主题：【第九届原创】汽车内饰非金属材料VOC测试方法介绍

文/ 江小雪（华测团队）
前言
      近年来，车内空气质量问题成为社会各界的关注焦点，为了保护消费者的健康，应对政府相关法规的要求，越来越多的汽车企业开始把车内空气质量纳入重点管控对象。影响车内空气质量的因素有很多，但是对人体健康产生危害的主要是车内使用的非金属内饰零部件释放的挥发性有机化合物（VOC），这类物质在常温状态下即可挥发。车内VOC来源于车内非金属零部件，这些零部件由各种材质的材料组成，主要包括塑料、发泡、织物面料、橡胶、油漆涂料、保温材料、粘合剂、密封剂等。如果要改进车内的空气质量，需要从源头即内饰材料来管控，形成“材料-部件-总成零部件-整车”整个供应链的管控体系。本文将介绍目前国内外内饰材料VOC的主要测试方法。
测试方法
    材料VOC测试主要是针对单一材质的材料，对于复合材料可以整体取样测试。目前国内外材料VOC主要测试方法有：热解析法（VDA278）、总碳和单个物质测试（VDA277）、醛酮测试（VDA275/VDA275+HPLC）、袋式法（ISO 12219-2/JASO M902_2007）、微舱法（ISO 12219-3）。
1热解析法（VDA278）
      测试原理：将样品装在空的玻璃解吸管中，用ATD-GCMS（热解析仪气相色谱质谱仪）测试样品中VOC（挥发性有机物）和FOG（半挥发性有机物）的含量，并用MS自带的谱库进行检索，对测试到的物质作物质成分分析。
      取样：一般样品制取30mg。
        测试过程：VOC：样品在热解析仪中90min中加热30min，用甲苯作为校准物质，测试C25以内的所有有机化合物的总和。FOG：经VOC测试后的样品继续在热解析仪中120min中加热60min，用正十六烷作为校准物质，测试C14-C32之内的所有有机化合物的总和。
      仪器设备：ATD-GCMS（图1）

图1

        应用：目前该测试方法在欧美的整车企业应用较多。部分企业将该标准适当修改后转化为企业内部标准使用，但基本原理和VDA278一致。
        优点：既可测试挥发性有机物含量，又可测试半挥发性有机物含量，同时可通过成分分析了解挥发物的构成，可促进总挥发性物质的和气味性的改善。
        缺点：取样量少，缺乏代表性，不能同时测试甲醛，乙醛等。对于胶黏剂和熔点低的样品，容易污染样品管。
2总碳和单个物质测试（VDA277）
      测试原理：将样品装在顶空瓶中加热，利用静态顶空原理，使样品和顶空瓶上方气体形成气固/气液平衡，顶空瓶中充满了易挥发物质，将一定量的气体运送到GCFID分析，用丙酮作为校准物质，测试材料有机挥发物的总散发量和单个有害物质的含量。因总散发量最后换算到丙酮中碳的含量，所以该项目常被称为总碳测试。
      取样：样品制成10-25mg的小块装，每10ml顶空瓶称取1.000g样品。
      样品测试：将样品在顶空中120℃加热5h，然后用GCFID测试总碳和单个物质含量。如同时配制了MS检测器，为保证定性定量的准确性，单个物质含量可采用MS进行测试。
      仪器设备：HS-GCFID/MS

      应用：该方法欧美和国内的整车企业应用较多。大部分企业只对总碳含量进行管控，个别企业同时对散发出来的单个有害物质例如苯类、卤代烃等进行管控。
      优点：前处理简单，可同时测试总挥发物含量，又可对单个有害物质进行测试。
      缺点：不能同时测试甲醛、乙醛等，不适合FOG(半挥发性物质)的测试。
3醛酮测试（VDA275/VDA275+HPLC）
      测试原理：样品悬挂在装有纯水的1L聚乙烯瓶中，加热后，甲醛散发出来被水吸收，吸收液用乙酰丙酮显色反应后，用紫外分光光度计测试；如使用VDA275+HPLC，可取吸收液用DNPH衍生液反应，用HPLC对多种醛酮进行测试。
      取样：样品制成6份4cm*10cm大小，1份测试含水率，5份测试甲醛含量。
      样品测试：将样品悬挂在装有50mL纯水的聚乙烯瓶上方，密封后放入60℃烘箱中加热3h，然后取吸收液和乙酰丙酮在酸性条件下反应，生成一种稳定的黄色络合物，用紫外分光光度计测试412nm下的吸光度，计算甲醛的含量。
      仪器设备：紫外分光光度计（图2）

图2

      应用：该方法欧美和国内整车企业应用较多。大部分企业仅对甲醛释放量进行管控，部分企业使用HPLC对多种醛酮释放量进行管控。
      优点：前处理简单，用VDA275+HPLC法可以同时测试多种醛酮类物质，可以补充VDA278或VDA277不能测试部分醛类的不足。
      缺点：用分光光度计不能测试其他醛酮类物质，灵敏度相对较低。该法不能同时测试VOC的含量。
4袋式法（ISO 12219-2/JASO M902_2007）
      测试原理：将样品放入密封袋中，充入适量氮气后加热，样品中挥发性气体散发出来，用捕集管捕集袋内气体，用仪器分析苯类和醛类及TVOC的含量。
      取样：样品制成100cm2大小。
样品测试：将样品放入10L采样袋中密封，充入5L氮气，放入65℃恒温箱中加热2h，用Tenax管吸附苯烃类物质，用ATD-GC-MS检测。用DNPH管吸附醛酮类物质，洗脱后用HPLC检测。
      仪器设备：ATD-GCMS/HPLC（图3）
                                                       

图3

      应用：该方法在日韩系及国内部分企业应用较多。
      优点：因零部件VOC测试普遍采用袋式法，该法和零部件测试方法保持一致，便于测试结果比较；可同时测试VOC和醛类物质。
      缺点：因袋式法前处理繁琐，测试重复性相对较差。
5微舱法（ISO 12219-3）
    测试原理：将制备成一定尺寸的样品放入微舱中加热，样品中的挥发性有机物散发出来，微舱出气口处联接捕集管对挥发出的物质进行捕集，用仪器进行分析，测定样品的表面散发量。
    取样：样品制成64mm的圆。
    样品测试：微舱设定一定的气体流量和加热温度，将样品放入微舱中，在出气口处连接捕集管，用Tenax管吸附苯烃类物质，用ATD-GC-MS检测。用DNPH管吸附醛酮类物质，洗脱后用HPLC检测，仪器分析过程同袋式法。
    前处理设备：微舱（图4）

图4

      应用：该方法是近两年新起的材料法VOC测试方法，在欧美整车企业逐步开始应用。
      优点：操作简便，适合测试板材、皮革、发泡类样品的表面散发，稳定性好，可同时测试VOC和醛类。
      缺点：效率相对较低。
小结
      目前材料VOC测试方法很多，各个方法的测试原理和使用的仪器设备各不相同，企业可以根据自己的需求选用不同的测试方法，只要在统一的标准下进行横向比较，制定相应的限值，都可以达到VOC管控的目的。