Emisja związków lotnych … z materiałów Joanna Faber, Krzysztof Brodzik

Prezentacja na temat: "Emisja związków lotnych … z materiałów Joanna Faber, Krzysztof Brodzik"— Zapis prezentacji:

1 Emisja związków lotnych … z materiałów Joanna Faber, Krzysztof Brodzik
dddfdf Emisja związków lotnych … z materiałów Joanna Faber, Krzysztof Brodzik AQAP 2110 Certyfikat Wiarygodności Biznesowej

2 BOSMAL w skrócie dddfdf BOSMAL w Bielsku-Białej Działalność BOSMAL:
Badania Projektowanie i produkcja Usługi: homologacja, opinie techniczne, tłumaczenia, OSKP i inne Badania w BOSMAL: Silników, w tym toksyczności spalin Drogowe Elektroniczne, elektryczne, elektrotechniczne, akustyczne Materiałów Wymienników ciepła Zespołów: skrzynie biegów, hamulce, pasy bezpieczeństwa… BOSMAL w Bielsku-Białej Zakład Materiałoznawstwa: Tworzywa sztuczne, pianki, gumy, tkaniny, włókniny, skóry: identyfikacja, emisja LZO, palność, mgławienie, zapach, ścieranie, twardość, wytrzymałość, kruchość, gęstość, temperatura zeszklenia, temperatura topnienia, odporność na warunki środowiskowe, zawartość metali ciężkich i związków zawierających Br Powłoki malarskie i galwaniczne, farby, lakiery: odporność na warunki środowiskowe, odporność na uderzenie, zawartość Cr (VI), odporność korozyjna, grubość Metale i ich stopy, spieki: twardość, właściwości mechaniczne, mikro- i makrostruktura, wielkość ziarna, gęstość, głębokość odwęglenia, skład chemiczny, badania katalizatorów Produkty naftowe: środki smarowe, paliwa i biopaliwa, płyny chłodzące, płyny hamulcowe Kilka słów o Instytutcie Siedziba Zakres działalności Zakres prowadzonych badań Badania w BM Komponenty: czystość, szczelność Inne

3 oraz Volvo w zakresie badań emisji formaldehydu i mgławienia.
dddfdf BOSMAL certyfikaty, akredytacje, akceptacje AQAP 2110 Fiat Chrysler Automobiles Tests in range of qualitative qualification of parts and assemblies to final assembly in Fiat Auto Poland Instytut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o. od ponad 20 lat jest akredytowanym laboratorium badawczym spełniającym wymagania PN-EN ISO/IEC Ponadto BOSMAL jest laboratorium akredytowanym m.in. przez Volkswagen AG w szerokim zakresie badań emisji substancji z materiałów - jedyne niezależne laboratorium w Europie (poza Niemcami) mające akredytację VW na wykonywanie badań w zakresie 4 metod (PV3015, PV3341, PV3900 i PV3925), pozwalających na build sample approval i initial sample release reports zgodnie z VW 50180 oraz Volvo w zakresie badań emisji formaldehydu i mgławienia. TÜV Rheinland / Berlin Tests for compliance with demands of EEC Directives/ECE Regulations International Technical Development Center Tests of parts and assemblies in range of evaluation of OPEL/GM suppliers

4 Plan wystąpienia Zanieczyszczenia powietrza wewnętrznego – rodzaje, źródła, wpływ na zdrowie VIAQ – wymagania prawne i OEM Zharmonizowane metody badań CSR – wybrane przykłady Badania emisji LZO, zapachu, mgławienia Podsumowanie

5 Problematyka jakości powietrza
dddfdf Problematyka jakości powietrza

6 Co ósmy zgon na świecie jest spowodowany zanieczyszczeniem powietrza.
Znaczenie zanieczyszczenia powietrza Co ósmy zgon na świecie jest spowodowany zanieczyszczeniem powietrza. Zmniejszenie narażenia na zanieczyszczenia w powietrzu może istotnie ograniczyć śmiertelność wynikająca z zawałów i chorób serca, raka płuc oraz przewlekłych i ostrych chorób układu oddechowego.

7 Zanieczyszczenia powietrza we wnętrzu kabiny samochodu
Obecność zanieczyszczeń powietrza w kabinie samochodu jest istotna ze względu na fakt, że spędzamy w niej średnio ponad godzinę dziennie. Szacuje się, że stężenie związków organicznych we wnętrzu samochodu jest ok. 2-3 razy wyższe niż w innych pomieszczeniach zamkniętych. Długotrwałe narażenie na szkodliwe substancje może mieć określone negatywne skutki zdrowotne: podrażnienie dróg oddechowych, gardła i oczu, uczucie senności, ból głowy, katar, zmęczenie i inne. Driving and parking patterns of European car drivers, Institute of Energy and Transport (Joint Research Centre), 2012, doi: /7028

8 Zanieczyszczenia powietrza w kabinie samochodu
Ilość tworzyw sztucznych w kabinach samochodów stale rośnie w związku z czym problem ilości emitowanych substancji lotnych zyskuje na znaczeniu Zanieczyszczenia we wnętrzu samochodu: Cząstki stałe PM10 – PM2,5 Alergeny, wirusy, bakterie, grzyby VOC, HCHO, NOx, CO Zapach Mają wpływ na: Zdrowie Komfort Bezpieczeństwo Różnice kulturowe są bardzo istotne w ocenie jakości powietrza w samochodzie Europa vs Chiny Na podstawie: J. Goeldenitz, P. Schwarzer, Emission testing in automobile industry – new requirements due to legal regulations, 16th Workshop Odour and Emissions of Plastic Materials, Kassel

9 Zanieczyszczenia powietrza w kabinie samochodu
Źródła zanieczyszczeń w kabinie samochodu Zewnętrzne – zanieczyszczenie powietrza (spaliny), nieszczelności układu paliwowego i odprowadzania spalin Wewnętrzne – emisja/wydzielanie się substancji lotnych z materiałów wykorzystywanych do produkcji elementów wyposażenia kabiny Wydzielanie LZO z materiałów rośnie wraz ze wzrostem temperatury. J. Faber, K. Brodzik, D. Łomankiewicz, A. Gołda-Kopek, J. Nowak, A. Świątek Temperature influence on air quality inside cabin of conditioned car, Combustion engines, vol. 2(149), 49-56 Początkowo wysokie stężenie LZO emitowanych z materiałów w kabinie nowego samochodu maleje w czasie eksploatacji ale… w tym samym czasie rośnie stężenie LZO pochodzących z zewnątrz (np. spalanie paliwa - m.in. BTEX). J. Faber, K. Brodzik, A. Gołda-Kopek, D. Łomankiewicz, Benzene, toluene and xylenes levels in new and used vehicles of the same model, Journal of Environmental Sciences, 25( 2013)

10 Rys historyczny – wymagania
2012 ISO , ISO , ISO 2013 ISO , ISO 2013 MOLIT Korea 2015 GOST (3ed) Rosja 2015 Pierwsze spotkanie VIAQ IWG 2017 ISO , ISO 2011 GBT Chiny 2011 GOST (2ed) włączone do przepisów Euroazjatyckiej Unii Celnej 2007 rozpoczęcie prac ISO 12219 1998 GOST Rosja 2018 (??) GBT xx Chiny 2004 GOST (2ed) Rosja 2005 JAMA dobrowolne Japonia 2008 GOST (2ed) włączone do przepisów homologacyjnych Rosji

11 Wymagania dotyczące jakości powietrza w kabinach
Różnice w podejściu do istotności zanieczyszczeń powietrza w kabinie Związek Japonia JAMA Chiny GB/T/ GB/T/ (20xx) Korea MOLIT Rosja GOST Formaldehyd 100 210 50 Acetaldehyd 48 20  - - Benzen 110 30 Toluen 260 1 100 1 000 Ksylen 870 1 500 Etylobenzen 3 800 Styren 220 Akroleina p-dichlorobenzen 240 Tetradekan 330 Ftalan di-n-butylu Ditlenek azotu - NO2 200 Ftalan di-2-etyloheksylu 120 Tlenek azotu – NO 400 Diazinon 0,29 Tlenek węgla - CO 5 000 Chloropiryfos 1 Nasycone węglowodory C2-C7 50 000 Fanobucarb 33 Metan

12 Lotne związki organiczne
Lotne związki organiczne (LZO) VVOC – bardzo lotne związki organiczne o temperaturze wrzenia 0 … (50…100) °C (ISO ) w praktyce przyjmuje się związki lżejsze od heksanu C6 VOC – lotne związki organiczne o temperaturze wrzenia (50…100) … (240…260) °C (ISO ) w praktyce związki pomiędzy heksanem C6, a heksadekanem C16 (ISO = TVOC) w tym zw. Aromatyczne: benzen, toluen, ksyleny, styren SVOC – średnio-lotne związki organiczne o temperaturze wrzenia (220…240) … (360…400) °C (ISO ) w praktyce związki cięższe od C16 – odpowiadające za zjawisko mgławienia TVOC – suma wszystkich związków organicznych adsorbujących się na złożu Tenaxu i oznaczonych GC-FID lub GC-MS (ISO ) Związki karbonylowe – związki zawierające grupę –C(=O)- (ISO ) np. formaldehyd, acetaldehyd, benzaldehyd…

13 Zharmonizowane metody badań
2017 – ISO – badanie emisji z części i materiałów – ocena olfaktometryczna 2017 – ISO – badanie emisji z części i materiałów – „mała” komora środowiskowa - fogging 2013 – ISO – badanie emisji z części i materiałów – „mała” komora środowiskowa - statyczna 2013 – ISO – badanie emisji z części i materiałów – „mała” komora środowiskowa - dynamiczna 2012 – ISO – badanie emisji z części i materiałów – mikrokomora 2012 – ISO – badanie emisji z części i materiałów – metoda workowa 2012 – ISO – badanie jakości powietrza w całym samochodzie (komora drive-in)

14 dddfdf Metodyka badań

15 dddfdf CSR – przykłady Volkswagen: VW Components in the Vehicle Interior – Emission Behavior Półwyroby, pojedyncze części: Mgławienie – PV 3015 Emisja związków organicznych – PV 3341 Zapach – PV 3900 Zawartość formaldehydu – PV 3925 Emisja w komorze – PV komponenty Porsche: VW / PN 780 Vehicle Interior – Emission Behavior Półwyroby, pojedyncze części: Mgławienie – DIN B Emisja związków organicznych – VDA 278 Zapach – VDA 270 Zawartość formaldehydu – VDA 275 Emisja w komorze – ISO komponenty BMW: GS i -4 Emissions measurement with air exchange in a testing chamber - Determination of volatile, organic emissions from components, semi-finished products and materials / Determination of the olfactory behavior Materiały, półwyroby, komponenty

16 Emisja Lotnych Związków Organicznych
dddfdf Emisja Lotnych Związków Organicznych Badania w skali mikro - z fazy nadpowierzchniowej oraz w mikrokomorze. Najbardziej szczegółowe informacje na temat emisji związków organicznych najczęściej z pojedynczych materiałów. Niejednorodność materiału. LABORATORIUM Badania w skali makro - komora wielkogabarytowa typu drive-in. Najbardziej ogólne zestawienie sumarycznej ilości i rodzaju wyemitowanych LZO. Szczelna komora środowiskowa 1 m3 Emisja LZO z materiałów wykorzystywanych w produkcji i gotowych komponentów.

17 dddfdf Metody badań LZO LZO z fazy nadpowierzchniowej (ang. headspace) i mikrokomory ISO VDA 278, VDA 277 PV 3941 GMW 15634, GMW 8081 VCS 1027,2749 FLTM BZ TPJLR ISO Formaldehyd (metoda butelkowa) i inne związki karbonylowe VDA 275 PV 3925 GMW 15635 VCS 1027,2739 FLTM BZ D ISO

18 Emisja LZO w komorze środowiskowej
dddfdf Metody badań LZO Emisja LZO w komorze środowiskowej Test statyczny lub dynamiczny TVOC, LZO indywidualne, mgławienie, aldehydy, ketony, aminy, ftalany, nitrozoaminy, zapach Metody badań ISO , -6 VDA 276 PV 3942 GS , -3 VCS 1027,2769 D D MS

19 dddfdf Porównanie wyników W zależności od zastosowanej metody emisji LZO wyniki badania różne. Ma to związek z: - wielkością i reprezentatywnością próbki badawczej, - wielkością komory badawczej, - temperaturą, w której badana jest emisja, - wymianą powietrza w komorze. Brodzik K., Faber J., Łomankiewicz D., Gołda-Kopek A. , VOCs emissions from interior materials as the main factor influencing new car cabin air quality – presented at PETrA 2013 , Prague Sumaryczna emisja LZO z kilku materiałów badanych łącznie jest różna od sumy emisji poszczególnych materiałów badanych oddzielnie K. Brodzik, J. Faber, A. Gołda-Kopek, D. Łomankiewicz,Impact of multisource VOC emission on in-vehicle air quality: test chamber simulation, Materials Science and Engineering, 148 (2016) doi: / X/148/1/012033

20 Mgławienie SVOC – mgławienie (fogging)
dddfdf Mgławienie SVOC – mgławienie (fogging) Materiał pod wpływem wysokiej temperatury (100°C, 120°C...) emituje substancje lotne, które ulegają kondensacji na chłodzonej (21°C) powierzchni folii aluminiowej lub tafli szkła. Ilość wyemitowanych ciężkich substancji określa się na podstawie przyrostu masy folii (metoda grawimetryczna) lub zmiany przejrzystości szkła (metoda refraktometryczna). Metody badań DIN / B SAE J175-6 PV 3015 inne

21 Metody badań zapachów Główne czynniki wpływające na ocenę zapachu:
dddfdf Metody badań zapachów Główne czynniki wpływające na ocenę zapachu: ofensywność zapachu (przeszkadzający – nieprzeszkadzający; silny – słaby), czas ekspozycji (czas narażenia na zapach), częstotliwość występowania zapachu, indywidualna tolerancja na zapach, oczekiwania narażonych osób. Odczucia zapachowe charakteryzowane są poprzez parametry: intensywność zapachu, charakter zapachu – opis rodzaju zapachu (ocena jakościowa), odczucia hedoniczne (przyjemny – nieprzyjemny), wykrywalność (próg wykrywalności zapachowej), stężenie odorantów. Oceniając zapach panujący w otoczeniu lub emitowany przez dany materiał, uwzględnia się przede wszystkim, czy zapach jest akceptowalny czy też nie, czy wywołuje określone negatywne odczucia, czy jest przyjemny czy nieprzyjemny, czy wywołuje pozytywne czy negatywne skojarzenia itp.

22 Metody badań zapachów Normy badawcze Badania w szklanych naczyniach
dddfdf Metody badań zapachów Normy badawcze Badania w szklanych naczyniach VDA 270 – norma podstawowa PV 3900 – VW FLTM BO – FORD MS – Kia Hyundai GMW 3205 – GM VCS 1027,2729 – Volvo TSM 0505G – Toyota TPJLR – Jaguar SES N 2405 – Suzuki D – Renault D PSA Badania powietrza po emisji LZO VDA 270 – norma podstawowa GS – BMW PV 3942 – VW PN 780 – Porsche VCS 1027,2769 – Volvo DBL 5430 – Mercedes Daimler ISO Różnice w metodyce badawczej (ilość próbki, temperatura, czas kondycjonowania) oraz w ocenie zapachu (intensywność, odczucia)

23 Metody badań zapachów Ocena zapachu wg VDA 270 / PV 3900
dddfdf Metody badań zapachów Ocena zapachu wg VDA 270 / PV 3900 Emisja zapachu w 3 wariantach: temperatura (23±2)°C przez (24±1) godz., warunki mokre, temperatura (40±2)°C przez (24±1) godz., warunki mokre, temperatura (80±2)°C przez (2±0,17) godz., warunki suche, dla próbek o wielkości: (10±1) g (małe części, wtyczki, zaślepki, itp.), (20±1) g (większe części), (50±5) cm3 (pianki, włókniny, itp.). Filozofia oceny zapachu wg VW Otwierając słój – wsiadamy do samochodu Oceniamy, czy chcielibyśmy w takim wnętrzu przebywać Każdy zapach niepożądany jest nieodpowiedni (ocena > 3,5) Stopień Opis zapachu 1 nie wyczuwalny 2 wyczuwalny, nie drażniący 3 wyraźnie wyczuwalny, nie drażniący 4 drażniący 5 silnie drażniący 6 nie do zniesienia

24 Jakość granulatu a jakość wyrobu
dddfdf Jakość granulatu a jakość wyrobu Tworzywo Opis zapachu PEHD 1 granulat mdły, duszący, powoduje zawroty głowy i mdłości, lubczyka, pobudzający, ciężki, kwaśny, ostry, parafin, nieprzyjemny, drażni nos i gardło, topionego plastiku wyrób mdły, powoduje zawroty głowy i mdłości, spalenizny, zostaje w gardle, styrenu, kwaśny, słony, przypraw, ostry, drażni nos PEHD 2 ostry, mdły, przypraw, przenikliwy, powoduje mdłości i zawroty głowy, ciężki, gryzący, plastiku, nieprzyjemny ostry, mdły, nieprzyjemny, powoduje mdłości i zawroty głowy, kwaśny, intensywny, zostaje w gardle, pobudzający, gryzący, drażni nos, spalonego tworzywa, stęchły, słony PC-ABS mdły, powoduje ból i zawroty głowy, orzechów, duszący, kwiatowy, nieprzyjemny, ostry, gryzący, drażni nos, dymu papierosowego, kwaśny, spalonego drewna, powoduje mdłości odpychający, duszący, powoduje mdłości, spalonego tworzywa, spalonego mleka, dławiący, ciężkich węglowodorów, pobudzający, kwaśny, chemiczny, ostry, gryzący, drażni nos, powoduje ból głowy, przenikliwy, spalenizny Zapach wyrobu minimum 0,5 jednostki wyższy od zapachu granulatu, z którego ten wyrób wytworzono. Przy odpowiednio dobranych parametrach procesu produkcji jest możliwe co najwyżej uzyskanie zapachu detalu o tej samej intensywności zapachu, co granulat. Podczas procesu produkcji wyrobu nie jest możliwe poprawienie rodzaju zapachu.

25 Temperatura a intensywność zapachu
dddfdf Temperatura a intensywność zapachu Dla badanych tworzyw odnotowano odczucia: - ból lub zawroty głowy: EPDM i PA 66 GF36 we wszystkich temperaturach; PP TV 40 w temp. 80°C, - duszności: PP TD 20 i PA 66 GF36 we wszystkich temperaturach; EPDM i PUR w temperaturze 40°C; PC-ABS w temperaturze 80°C, - powodujący mdłości: EPDM w temperaturach 40 i 80°C; PC-ABS w temperaturze 80°C, - drażniący oczy, gardło lub nos: EPDM, POM, PP TD20 i PUR w temperaturze 80°C; PA 66 GF 36 w temperaturze 40°C, - nieprzyjemny: EPDM w temperaturze 23°C; PP TD 20 i PUR w temperaturze 80°C; PA 66 GF36 w temperaturach 40 i 80°C; POM w temperaturze 40°C, - odrzucający: EPDM, POM, PP TD20 i PA 66 GF36 w temperaturze 80°C. Zarówno intensywność zapachu, jak i jego charakterystyka, zmienia się wraz ze wzrostem temperatury.

26 Od źródła do efektu finalnego
Dobór odpowiednich parametrów procesu wytwarzania: Temperatura Ciśnienie Odpowietrzanie Szybkość procesu Poprawa jakości powietrza w kabinie samochodu Dobór materiałów o odpowiedniej jakości Oczyszczanie powietrza wewnątrz kabiny produkcjatworzyw.files.wordpress.com

27 Od źródła do efektu finalnego
Poszukiwania źródeł problemu nadmiernej emisji LZO Badania: samochód komponent materiał Zapach – jeden z najszybszych sposobów oceny przydatności wyrobu i wskazania potencjalnych przyczyn nieodpowiedniej jakości - jest odzwierciedleniem emitowanych LZO Pozanormatywne możliwości BOSMAL: metoda chromatografii gazowej z detekcją olfaktometryczną (GC-O) – umożliwia śledzenie wpływu na zapach poszczególnych elementów składowych (emitowanych LZO) i materiałów Różnice w jakości powietrza wewnątrz samochodów wynikające z obecności różnych materiałów są znaczące i mogą być wykorzystane do kontroli jakości, a nawet do sterowania jakością powietrza (VIAQ)

28 Oferta BOSMAL a wymagania przemysłu motoryzacyjnego
BOSMAL w tym zakresie może służyć pomocą na wielu etapach życia produktu Zapewnienie zgodności wyrobów i produktów (p.4 IATF) Zasoby – akredytowane laboratorium zewnętrzne (p.7 IATF) Wdrażanie – weryfikacja założeń procesowych (PPAP/PPA) Kontrola jakości/rekwalifikacja Poszukiwanie przyczyn niezgodności – analiza usterek, zwroty gwarancyjne, 0km, NTF Wiedza i kompetencje (p.7.2 IATF) Działania operacyjne (p.8 IATF) Projektowanie i rozwój Zatwierdzanie produktu i procesu Doskonalenie (p.9 IATF) Rozwiązywanie problemów System zarządzania gwarancjami Reklamacje klienta i analiza zwrotów z rynku K. Brodzik, J. Faber, D. Łomankiewicz, A. Gołda-Kopek, In-Vehicle VOCs composition of unconditioned, newly produced cars, Journal of Environmental Sciences 26 (2014),

29 Dziękujemy za uwagę Joanna Faber, e-mail: joanna.faber@bosmal.com.pl
dddfdf Dziękujemy za uwagę Joanna Faber, Krzysztof Brodzik, AQAP 2110 Certyfikat Wiarygodności Biznesowej