رائحة إنها تجربة حسية ومقياس متصور للجودة.

في المساحة الضيقة لكابينة السيارة، لا تشكل "رائحة السيارة الجديدة" الناتجة عن المواد البلاستيكية رمزًا للرفاهية، بل إنها غالبًا ما تصبح مصدرًا رئيسيًا لشكاوى المستهلكين.

هذه المقالة، المستندة إلى الممارسات الهندسية، تستكشف بشكل منهجي مصادر الرائحة وآلياتها وطرق تحليلها واستراتيجياتها القابلة للتحكم. وتهدف إلى دعم مهندسي المواد في تقليل مخاطر الروائح من المصدر أثناء تصميم مواد التصميم الداخلي للسيارات .

من أين تأتي الرائحة الموجودة في البلاستيك؟
توجد الجزيئات ذات الرائحة الكريهة في المواد البلاستيكية بشكل أساسي في شكل مركبات عضوية متطايرة (VOCs)، والتي يتم إطلاقها في الهواء من خلال ثلاث آليات رئيسية :

1. الانتشار: تنتقل الجزيئات الصغيرة والمونومرات غير المتفاعلة من داخل المادة إلى سطحها. تتبع المركبات العضوية المتطايرة في البلاستيك قانون فيك الثاني للانتشار.
على سبيل المثال، في البولي بروبيلين (PP)، يبلغ معامل انتشار الألدهيدات حوالي 10⁻⁹ سم²/ثانية. عند درجة حرارة 23 درجة مئوية، قد يستغرق الأمر ما يصل إلى 48 ساعة للوصول إلى تركيز سطح التوازن. ومع ذلك، عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 60 درجة مئوية - وهي درجة حرارة مماثلة لدرجات حرارة الأكواخ الصيفية - يمكن أن يزداد معدل الانتشار بمقدار 3 إلى 5 مرات.

2. الامتزاز: يتم إطلاق جزيئات المركبات العضوية المتطايرة الممتصة على سطح المادة في الهواء المحيط.

3. الهجرة: يمكن أن تنتقل المركبات العضوية المتطايرة أيضًا من المواد المضافة مثل الملدنات أو زيوت التشحيم أو المذيبات المتبقية.

كيف يعمل الأنف البشري: من الجزيئات إلى الدماغ

عندما تدخل الجزيئات المتطايرة المنبعثة من البلاستيك - مثل النونانال والديكانال - إلى التجويف الأنفي، تبدأ عملية تمييز دقيقة للغاية على المستوى المجهري. داخل الظهارة الشمية (حوالي 5 سم²)، يتوزع حوالي 350 نوعًا من بروتينات مستقبلات الشم بكثافة. تعمل هذه المستقبلات كأقفال جزيئية، حيث يتعرف كل منها على "مفاتيح" رائحة معينة.

لنأخذ مركب (E)-2-nonenal كمثال: يرتبط هيكل سلسلة الهيدروكربونات الخاص به بمستقبل الشم OR51E2 بطاقة ارتباط -8.7 كيلو كالوري/مول. يُحفّز هذا التفاعل فتح قنوات أيونية، مُولّدًا إشارات كهربائية. يتبع انتقال الإشارات الشمية نموذج "القفل والمفتاح": فبمجرد ارتباط المادة العطرية بمستقبل مرتبط بالبروتين ج (GPCR) على الأهداب، تُنشّط مسار الناقل الثاني cAMP، مما يؤدي إلى إزالة استقطاب غشاء الخلية. تنتقل الإشارة الناتجة عبر ألياف العصب الشمي إلى البصلة الشمية، حيث تُعالجها الخلايا التاجية والخلايا المبطنة وتُرسلها إلى القشرة المخية.

يعبر كل عصبون حسي شمي عن نوع واحد فقط من المستقبلات، ومع ذلك، من خلال الترميز التوافقي، يستطيع النظام تمييز عشرات الآلاف من الروائح المختلفة. على سبيل المثال، قد يُنشّط مزيج من الألدهيدات المنبعثة من البولي بروبيلين (PP) تركيبات مستقبلات مثل OR1A2 وOR2J3.

تُوفر آلية التعرّف البيولوجي هذه معيارًا لتقييم روائح المواد. على سبيل المثال، عندما يتجاوز تركيز مادة DEHP المنبعثة من الجلد الصناعي المصنوع من مادة PVC 2200 ميكروغرام/متر مكعب، ترتبط جزيئاتها بمستقبلات OR3A4 وتُثير إدراكًا لرائحة نفاذة - وهو تحديدًا ما يسعى مصممو الديكور الداخلي للسيارات إلى تجنبه.

من خلال فهم آليات التفاعل بين الجزيئات والمستقبلات وراء حاسة الشم لدى الإنسان، يمكن لمهندسي المواد إجراء هندسة عكسية لتركيبات منخفضة الرائحة استنادًا إلى "خريطة الإدراك الشمي لدى الإنسان".

الروائح النموذجية ومصادرها في أنواع البلاستيك المختلفة

آليات تكوين الرائحة
لا تظهر رائحة المواد البلاستيكية من العدم، بل يتم توليدها تدريجيًا أثناء المعالجة والتخزين والاستخدام .

وتشمل الآليات الرئيسية ما يلي:

1. التدهور الحراري: تؤدي درجات حرارة المعالجة العالية إلى انقسام السلسلة الجزيئية، مما يؤدي إلى تكوين مركبات ذات رائحة منخفضة الوزن الجزيئي (على سبيل المثال، الألدهيدات).

2. التحلل التأكسدي: تنتج مضادات الأكسدة أو أكسدة البوليمر روائح كريهة (على سبيل المثال، منتجات أكسدة BHT).
البولي أميد (PA66): يؤدي التحلل التأكسدي الحراري إلى توليد مركبات السيكلوبنتانون مثل 2-إيثيل سيكلوبنتانون، والتي يمكن أن تصل إلى تركيزات تصل إلى 0.3 ميكروجرام/جرام بعد الشيخوخة عند 100 درجة مئوية لمدة 300 ساعة، مما يسبب رائحة "طبية".

3. الشيخوخة الضوئية: يؤدي الإشعاع فوق البنفسجي إلى انقسام سلسلة البوليمر، مما يؤدي إلى إطلاق غازات جزيئية صغيرة.

4. معالجة المخلفات: المحفزات أو المذيبات المتبقية التي لم يتم إزالتها بالكامل.
البولي يوريثين (PU): تتمتع المحفزات الأمينية مثل ثلاثي إيثيل أمين بعتبة رائحة منخفضة للغاية (0.67 ميكروجرام/م³) وهي السبب الرئيسي للرائحة السمكية المميزة لرغوة البولي يوريثين.

كيف آنا ليز روائح البلاستيك؟

ج طرق شائعة لاختبار وتقييم البلاستيك ا دورس يشمل:

كيف يمكن للمهندسين التحكم في الرائحة عند المصدر؟
إن التحكم في الرائحة في مرحلة اختيار المواد هي الاستراتيجية الأكثر فعالية من حيث التكلفة والأكثر تأثيرًا.

ومن التوصيات المقترحة ما يلي:

ثورة الاختيار من "التجربة الشمية" إلى "التصميم الجزيئي"
إن تقليل رائحة التصميمات الداخلية للسيارات لا يقتصر على مجرد تحسين الحواس، بل يتضمن نهجًا هندسيًا منهجيًا يشمل كيمياء البوليمر، وحركية نقل الكتلة، والكيمياء التحليلية.

بالنسبة لمهندسي اختيار المواد، من الضروري تحديد الارتباط بين "الهيكل - الأداء - الرائحة":
عندما تزداد انتظام السلسلة الجزيئية لـ PP بمقدار 15% ، يمكن تقليل إطلاق الألدهيدات عن طريق 38% ؛
عندما يرتفع الوزن الجزيئي لمُلينات البولي فينيل كلوريد من من 300 دالتون إلى 500 دالتون ، ينخفض معدل الهجرة بمقدار 60% .

إن منطق التصميم على المستوى الجزيئي هو المفتاح لكسر عنق الزجاجة التكنولوجي للمواد منخفضة الرائحة.