氯丁胶在轨道车辆用粘接组件中的VOC释放性研究

卜繁强 窦磊 王庆文 朱梅奇 黄建 赵吉君 罗金 黄德明 王哲 王咏祥

摘 要：为探究氯丁胶在轨道车辆用粘接组件中VOC的释放情况，文章利用袋子法对地板组件、防寒材组件及它们的组成材料分别进行VOC测试。研究表明，在粘接组件制样初期，氯丁胶对其VOC的影响明显高于其它组成材料;而随着放置时间的延长（至少21d），氯丁胶对地板组件中VOC的影响程度要大于相应防寒材组件中的。

关键词：氯丁胶;轨道车辆;粘接组件;VOC;袋子法

中图分类号：TQ331 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）07-0001-04

Study on the VOC Release of Neoprene in Bonding Components for Rail Vehicle

Bu Fanqiang1， Dou Lei1， Wang Qingwen1， Zhu Meiqi1， Huang Jian1， Zhao Jijun1， Luo Jin1， Huang Deming1， Wang Zhe1， Wang Yongxiang2

（1.CRRC Changchun Railway Vehicles Co.， Ltd.， Changchun 130062， China 2.Guangzhou Guangdian Metrology & Test Co.， Ltd.， Guangzhou 510656， China）

Abstract：In order to explore the VOC release of neoprene in the bonding components for rail vehicles， this paper uses the bag method to conduct VOC tests on floor components， cold-proof components and their constituent materials. The result shows that the effect of neoprene adhesive on VOC in bonding components is significantly higher than that of other materials at the initial stage of sample preparation， and with the extension of storage time （at least 21 days）， the effect of it on VOC in floor component is greater than that of cold-proof component.

Key words：neoprene adhesive; rail vehicle; bonding component; VOC; bag method

0 前言

氯丁胶是一种具有初粘力大、粘接强度高的胶粘剂，也是第一种被大量生产的合成橡胶化合物，广泛用于轨道车辆、建材、制鞋等行业[1-4]。

2006年，国家铁道部颁布了TB/T 3139标准——《机车车辆内装材料及室内空气有害物质限量》 [5]，该标准对机车车辆用胶粘剂中有害物质的限量及试验方法做了明确规定，但针对对象是胶粘剂液体，对固化后的胶粘剂并未作相关规定。2018年，钱秀敏等人[6]对照TB/T 3139标准，发现氯丁胶的总挥发性有机物（TVOC）含量在液态及固化（初期、7d和21d）时均远高于其他类型的胶粘剂。随后，张兰兰等人[7]利用加热失重和袋子法分别考察了各类胶粘剂在液态及固化1d时的TVOC含量，依旧发现其中氯丁胶含量最高，但其固化7d后TVOC含量便可明显降低88%～98%。

鉴于氯丁胶VOC含量普遍高于其它胶粘剂，且尚无粘接组件中氯丁胶的释放性研究。因此，本文分别对地板组件、防寒材组件以及它们的组成材料——地板、地板布、氯丁胶、防寒材分别进行随时间变化的VOC测试，以此探究氯丁胶在粘接组件中的VOC释放规律，为轨道车辆粘接组件环保性能提升提供理论依据。

1 试验部分

1.1 试验材料

甲醇（农残级，J.T.BAKER），乙腈（色谱纯，ANPEL），甲醛-2，4-二硝基苯肼标准物（F-DN-PH，纯度99.5%，Supelco），甲苯、正己烷和正十六烷纯度均为99.5%。

1.2 试验装置

十万分级分析天平X205BDU（瑞士METTLERTOLEDO公司），全自动标样制备器（莱创科技应用发展有限公司），热解析脱附系统（maekesTD100-Xr），气相色谱质谱联用仪GC/MS（安捷伦），恒流空气采样泵（Gilian），气体流量校准计（mini-BUCK），步入式恒温烘箱（昇微4.8m×3.3m×2.6m（W×D×H），装有PTFE开关阀的1000LPVF袋，Tenax-TA管。

1.3 试样制备

地板组件（地板+氯丁胶+地板布）、防寒材组件（铝板+氯丁胶+防寒材）及地板、地板布、防寒材、铝板喷氯丁胶均按照实际工艺制成1m×1m（或1m2），放置1d、7d和21d后，分别用袋子法[8]进行测试（袋子法测试条件：1000L的PVF袋充入500L高纯氮气，测试温度25℃，放置时间16h）。

2 结果与讨论

2.1 制样初期，氯丁胶对粘接组件中VOC的释放影响

为了考察制樣初期粘接组件中氯丁胶的VOC释放情况，我们选取三组不同的地板组件和防寒材组件及其组成材料分别进行袋子法测试，每种部件材料的TVOC含量及主要释放物质情况如表1所示。

由表1测试结果可知：

（1）A组试验中，地板组件a、地板a、地板布a以及氯丁胶a中TVOC含量分别为65.168mg/m3、1.211mg/m3、3.705mg/m3和76.782mg/m3，很明显氯丁胶a中TVOC含量远高于地板组件a、地板a及地板布a中的，且其主要释放物质种类及占比也与地板组件a相一致（甲苯约70%，乙酸乙酯约10%），而地板a与地板布a中主要释放物质种类均与地板组件a有明显差异，由此说明氯丁胶a对地板组件a中VOC的影响远大于地板a和地板布a。

（2）B组和C组试验中，防寒材组件b、防寒材组件c、防寒材b、防寒材c及氯丁胶b中TVOC含量分别为77.737mg/m3、84.583mg/m3、9.995mg/m3、0.624mg/m3和107.743mg/m3，很明显氯丁胶b中TVOC含量是最高的（远大于防寒材b和c），且其主要释放物质种类也与防寒材组件b和c相一致（防寒材组件b和c中主要释放物质均为：甲苯（约65%）和4-甲基-4-羟基-2-戊酮（13%）），由此说明氯丁胶b对防寒材组件b和c中VOC的影响远大于相应的防寒材b和c。

（3）B组和C组试验中，防寒材b的TVOC含量远大于防寒材c的（约16倍），但防寒材组件b的TVOC含量却小于防寒材组件c的，这是由于防寒材组件c施用了更多的氯丁胶b。因此，在实际施胶工艺中，应对用胶量进行规定，保證在满足粘接性能的条件下，使用最小施胶量，从而尽可能的减少胶粘剂对整车空气质量的影响。

综上所述，制样初期，氯丁胶对地板组件和防寒材组件中VOC的影响最大，且施胶量越大，影响越大。

2.2 随放置时间延长，氯丁胶对粘接组件中VOC的 释放影响

为了进一步探究随放置时间的延长，氯丁胶在粘接组件中的VOC释放情况，我们选取上述A组和B组部件材料进一步进行放置7d和21d后试验，其TVOC含量变化情况如表2所示。

由表2测试结果可知：

（1）氯丁胶a和b放置7d时的TVOC含量分别较制样1d时下降了98.0%和88.0%，运远高于相应地板组件a和防寒材组件b中TVOC的下降量（1.4%和32.5%），这是由于粘接组件中氯丁胶表面被覆盖，阻挡了VOC的释放。

（2）放置21d后，地板组件a与防寒材组件b的TVOC含量仍远高于相应地板a、地板布a及防寒材b的，因此从TVOC含量角度来说，氯丁胶对地板组件a与防寒材组件b中VOC的影响仍较大。

（3）地板组件a放置21d后TVOC含量只下降了9.3%，远远小于防寒材组件b的TVOC下降量（59.0%），可能是由于地板布相比防寒材更加致密，氯丁胶被地板布覆盖后，其释放速率更慢。

此外，我们对地板组件a、防寒材组件b及其组成材料的主要释放物质也进行了跟踪测试分析，测试结果如表3所示。

再由表3测试结果可知：

（1）A组试验放置7d和21d后，地板组件a中主要释放物质仍是甲苯和乙酸乙酯，与制样1d时一致（占比也接近），同时也与氯丁胶a中主要释放物质种类和占比一致，而地板a与地板布a中主要释放物质种类也与制样1d时一致（即与地板组件a不一致），进一步说明地板组件a中主要释放物质来源一直是氯丁胶a。

（2）B组试验放置7d和21d后，防寒材组件b中主要释放物质变为了甲苯、乙酸乙酯和4-甲基-4-羟基-2-戊酮，其中乙酸乙酯只来源于防寒材b，而4-甲基-4-羟基-2-戊酮则只来源于氯丁胶b，随着放置时间的延长，乙酸乙酯在防寒材组件b中的占比逐渐增加，而4-甲基-4-羟基-2-戊酮的占比则逐渐降低，说明防寒材组件b中的氯丁胶b释放较快，后期是氯丁胶b与防寒材b共同对防寒材组件b中的VOC产生影响。

综上述所，随着放置时间的延长（至少21d），氯丁胶a一直是地板组件a中VOC主要释放来源，而氯丁胶b对防寒材组件b的VOC释放贡献度在逐渐降低。

3 结语

通过袋子法探究了制样初期及一定时间（至少21d）内，氯丁胶对地板组件和防寒材组件中VOC的释放影响，得到如下结论。

（1）制样初期，氯丁胶对地板组件和防寒材组件中VOC的影响最大，且施胶量越大，影响越大。

（2）粘接组件中氯丁胶表面因被覆盖，故随着放置时间的延长，其在粘接组件中的VOC释放速率会明显低于相应铝板喷氯丁胶中的。

（3）随着放置时间的延长（至少21d），氯丁胶对地板组件中VOC的影响程度要高于相应防寒材组件中的。

因此，在保证粘接性能的前提下，应尽量避免在地板组件、防寒材组件及其它多层复合材料中使用高VOC含量的氯丁胶，且要严格控制施胶量，从而提升轨道车辆整车空气质量。

参考文献

[1] 庞文武，温海军，何冬梅，等.浅谈环保型氯丁胶粘剂的发展[J].建材发展导向， 2018（20）： 97-99.

[2] 孔明明，刘浩，王玉杰，等.氯丁胶的研究现状与发展趋势[J].中国胶粘剂， 2017（5）： 56-58.

[3] 潘永红，叶元坚.装修氯丁胶中1，2-二氯乙烷健康风险评估[J].广东化工， 2016（13）： 50-51.

[4] 李子东，李广宇，孟瑶，等.氯丁胶粘剂的现状与发展趋势[J].粘接， 2009（9）： 34-38.

[5] 中华人民共和国铁道部.机车车辆内装材料及室内空气有害物质限量： TB/T 3139-2006 [S].北京：中国铁路出版社， 2006.

[6] 钱秀敏，张兰兰.轨道客车用胶粘剂环保性能研究[J].粘接， 2018 （12）： 58-61.

[7] 张兰兰，吴彤，何毅华，等.胶粘剂中挥发性有机物的检测方法研究[J].中国胶粘剂， 2019， 28（5）： 45-48.

[8] ISO.道路车辆的内部空气第2部分：测定来自车辆内部零件和材料的挥发性有机化合物排放的筛选法——袋式法：ISO 12219-2 [S]. Geneva： ISO， 2012.