VOC环保材料，降低车内使用材料和零件中各对象物质的直接添加量，进而降低整车的 VOC散发量。但是，乙醛作为非直接添加物质(其他物质分解产生)，也是整车的易超标物质，其产生机理、影响因素一直以来就是汽车行业研究的热点和管控的难点，且车内乙醛的散发量受季节、环境的影响较大。目前，针对车内乙醛散发量影响因素的研究主要集中在温度方面。

本文选取某织物式样车辆为研究对象，参照GB/T 27630—2011《乘用车内空气质量评价指南》和行业内常用的零件和材料的 VOC袋式实验方法，通过人为控制实验时的湿度，行业内首次创新性研究了湿度对乙醛散发量的影响作用。该研究填补了业内在该领域的研究空白，有效揭示了目前车辆开发和制造过程中备受困扰的乙醛散发量波动性较大的现象，对于今后材料、零件及整车制造过程中乙醛性能的开发与管控，甚至今后法规检测条件的制定，都具有非常大的参考价值。

1 试验样品设备及方法

试验所用样品、设备见表1。

表1 试验样品、设备Tab.1 Sample and equipment

1.1 整车试验方法

参照 HJ/T 400—2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样评定方法》实施，试验示意图见图 1。将整车置于温湿度设定好的整车环境仓中按照一定条件预处理后关闭车门和车窗，车内零件散发出的有机物在规定时间内不断累积后，对醛酮类成分进行采集后，进行定性及定量分析。试验温度为 25℃，车辆开放前处理时长为 24h，密闭时长为 16h。本试验通过整车 VOC环境仓的湿度调节功能，分别对35%R.H、50%R.H、85%R.H 条件下的车内乙醛散发量进行测试。

图1 整车试验方法示意图Fig.1 Diagram of vehicle test method

1.2 零件总成试验方法

参照业内常用的零件总成VOC袋式法试验标准实施，试验示意图见图 2。将零件总成置于采样袋中排干空气后充入一定量的 N2，通过恒温恒湿箱控制采样袋的加热温度，经过一定时间后对采样袋中零件散发出的醛酮类成分采集，进行定性及定量分析。本试验通过加热前向零件表面喷洒去离子水进行湿度的控制。

图2 零件总成试验方法示意图Fig.2 Diagram of parts test method

1.3 材料试验方法

参照业内常用的材料试验片的VOC袋式法试验标准实施，试验示意图见图 3。将试验片置于采样袋中排干空气后充入一定量的 N2，通过恒温恒湿箱控制采样袋的加热温度，经过一定时间后对采样袋中试验片散发出的醛酮类成分采集，进行定性及定量分析。本试验通过加热前向试验片表面喷洒去离子水进行湿度控制。

图3 材料试验方法示意图Fig.3 Diagram of materials test method

2 测试结果

2.1 湿度对整车乙醛散发量的影响

同一车辆分别在 35%R.H.、50%R.H.和 85%R.H.的湿度条件下进行试验，车内乙醛散发量的测试结果及变化趋势见图4，可以看出：随着湿度的增加，车内乙醛散发量大幅升高。

2.2 湿度对织物式样座椅零件总成乙醛散发量的影响

为了探究车内车辆乙醛的发生源，本文选取车内乙醛主要散发零件——织物座椅总成进行了湿度影响验证，对该座椅总成在不同湿度条件下的乙醛发生量进行了测试(根据以往经验，相同制造和试验条件下织物式样车辆的乙醛散发量明显高于皮革式样车辆，二者内饰零件的主要差别仅为座椅总成的式样不同)。

图4 不同湿度下车内乙醛的散发量Fig.4 Acetaldehyde emission in vehicle at different humidities

试验后使用温湿度计对采样袋内的湿度进行测试，结果分别为 40%R.H 和 78%R.H，对应湿度下，座椅总成乙醛散发量的测试结果及变化趋势见图 5，可以看出：织物式样座椅总成的乙醛散发量随着湿度的增加大幅升高。

图5 不同湿度下织物式样座椅总成的乙醛散发量Fig.5 Acetaldehyde emission of fabric seats at different humidities

2.3 湿度对织物式样座椅总成构成材料乙醛散发量的影响

为了进一步探讨导致座椅总成受湿度影响的发生源，本文研究了座椅的各主要构成材料(聚氨酯发泡材、织物表皮面料)受湿度的影响作用。

将各试验片放入采样袋中进行试验，人为控制测试湿度条件，在 0%R.H～100%R.H的湿度范围内选取5个湿度点，不同湿度点下乙醛散发量的测试结果及变化趋势见图 6：座椅聚氨酯发泡材的乙醛散发量随着湿度的增加大幅升高，说明了聚氨酯发泡材的湿度影响特性是造成座椅总成随湿度增加而升高的主要原因。

图6 不同湿度下座椅聚氨酯发泡材的乙醛散发量Fig.6 Acetaldehyde emission of polyurethane foam at different humidities

2.4 聚氨酯发泡材的湿度影响机理

聚氨酯(PUR)是由异氰酸酯与多元醇反应而制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。Schollenberger等[3]、吴宇雄等[4]的研究指出，常温下聚氨酯材料浸泡在水中或暴露在湿气中会逐渐发生水解，水与聚氨酯链中的羧酸酯键反应，使聚合物链发生断裂，产生两条较短的链，其中一条链的末端是羟基(-OH)，另一端是酸性的羧基(-COOH)。这种酸性羧基加速了聚酯氨酯中聚酯链的进一步水解，即其水解过程是一个自催化过程。含有RCOOCH＝CH2结构的酯基水解产生的醇(HOCH＝CH2)不稳定(当有碳碳双键的碳原子上连接羟基时，很不稳定，会转化为醛基)，会转化为乙醛CH3CHO。

3 结 论

随着试验湿度的增加，车内乙醛散发量大幅升高。聚氨酯发泡材遇水发生水解产生乙醛是造成座椅乃至车辆乙醛散发量随湿度增加而升高的主要原因。