Seit nunmehr drei Jahrzehnten sind die Prüfmethoden zur Messung organischer Emissionen aus nichtmetallischen Werkstoffen in Fahrzeuginnenräumen fester Bestandteil der Automobilindustrie. Die VDA-Richtlinien 277 und 278 definieren die Standards, wobei die statische Headspace-Analyse und die dynamische Thermodesorptionsanalyse von Volkswagen und Daimler-Benz entscheidende Einblicke in das Emissionsverhalten liefern. Erfahren Sie in diesem Artikel, wie diese bewährten Verfahren, obwohl sie methodisch unterschiedlich sind, die lufttechnische Qualität von Fahrzeugen maßgeblich beeinflussen.
- Die beiden Prüfmethoden auf organische Emissionen aus nichtmetallischen Werkstoffen, die in den VDA-Richtlinien 277 und 278 beschrieben sind, zählen schon seit 30 Jahren zu den Standardprüfmethoden zur Absicherung der Luftqualität in Fahrzeuginnenräumen. Das durch Volkswagen entwickelte Verfahren auf Basis einer statischen Headspace-Analyse existiert seit 1987 zunächst nur als PV 3341 und später auch als VDA 277. Von (damals) Daimler-Benz wurde eine dynamische Methode mittels direkter Thermodesorption zunächst zu der Hausmethode PB VWL 709 geschaffen, die dann später in die VDA-Richtlinie 278 überführt wurde. Die Bewertung von Werkstoffen hinsichtlich ihrer VOC-Emissionen basiert bis heute bei vielen OEM maßgeblich auf einer der beiden Prüfverfahren.
- Bei der statischen Headspace-Analyse wird die in 10-25 mg schwere Stücke zerkleinerte polymere Werkstoffprobe (bspw. 2 g) in einem Gläschen gasdicht verschlossen und 5h auf 120 °C erhitzt. Anschließend wird ein Aliquot des mit Emissionen angereicherten Gasraums über den Probenstückchen automatisiert entnommen und einer gaschromatographischen Trennung zugeführt. Typischerweise erfolgt die Detektion und Quantifizierung mittels FID und/oder Massenspektrometrie. Als Ergebnis einer Mehrfachbestimmung erhält man so ein Maß für die Gesamtkohlenstoffemission in der Einheit µgC/g (Mikrogramm Kohlenstoff pro Gramm Probenmaterial). Begleitend werden die Einzelstoffemissionen soweit möglich identifiziert und mit gleicher Einheit ausgewiesen.
- Für eine Thermodesorptionsanalyse gem. VDA-Richtlinie 278 wird eine deutlich geringere Probenmenge (bspw. 20 mg eines „normalen“ thermoplastischen Werkstoffes) in ein eigens für diesen Zweck vorgesehenes Röhrchen (ca. 4 mm Innendurchmesser) eingefüllt. In einem als Peripherie eines GC/MS-Systems installierten Thermodesorptionsofen wird das Röhrchen mit der Probe anschließend eine definierte Zeit lang erhitzt, wobei ein kontinuierlicher Trägergasstrom die emittierenden organischen Stoffe zunächst in eine Kühlfalle überführt. Von dort werden sie durch schlagartiges Aufheizen der Kühlfalle erneut mobilisiert und einer gaschromatographischen Trennung zugeführt. Zur Detektion und Quantifizierung kommen hier ausschließlich Massenspektrometer zum Einsatz. Insgesamt werden 2 gefüllten Röhrchen untersucht. Das erste zu messende Röhrchen wird 30 Minuten bei 90 °C thermodesorbiert. Das Ergebnis dieser Messung ist der ein sog. VOC-Wert (Volatile Organic Compounds). Mit dem zweiten zu messenden Röhrchen wird zunächst analog verfahren (30 min / 90 °C) und nachfolgend nochmals für 60 min bei 120 °C thermodesorbiert. Von diesem Röhrchen erhalt man auf diese Weise 2 Ergebnisse: a) einen weiteren VOC-Wert, sowie b) den sog. Fog-Wert, wobei sich Fog an den Begriff „Fogging“ (für kondensierbare schwerer flüchtige organische Stoffe) anlehnt. Alle Ergebnisse, die die Gesamtemission unter den gewählten Bedingungen repräsentieren, werden in µg/g berichtet. Auch hier werden zusätzlich alle in den Emissionen auftretenden Einzelstoffe (soweit nachweisbar) quantifiziert und im Bericht ausgewiesen.
- Die Hauptunterschiede beider Methoden liegen darin, dass das Probengläschen bei der VDA 277 luftdicht verschlossen wird, während die Probe bei einer Untersuchung nach VDA 278 kontinuierlich von Trägergas umströmt wird.
Ferner werden bei der zuletzt genannten Methode zwei unterschiedliche Werte erzeugt (VOC- und Fog-), wobei der VOC-Wert aus einer Thermodesorption bei „nur“ 90 °C folgt. Bei der VDA 277 wird die Probe ausschließlich auf 120 °C erhitzt.
Als Folge dieser Unterschiede ergibt sich eine quantitativ abweichende Verteilung des Substanzspektrums sowie zum Teil auch signifikante qualitative Unterschiede in den Ergebnissen. Auch wenn die Methoden somit kaum vergleichbar sind, haben beide Methoden in sich betrachtet dennoch ihre Berechtigung. Völlig unabhängig voneinander liefern beide Verfahren den betreffenden Fahrzeugherstellern wertvolle Hinweise auf das Emissionspotential der untersuchten Materialproben, die (methodentreu und qualitativ hochwertig ausgeführt) je Methode untereinander recht gut vergleichbar sind.
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