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        熱老化對折疊硅橡膠水壺揮發(fā)性物質含量的影響*

        2021-10-28 11:10:04王永香孫夢捷李潔君
        合成材料老化與應用 2021年5期

        王永香,孫夢捷,李潔君

        (上海市質量監(jiān)督檢驗技術研究院,上海 201114)

        折疊硅橡膠水壺(以下簡稱硅膠水壺)是近年來市場上出現(xiàn)的一種新興產(chǎn)品,可伸縮、可加熱,衛(wèi)生方便,是出差、旅游時的最佳選擇。由于生產(chǎn)過程中大量加工助劑的使用以及硅橡膠硫化過程中發(fā)生的化學反應等,一些有毒有害的超標低分子量單體物質、添加劑、反應產(chǎn)物和降解產(chǎn)物可能從橡膠材料中遷移到食品中,危害消費者健康[1]。

        揮發(fā)性物質主要是硅橡膠產(chǎn)品中硅氧烷低聚物、脂肪烴、小分子添加劑等,最多的是烷烴類、硅氧烷類(D4、L4、D5、D6等)和芳烴類,也有少量的醚類、酚類、胺類等[2],這些物質的含量在一定程度上反映了硅橡膠制品的質量情況[3-5]。現(xiàn)有的毒性研究認為,一些環(huán)型硅氧烷如D4、D5、D6 可能具有致癌性、生物富集毒性以及雌激素作用[1]。但是,除國家標準GB 28482-2012《嬰幼兒安撫奶嘴安全要求》外,目前國內沒有發(fā)布限定食品接觸用其他硅橡膠制品揮發(fā)性物質限量值的標準,更未涉及到其經(jīng)過使用環(huán)境及自然環(huán)境老化后有害物質的遷移情況。

        硅橡膠老化方法主要分兩類:自然老化和人工加速老化。人工加速老化模擬條件其主要有光源老化、熱氧老化、濕熱老化、臭氧老化、鹽霧老化、低溫老化和耐霉菌老化等。本研究針對市售硅膠水壺中的揮發(fā)性物質風險進行研究。參照GB 28482-2012《嬰幼兒安撫奶嘴安全要求》[6]檢測揮發(fā)性物質,并探究熱空氣老化和熱水老化后硅橡膠水壺中揮發(fā)性物質的變化規(guī)律以及再次硫化后對揮發(fā)性物質含量的影響。以了解硅橡膠水壺的質量情況及安全隱患,為其標準、法規(guī)的制定提供科學依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 儀器設備

        儀器:UF260 電熱鼓風干燥箱(德國美墨爾特公司);KBF115 恒溫恒濕箱(德國binder公司);ML204分析天平( 十萬分之一,梅特勒-托利多)。

        1.2 實驗

        1.2.1 樣品

        隨機購買10批次硅膠水壺樣品,處理條件如下:原始試樣:不進行老化處理;熱水老化:100 ℃,166 h;熱空氣老化:70 ℃,166 h。熱水老化+硫化:100 ℃,166 h +200 ℃、4 h;熱空氣老化+硫化:70 ℃,166 h +200 ℃、4h

        1.2.2 步驟

        (1)樣品在不觸及器壁的情況下沸水中浸沒10 min,自然晾干后于恒溫恒濕溫度(23±2)℃, 相對濕度為(50±5)%和一個標準大氣壓下進行平衡至少40h。

        (2)預熱稱量瓶, 時間為1h, 溫度為(100±5) ℃, 將稱量瓶放置于干燥器中冷卻1 h, 并稱重(重量m1/g);

        (3)在稱量瓶中稱取約10g 剪成約2cm2的樣片放入干燥器中,放置48h稱重(重量m2/g)。

        (4)將稱量瓶和樣品放入電熱鼓風干燥箱中, 溫度為(200±5) ℃, 4h 后, 取出稱量瓶和樣品在干燥器中冷卻2h, 并稱重(重量m3/g)。

        按式(1)計算揮發(fā)性物質含量X(%):

        2 結果與分析

        2.1 不同老化方式對揮發(fā)性物質含量影響

        參照HG/T 2011-2009《橡膠熱水袋》[7]的老化條件,分別對10批次硅膠水壺的硅橡膠壺體進行熱水老化(100 ℃,166 h)和熱空氣老化(70℃,166 h)處理,并參照GB 28482-2012《嬰幼兒安撫奶嘴安全要求》進行揮發(fā)性物質含量的檢測, 結果見表1 。

        表1 硅橡膠水壺中揮發(fā)性物質含量結果Table 1 The results of volatile substances in silicone rubber kettles

        GB 4806.2-2015《食品安全國家標準 奶嘴》[8]中對揮發(fā)性物質限量值為0.5%,本次對硅橡膠水壺揮發(fā)性物質研究以此限量值作為參考,檢測結果由表1可知,10批次樣品中,原始試樣數(shù)值在0.39%~2.16%之間,有9批次揮發(fā)性物質含量高于限量值,超出比率高達90%,其中超出2倍以上的有8批次,占比80%,甚至有3批次超出4倍以上,占比30%。熱水老化處理后數(shù)值在0.37%~1.91%之間,有8批次揮發(fā)性物質含量高于限量值,超出比率為80%,超出2倍以上。熱空氣老化處理后數(shù)值在0.32%~2.09%之間,有8批次揮發(fā)性物質含量高于限量值,超出比率為80%,且都超出2倍以上,有1批次超出4倍。

        為了更直觀比較不同處理方式對揮發(fā)性物質含量產(chǎn)生的影響,現(xiàn)將所有測試結果以柱狀圖(圖1)的形式表示。

        圖1 硅橡膠水壺老化前后的揮發(fā)性物質含量結果對比Fig.1 Comparison of volatile substances in silicone rubber kettles before and after aging

        由圖1可知,經(jīng)老化處理后,樣品的揮發(fā)性物質含量均有所減小,這是因為按試驗條件老化后硅橡膠材料聚合物會部分發(fā)生解聚,主鏈斷裂、氧化,材料中部分小分子硅氧烷含量下降,從而導致?lián)]發(fā)性物質含量減小[9]。

        從圖1可以看出,1#、2#、3#、5#、#6#、10#樣品揮發(fā)性物質含量為原始樣品>熱水老化>熱空氣老化,4#、7#、9#樣品揮發(fā)性物質含量原始樣品>熱空氣老化>熱水老化,8#樣品則是原始樣品>熱空氣老化=熱水老化,并沒有一致規(guī)律,這是因為揮發(fā)性物質含量除與外界影響因素有關外,還與產(chǎn)品自身使用原料、硫化過程、添加劑種類等緊密相關,故老化處理對產(chǎn)品的影響也不盡相同,導致老化處理后,揮發(fā)性物質含量變化大小各有差異。

        2.2 硫化對揮發(fā)性物質含量影響

        通常情況下硅橡膠制品在成型時需要加熱硫化以固化成型,稱為一次硫化,此階段硫化條件一般為180℃、5min,此時硅膠制品已成型完畢,具有完備的外觀和物理性能。然而,僅經(jīng)一次硫化加工的硅膠制品通常含有可揮發(fā)性物質,在產(chǎn)品使用時會遷移到食品中,造成安全隱患,可通過二次硫化工藝減少或去除可揮發(fā)物質。二次硫化指將一次硫化之后的產(chǎn)品在200℃的條件下加熱4h,目的是使硫化更徹底,產(chǎn)品性質更穩(wěn)定,同時去除產(chǎn)品中的可揮發(fā)物。但實際生產(chǎn)中,由于二次硫化耗時長、能耗大,部分企業(yè)為了節(jié)約成本,常會省略這個工藝流程,造成揮發(fā)性物質含量超標,影響使用者的健康[5]。

        為探究硫化對揮發(fā)性物質含量的影響,本研究假設樣品均未進行二次硫化處理,按二次硫化條件200℃、4h將5#-10#老化后的樣品進行硫化,然后再按GB 28482-2012進行揮發(fā)性物質含量檢測,結果如圖2所示。

        圖2 硅橡膠水壺不同處理方式后揮發(fā)性物質結果對比Fig.2 Comparison of volatile substances in silicone rubber kettles after different treatment methods

        由圖2可知,經(jīng)硫化處理后揮發(fā)性物質含量明顯降低。熱水老化后揮發(fā)性物質含量為0.48%~1.91%,熱空氣老化后揮發(fā)性物質含量為0.47%~2.09%,而進行硫化后,所有數(shù)據(jù)則明顯下降,熱水老化+硫化處理后揮發(fā)性物質含量為0.08%~0.23%,熱空氣老化+硫化處理后揮發(fā)性物質含量為0.06%~0.24%,均小于參考值的一半。這是因為200℃、4h高溫硫化處理后大部分小分子物質已經(jīng)揮發(fā)出。有文獻報道對環(huán)硅氧烷的遷出速率與熱老化溫度進行探究,對比分析90℃、120℃、150℃、180℃、200℃老化溫度下D6、D7、D8、D9、D10、N11、N12、N13、N14、N15、N16、N17環(huán)硅氧烷的遷出規(guī)律,結果發(fā)現(xiàn)溫度越高環(huán)硅氧烷析出速率越大,200℃條件下D6在6min內就可以達到100%的析出率[10-11]。

        3 結論

        (1)在指定條件下,熱水老化和熱空氣老化均使硅膠水壺產(chǎn)品揮發(fā)性物質含量降低;(2)硫化后的產(chǎn)品揮發(fā)性物質含量大幅度降低,說明硫化工藝對揮發(fā)性物質含量影響較大。建議制定食品接觸用硅橡膠揮發(fā)性物質含量相關標準,促進該行業(yè)的健康發(fā)展。

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