軌道車輛用膠粘劑主客觀氣味評價分析

李雅彬，馮 妙，王詠祥

(廣州廣電計量檢測股份有限公司，廣東 廣州 510656)

目前，軌道交通行業膠粘劑氣味評價主要參考汽車標準VDA 270，分6個層級對膠粘劑固化物進行主觀氣味強度評判，簡單快捷，但有時無法準確評判高低，且未將人的心理感受程度考慮進來。為此，有學者引入了愉悅度評價體系[1-2]，用令人愉悅或厭惡的心理感受程度來描述氣味，既包含了氣味特性，也反映了人對氣味的情緒感受。但是，涉及到了深層次的氣味溯源與整改，主觀維度的評價卻顯得無能為力。針對這一問題，本文選取氯丁膠、聚氨酯膠、彈性體膠和丙烯酸膠4大類共12種軌道車輛常用膠粘劑，建立了軌道車輛膠粘劑綜合氣味指數評價體系，并對比了其與愉悅度評價結果的匹配性，以期為膠粘劑環保性能提升提供指導。

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)，乙腈(純度為99.9%，北京百靈威科技有限公司)，苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、正己烷和正十六烷(純度均為99.5%，美國ChemService公司)，甲醛-2,4-二硝基苯肼標準物(純度99.5%，美國Supelco公司)。

1.2 試驗儀器

電子天平(德國賽多利斯集團)，氣相色譜-質譜聯用儀(美國安捷倫科技公司)，熱解析儀(意大利DANI公司)，高效液相色譜儀(日本島津公司)，全自動標樣制備器(廣州市萊創科技應用發展有限公司)，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

稱取3 g膠粘劑，按實際工藝，在10 cm×10 cm的鋁箔上制成干樣，之后利用袋式法[3]進行VOC測試；測試條件：10 L聚氟乙烯采樣袋中充入5 L純度為99.999%的氮氣，25 ℃下平衡16 h。

1.4 試驗方法

1.4.1袋式法測試

分別用Tenax-TA管和DNPH管采集袋內氣體，前者采集流速為200 mL/min，共采集1 L氣體，之后后利用熱解析-氣相色譜-質譜聯用儀進行VOCs全譜分析；后者采集流速為500 mL/min，共采集2 L氣體，之后利用高效液相色譜進行醛酮類物質分析。

1.4.2主觀愉悅度評價

采樣完畢后，由7名專業嗅辨員按9級度量法[4](如表1所示)對袋內空氣進行愉悅度評價，稍微打開采樣袋閥門，離鼻尖1.5～2.5 cm，給出各自評價結果；最終愉悅度取各結果的平均值。

表1 愉悅度9級度量標準Tab.1 9 hedonic scale for odors

2 結果與討論

2.1 各膠粘劑樣品主觀愉悅度評價

由7名專業的嗅辨員分別對上述4大類共12種膠粘劑樣品進行主觀愉悅度評價，評價結果如表2所示。

表2 各膠粘劑樣品愉悅度評價結果Tab.2 Results of hedonic tone for adhesive samples

由表2可知，各膠粘劑樣品愉悅度評價結果均為負值，表明其均是不同程度令人厭惡的氣味。其中，3款氯丁膠和3款彈性體膠樣品愉悅度平均值十分接近，若按1.0一個級差進行判別，結果均為-1(稍感厭惡)，無法區分氣味厭惡程度大小；4款聚氨酯膠樣品氣味令人厭惡程度大小排序依次分別為D、B、A、C，且聚氨酯膠D和聚氨酯膠B氣味分別接近于-4(非常厭惡)和-3(厭惡)；而丙烯酸膠A令人厭惡感也明顯高于丙烯酸膠B。

2.2 各膠粘劑樣品客觀物質評價

2.2.1各膠粘劑樣品中重點氣味物質分析

2018年，文獻[5]基于氣味物質嗅閾值建立了汽車車內重點氣味物質篩選方法，該法通過氣味物質濃度與其嗅閾值的比值計算出各物質的閾稀釋倍數，并利用某物質閾稀釋倍數越大代表對混合氣味的貢獻度越大這一原理，最終將閾稀釋倍數大于等于1且有明顯氣味的物質作為車內重點氣味物質。

基于上述方法，我們得到了各膠粘劑樣品中的重點氣味物質及其閾稀釋倍數，結果如表3所示。

由表3可知，3款氯丁膠樣品中的重點氣味物質主要以芳烴類和烷烴類為主，且各物質的閾稀釋倍數差異較小；4款聚氨酯膠樣品中的重點氣味物質主要是醛類、酯類和芳烴類，其中醛類和酯類的閾稀釋倍數往往比芳烴類的大1～3個數量級；3款彈性體膠樣品中以正丁醇、醛類和芳烴類為重點氣味物質，且各物質的閾稀釋倍數差異較小；2款丙烯酸膠樣品中的重點氣味物質則主要是苯系物、酯類和醛類，其中膠A中以苯乙烯的氣味貢獻度最大，而膠B中氣味由甲基丙烯酸甲酯和乙醛共同主導。

表3 各膠粘劑樣品中的重點氣味物質Tab.3 Key odor substances in each adhesive sample

2.2.2各膠粘劑樣品綜合氣味指數

韋伯-費希納定律表明，人的嗅覺感知量與氣味物質刺激量的對數成正比[7]，計算公式如下：

OI=k×lgC

(1)

式中：OI為氣味強度；C為物質濃度；k為常數。

基于韋伯-費希納定律，我們將膠粘劑樣品中各重點氣味物質的閾稀釋倍數之和進行對數化，從客觀物質維度反映綜合氣味對人體嗅覺感知的影響，建立膠粘劑綜合氣味指數評價體系，計算公式：

(2)

式中：N為膠粘劑樣品綜合氣味指數；Di為膠粘劑樣品中第i種重點氣味物質的閾稀釋倍數；m為膠粘劑樣品中重點氣味物質的個數。

基于式(2)和表3的結果，計算各膠粘劑樣品的綜合氣味指數，結果如圖1所示。

圖1 各膠粘劑樣品綜合氣味指數Fig.1 Composite odor index of each adhesive sample

從圖1可以看出，3款氯丁膠樣品綜合氣味指數大小排序依次分別為C、B、A，且均接近于1.78；4款聚氨酯膠樣品綜合氣味指數大小排序依次分別為D、B、A、C，其中前3款聚氨酯膠的綜合氣味指數均在2.73以上，而聚氨酯膠C的綜合氣味指數只有1.36；3款彈性體膠樣品綜合氣味指數大小排序依次分別為B、A、C，且都在(1.32±0.27)內；而丙烯酸膠樣品A和B的綜合氣味指數分別為2.65和2.16。

2.3 各膠粘劑樣品主客觀氣味評價對比分析

將氯丁膠、聚氨酯膠、彈性體膠和丙烯酸膠綜合氣味指數評價結果與前述2.1節相應的主觀愉悅度評價結果進行對比，可以發現兩者評價結果不僅具有較好的一致性，如：聚氨酯膠樣品氣味大小排序依次分別為D、B、A、C、丙烯酸膠樣品A氣味高于B，利用綜合氣味指數評價方法可以實現氣味的溯源和主觀愉悅度維度無法區分的氣味大小判別。

3 結語

研究發現，綜合氣味指數評價結果不僅與愉悅度評價結果有很好的一致性，而且能判別主觀愉悅度維度無法區分的膠粘劑氣味大小，有較好的實際應用價值。