某軌道車輛用單組分聚氨酯膠氣味研究

魏培欣 宗艷 李斌斌 張國旺 張蘭蘭 張玉 王詠祥

摘 要：以某軌道車輛用單組分聚氨酯膠為研究對象，考察了篩選的重點氣味物質濃度與氣味強度的定量關系。研究表明，單組分聚氨酯膠固化6、12 h，以及1、7、14、21 d后的重點氣味物質均為丙醛，其氣味強度與濃度（濃度對數）間呈現非線性的自然對數關系（線性關系）。基于上述模型得到的預測氣味強度與實際氣味強度結果偏差均較小（0%～3.4%），說明該方法準確度高。此外，基于模型計算得到的合格稀釋倍數（10.4），能快速實現樣品3級氣味強度限值的篩選。

關鍵詞：軌道車輛;單組分聚氨酯膠;氣味強度;特征曲線;合格稀釋倍數

中圖分類號：TQ443.4+32?????? 文獻標識碼：A文章編號：1001-5922（2022）01-0027-05

Study on olfactory of one-component polyurethane adhesive used in a railway vehicle

WEI Peixin1，ZONG Yan1，LI Binbin1，ZHANG Guowang1，ZHANG Lanlan2，ZHANG Yu2，WANG Yongxiang2

（1.CRRC Nanjing Puzhen Co.，Ltd.，Nanjing 210031，China;

2.Guangzhou GRG Metrology & Test Co.，Ltd.，Guangzhou 510656，China）

Abstract：Taking a one-component polyurethane adhesive for rail vehicle as the research object，the quantitative relationship between the concentration of selected single key odor substance and odor intensity was investigated.The results showed that the key odorant of one-component polyurethane adhesive after curing for 6 h，12 h，1 d，7 d，14 d and 21 d were all propionaldehyde，and the relationship between odor intensity and concentration（logarithm of concentration）showed nonlinear natural logarithm relationship（linear relationship）.Based on the above model，the deviation between the predicted odor intensity and the actual odor intensity was only 0%～3.4%，which indicated that the method had high accuracy.In addition，based on the qualified dilution multiple（10.4）calculated by the model，the screening of grade 3 odor intensity limit of the sample could be quickly achieved.This method has good practical guiding significance.

Key words：railway vehicle;one-component polyurethane adhesive;odor intensity;behavior curve;qualified dilution multiple

聚氨酯膠粘劑以其優良的粘接性、彈性和柔韌性等功能，而廣泛用于軌道車輛生產過程[1-2]。但由于其使用了較多的溶劑、增塑劑等化學物質，不可避免地釋放出一些揮發性物質，從而影響了車內空氣質量[3-4]。

目前，軌道交通行業尚未頒布國家氣味標準，主要參考汽車標準VDA 270[5]對車內部件/材料進行主觀氣味評價，并常以3級氣味強度（有明顯氣味，但無不適感）作為樣件合格的限值要求。但是，該方法一方面無法準確知悉主要的惡臭物質，從而不能進行有效的溯源及整改;另一方面可能會對長久從業人員造成身體上的傷害。有學者利用GC-O嗅辨法對車內氣味進行溯源[6]，但是該法周期長、費用高，且對嗅辨員素質要求極高;利用閾稀釋倍數對樣品氣味進行了定性評價，發現其與VDA 270評價結果有很好的一致性[7]，但未進一步探究二者的定量關系。

為此，本文選取軌道車輛常用的某單組分聚氨酯膠粘劑為研究對象，將袋式法[8]、主觀氣味評價和氣味活度值[9]相結合，建立了膠粘劑氣味等級的預測模型，并進一步實現了合格氣味樣品的快速篩選。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

丙醛（純度99.5%，Sigma-Aldrich公司）。

氣相色譜-質譜聯用儀（7890B/5977B型，美國安捷倫公司）;熱解析脫附系統（maekes TD100-Xr型，美國安捷倫公司）;精密電子分析天平（X205BDU型，瑞士Mettler Toledo公司）。

1.2 試樣制備

取（5±0.1）g單組分聚氨酯膠粘劑均勻涂抹在10 cm×10 cm的鋁箔上形成膠膜，室溫分別固化6、12 h及1、7、14、21 d后對揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds，簡稱VOCs）采用袋式法[8]測試。

1.3 試驗方案

（1）利用袋式法[8]對各固化階段的單組分聚氨酯膠樣品進行VOCs測試，測試完畢后參照VDA 270[5]進行主觀氣味評價;（2）利用計算的氣味活度值[9]從分析的VOCs全譜中篩選出單組分聚氨酯膠樣品中的重點氣味物質，并基于不同濃度下的重點氣味物質氣味強度結果，建立其氣味強度-濃度（濃度對數）特征曲線;（3）基于上述特征曲線得到單組分聚氨酯膠樣品的預測氣味強度，并與實際氣味強度進行比較，驗證特征曲線的準確性;（4）利用驗證后的預測模型應用于合格氣味樣品的快速篩選。

1.4 試驗方法

（1）袋式法VOCs測試和全譜分析：將單組分聚氨酯膠樣品密封于10 L聚四氟乙烯袋中，充入純度為99.999%的5 L氮氣，參考ISO 12219-1[12]標準要求在25 ℃平衡16 h后進行測試，并進行VOCs全譜分析;

（2）主觀氣味評價：選取8名合格的嗅辨員，參照VDA 270[5]（見表1）對袋內空氣進行主觀氣味評價（每0.5一個級差），氣味等級取各嗅辨員的平均值;

（3）重點氣味物質樣品制備：向干凈無異味的10 L聚四氟乙烯袋內注入3 μl純標物，并充入5 L高純氮氣，于65 ℃加熱2 h后冷卻至室溫，作為原臭。利用針筒抽取一定量的原臭打入新的10 L聚四氟乙烯袋中進行逐級稀釋，共制備6個濃度測試樣品。

2 結果與討論

2.1 單組分聚氨酯膠樣品中重點氣味物質分析

氣味活度值（Odor Activity Value，簡稱OAV）是氣味物質濃度與其嗅閾值的比值。它能準確地評價單一氣味物質對整體氣味的貢獻程度[9]。因此，采用氣味活度值篩選單組分聚氨酯膠樣品中的重點氣味物質，忽略OAV小于1的物質，將OAV大于等于1的物質作為備選重點氣味物質列于表2。

由表2可知，隨著固化時間的延長，單組分聚氨酯膠樣品中的備選重點氣味物質種類不斷減少，且各物質的OAV也逐漸降低。其中，各固化時間段中丙醛的OAV均明顯高于戊醛、乙醛、壬醛和1，2-二氯丙烷的，且其又是典型的惡臭物質。故該單組分聚氨酯膠樣品中的重點氣味物質為丙醛。

2.2 單組分聚氨酯膠樣品主觀氣味評價

將上述袋式法測試后的單組分聚氨酯膠樣品按1.4節方法進行主觀氣味評價，其不同固化階段的氣味強度結果如圖1所示。

由圖1可知，隨固化時間的延長，該單組分聚氨酯膠樣品的氣味強度逐漸降低。

2.3 丙醛氣味強度-質量濃度（質量濃度對數）特征曲線

按1.4節方法制備丙醛原臭樣品（質量濃度為483.000 mg/m3），并依次按10、30、60、100、300和1 000倍的稀釋倍數進行稀釋，獲得6個丙醛測試樣品。然后，由8名專業的嗅辨員分別對上述測試樣品進行主觀氣味評價，測試結果如表3所示。

分別以質量濃度c和質量濃度對數lg c為橫坐標，氣味強度為縱坐標，繪制丙醛氣味強度隨質量濃度c和質量濃度對數lg c變化的擬合曲線，丙醛氣味強度-質量濃度（質量濃度對數lgI）特征曲線如圖2所示。

由圖2可知，在質量濃度0.483～48.300 mg/m3內，丙醛的氣味強度與質量濃度c、質量濃度對數lg c間分別呈現非線性的自然對數關系和線性關系，即y=2.284 5+0.441 0 ln（x+0.040 9）和y=2.303 8+0.999 0x，符合韋伯費希納定律（即人的嗅覺感知與氣味物質的刺激量成正比）[11]，且相關性良好。很明顯，在上述范圍內，隨著丙醛質量濃度的增加，氣味強度增強。

2.4 特征曲線的驗證

為了驗證上述特征曲線與單組分聚氨酯膠樣品實際主觀氣味評價的匹配性，將表2中丙醛的質量濃度依次帶入關系式中，得到相應的預測氣味強度（見表4）。

由表4可知，單組分聚氨酯膠樣品各固化時段的預測氣味強度與實際氣味強結果偏差均較小（0%～3.4%），說明利用上述特征曲線能很好的對單組分聚氨酯膠樣品進行氣味強度預測。

2.5 拓展應用

3級氣味強度（有明顯氣味，但無不適感）通常被企業定義為材料合格的限值要求，2級氣味強度（有氣味，但無不適感）則為樣品感知與否的感知閾值。通過圖2可得到對應氣味強度的單組分聚氨酯膠樣品質量濃度分別為5.025、0.484 mg/m3。基于兩者質量濃度的比值可計算出單組分聚氨酯膠樣品的合格稀釋倍數[12]，即對某單組分聚氨酯膠氣體樣品稀釋10.4倍后進行主觀氣味評價。如果氣味強度為可識別，則原氣體質量濃度將大于5.025 mg/m3（3級濃度），否則原氣體質量濃度低于5.025 mg/m3。據此，可幫助實驗人員快速判斷樣品氣味是否滿足管控要求，同時避免了因直接嗅辯高濃度惡臭物質而對人體產生危害。

3 結語

本文選取某軌道車輛用單組分聚氨酯膠為研究對象，利用袋式法、主觀氣味評價和氣味活度值進行氣味定性和定量研究，結果表明：各固化階段后的單組分聚氨酯膠樣品中的重點氣味物質均為丙醛，該物質的氣味強度與濃度、濃度對數間分別呈現非線性的自然對數關系和線性關系，即y=2.284 5+0.441 0 ln（x+0.040 9）和y=2.303 8+0.999 0x，相關性良好;同時，利用上述模型得到的單組分聚氨酯膠樣品預測氣味強度與實際氣味強結果偏差均較小（0%～3.4%），說明利用上述特征曲線能很好的對單組分聚氨酯膠樣品進行氣味強度預測。此外，基于3級氣味強度與2級氣味強度濃度比值得到合格稀釋倍數（10.4），實現了合格氣味樣品的快速篩選，為主機廠和供應商管控產品環保性能提供了指導。

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