軌道車輛用聚氨酯膠綜合環保性能研究

孟 鶴，吳惠惠，魏瑞霞，常 虹，范駿波，王詠祥，郭艷華

(1.中車南京浦鎮車輛有限公司，江蘇 南京 210031；2.廣州廣電計量檢測股份有限公司，廣東 廣州 510656)

膠粘劑、涂料等膏狀輔料是重要的化工材料，在國民經濟建設中發揮著舉足輕重的作用，其中聚氨酯膠粘劑以其優良的粘接、耐沖擊、耐低溫、剝離強度高、質量輕、施工簡單等性能，廣泛用于軌道車輛制造過程。然而，其產品成分往往較為復雜，施工過程中會釋放大量的揮發性有機物(VOC)，這會影響車內或周圍環境的空氣質量。

目前，軌道交通行業針對膠粘劑的環保管控主要是VOC，無論是新修訂的TB/T 3139─2021《機車車輛非金屬材料及室內空氣有害物質限量》,還是各主機廠制定的環保管控標準，均未引入氣味管控，這主要是由于尚未頒布相應的國家或行業氣味標準。但是，單純的從VOC維度評判膠粘劑的環保性能顯然有些片面，從多維度進行考核較全面。

為此，本文選取軌道車輛常用的4種溶劑型聚氨酯膠粘劑為研究對象，從VOC、氣味和釋放率3個方面建立了聚氨酯膠粘劑綜合環保性能評價方法。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

甲醇(純度為99.9%，北京百靈威科技有限公司)；苯、甲苯、乙苯、二甲苯和苯乙烯、正己烷和正十六烷(純度均為99.5%的標準品，美國ChemService公司)。

1.2 試驗儀器

電子分析天平(瑞士Mettler Toledo公司)，氣相色譜-質譜聯用儀(美國安捷倫公司)，熱解析脫附系統(美國安捷倫公司)，全自動標樣制備器(廣州市萊創科技應用發展有限公司)，恒溫恒濕箱(東莞市升微機電設備科技有限公司)，氣體流量校準計(美國BIOS公司)，恒流氣體采樣泵(美國Gilian公司)。

1.3 試樣制備

4種聚氨酯膠粘劑分別命名為A、B、C和D，取5 g均勻涂抹在10 cm×10 cm的鋁箔上形成膠膜，室溫平衡4 h后，作為初始試樣，與之后放置1、3、7和14 d后的樣品進行相同的袋式法VOC測試。

1.4 試驗方法

將各聚氨酯膠樣品放入10 L聚氟乙烯采樣袋中，充入純度為99.999%的5 L高純氮氣，在溫度25 ℃條件下平衡16 h后用Tenax-TA管進行采集；采集流速為200 mL/min，共采集1 L氣體，之后利用熱解析-氣相色譜-質譜聯用儀進行VOCs全譜分析。

2 結果與討論

2.1 聚氨酯膠初始試樣VOC分析

4種聚氨酯膠粘劑初始試樣中的TVOC含量及其主要釋放物質列于表1。

表1 各聚氨酯膠樣品中的主要釋放物質

由表1可知，4種聚氨酯膠TVOC性能排序依次為膠粘劑C、A、B、D，且膠粘劑D的TVOC含量是前三者的3～4倍。同時，各膠粘劑中主要釋放物質有所不同，其中膠粘劑A中主要是二甲苯(質量分數83%)，膠粘劑B和C中占比最高的均是甲苯(質量分數分別為63%和75%)，而膠粘劑D中主要以氯代物、硅氧烷和丙醛為主(占比之和為81%)。

2.2 聚氨酯膠初始試樣氣味分析

氣味活度值(Odor Activity Value，OAV)是氣味物質的濃度與其嗅閾值濃度的比值。混合氣體中，若某物質的氣味活度值越高，表明其對氣味的貢獻度越大，即OAV反映了單一氣味物質對混合氣味的貢獻程度。計算時，忽略OAV小于1的物質，將OAV不小于1的物質作為樣件或車內的重點氣味物質。而氣味活度總值(Sum of the Odor Activity Value，SOAV)是混合氣體中所有重點氣味物質的OAV之和，它能準確地評價某樣件或車內整體氣味情況，值越大，表明整體氣味性也就越強。表2列出了4種聚氨酯膠粘劑初始試樣中的重點氣味物質及相應的SOAV。

表2 各聚氨酯膠樣品中的重點氣味物質

由表2可知，4種聚氨酯膠中SOAV大小排序依次為膠粘劑D、C、B、A，即膠粘劑A的氣味最優，且遠遠小于其他3種膠粘劑(約是前三者的1/108～1/35)。同時，除膠粘劑A外，其他3種膠粘劑中的重點氣味物質均與其VOC中的主要釋放物質差異明顯，但占比最高的氣味物質均是醛類(約占SOAV的99%)，其中膠粘劑B中主要是正庚醛和正己醛(二者OVA之比為1.3)；膠粘劑C中是正己醛；膠粘劑D中主要以丙醛、戊醛和壬醛為主，丙醛的OAV占SOAV的89%。

2.3 聚氨酯膠樣品TVOC和氣味隨時間變化規律

將4種聚氨酯膠放置1、3、7和14 d后的樣品也進行相同的袋式法測試，其TVOC釋放量和SOAV隨時間的變化擬合曲線如圖1所示。

由圖1可知，隨著放置時間的延長，4種聚氨酯膠樣品中的TVOC釋放量和SOAV均不斷降低，且前3 d變化最為明顯，3～7 d降幅逐漸減緩，之后逐漸趨于穩定。其中，放置3 d后，聚氨酯膠A、B、C和D的TVOC降幅分別為84%、71%、66%和76%，其SOAV降幅分別為88%、71%、66%和77%；而放置7 d后，聚氨酯膠A、B、C和D的TVOC降幅分別為96%、80%、77%和88%，其SOAV降幅分別為98%、83%、79%和87%。很明顯，放置7 d后各膠粘劑中的絕大多數VOC已經釋放，且膠粘劑A中VOC短期內釋放率最快。

圖1 各聚氨酯膠樣品中TVOC和SOAV隨放置時間的變化曲線

2.4 綜合環保性能評估

對于聚氨酯膠粘劑的環保性能評價，不能只依靠單純的一個評判指標，而應該綜合考慮對車內空氣、司乘和施工人員生命健康以及整個使用周期中對環境的影響。因此，低VOC、低氣味和高釋放率的聚氨酯膠產品是現階段相對最環保的產品。基于這一綜合環保性能評價方法，膠粘劑A是4種聚氨酯膠中環保性能最優的一款產品。

3 結語

本文選取軌道車輛常用的4種溶劑型聚氨酯膠粘劑為研究對象，利用袋式法、氣味活度值進行聚氨酯膠粘劑綜合環保性能研究，結果表明：4種聚氨酯膠初始試樣TVOC性能排序依次為膠粘劑C、A、B、D，其中膠粘劑C與A的TVOC釋放率較為接近；而SOAV大小排序依次為膠粘劑D、C、B、A，其中前三者的SOAV是膠粘劑A的35～108倍；同時，隨放置時間的延長，4種聚氨酯膠樣品中的TVOC釋放量和SOAV均不斷降低，其中7 d后各膠粘劑中的絕大多數VOC已經釋放，且膠粘劑A中VOC釋放率最快。因此，低VOC、低氣味和高釋放率的膠粘劑A是4種聚氨酯膠中環保性能最優的一款產品，這為聚氨酯膠產品環保指標的綜合評價提供了重要依據。