ISO 226402023 橡胶.轮胎和道路磨损颗粒的物理和化学特性框架（TRWP）标准立项发展报告

橡胶.轮胎和道路磨损颗粒的物理和化学特性框架（TRWP）标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Rubber—FrameworkforPhysicalandChemicalCharacterizationofTyreandRoadWearParticles(TRWP)摘要随着全球汽车保有量的持续增长，轮胎与道路磨损颗粒（TyreandRoadWearParticles,TRWP）已成为环境中微塑料污染的重要来源之一，其对生态环境和人体健康的潜在影响日益受到国际社会关注。然而，由于缺乏统一、规范的物理和化学特性表征方法，不同研究机构所获得的TRWP数据之间可比性不足，严重制约了相关环境风险评估和管控措施的制定。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2023年6月正式发布了ISO22640:2023《橡胶——轮胎和道路磨损颗粒的物理和化学特性框架（TRWP）》。本标准为TRWP的采集、样品制备、物理特性（粒径分布、形态特征）和化学特性（聚合物组成、添加剂含量）表征提供了系统化的技术框架和方法指南，填补了该领域国际标准的空白。本报告全面分析了该标准的立项背景、制定过程、核心技术内容及其在环境监测、学术研究和政策制定等领域的应用前景，旨在为相关行业技术人员、环境管理人员和标准化工作者提供系统性的参考与指导。关键词：轮胎与道路磨损颗粒；TRWP；微塑料；物理特性表征；化学特性表征；国际标准；环境监测Keywords:TyreandRoadWearParticles;TRWP;Microplastics;PhysicalCharacterization;ChemicalCharacterization;InternationalStandard;EnvironmentalMonitoring一、引言1.1研究背景近年来，微塑料污染已成为全球性环境问题，被联合国环境规划署列为新兴环境挑战之一。在各类微塑料来源中，轮胎与道路磨损颗粒（TRWP）因其独特的产生机制和环境归趋而受到特别关注。TRWP是轮胎胎面在车辆行驶过程中与路面摩擦产生的磨损碎屑，同时包含轮胎橡胶材料和被卷入的路面矿物颗粒。研究表明，TRWP是环境中微塑料的重要来源之一，其排放量约占全球微塑料总量的28%左右。据欧洲化学品管理局（ECHA）估算，仅在欧洲地区，每年就有约30万吨TRWP释放到环境中。与普通塑料碎片不同，TRWP具有密度较大、形状不规则、成分复杂等特点，其表征和量化在技术上存在较大挑战。此外，TRWP在环境中会经历老化、降解等过程，释放出锌、硫化促进剂、抗氧剂等添加剂，对土壤和水生生态系统构成潜在威胁。1.2标准化需求分析在ISO22640:2023发布之前，国内外缺乏针对TRWP物理和化学特性表征的统一技术标准。不同研究团队在样品采集方法、前处理流程、分析仪器选择及数据处理方式等方面存在显著差异，导致研究结果之间缺乏可比性。例如，在粒径分析中，部分研究采用激光衍射法，部分采用动态光散射法，还有部分采用筛分法，所获得的粒径分布数据难以直接对比。在聚合物组成分析中，常用的分析方法包括热裂解气相色谱质谱联用（Py-GC/MS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱等，但不同方法对样品的适用性和检测限差异较大。这种标准化缺失的状况不仅制约了学术界对TRWP环境行为与生态风险的深入理解，也阻碍了相关环境法规和管控政策的制定与实施。因此，制定统一的TRWP表征技术标准成为国际社会的迫切需要。二、标准立项背景与制定过程2.1标准立项背景ISO22640:2023由国际标准化组织（ISO）技术委员会ISO/TC45（橡胶与橡胶制品）下属的SC3分技术委员会（橡胶和塑料工业用原材料）负责制定。该标准的制定工作于2018年正式启动，历经草案编制、征求意见、委员会审议、正式投票等多个阶段，最终于2023年6月20日正式发布。该标准的立项依据主要基于以下几个方面的需求：环境监管需求：欧盟《欧洲绿色协议》及微塑料管控行动计划明确将TRWP列为重点关注的微塑料来源，要求建立可靠的量化与表征方法体系。科研共同体需求：国际微塑料研究网络和国际标准化组织微塑料工作组等学术组织持续呼吁建立统一的TRWP分析方法标准。产业界需求：轮胎制造业需要统一的方法来评估产品在使用过程中产生的磨损颗粒的特性，以支持生态设计和绿色制造。2.2制定工作历程本标准制定过程遵循ISO/IEC导则第1部分的规范程序，具体工作阶段如下：-提议阶段（2018年）：由ISO/TC45/SC3提出新工作项目提案（NWIP），经成员国投票通过后正式立项。-准备阶段（2018—2019年）：成立工作组WG12（TRWP表征），指定项目负责人，完成工作草案（WD）初稿。-委员会阶段（2019—2021年）：分发委员会草案（CD）至各成员国征求意见，组织多轮技术讨论和修改。-询问阶段（2021—2022年）：形成国际标准草案（DIS），进行正式投票和意见征集。-批准阶段（2022—2023年）：最终国际标准草案（FDIS）获得批准通过。-出版阶段（2023年6月）：标准正式发布。该标准在制定过程中吸收了来自全球20余个国家的专家意见，涵盖了轮胎制造商、环境科研机构、标准化组织、政府部门和非政府组织等多方利益相关方，经过广泛的协商一致，最终形成了具有高度技术共识的国际标准文件。三、标准技术内容详解3.1标准适用范围与总体框架ISO22640:2023为TRWP的物理和化学特性表征提供了一个系统化的技术框架。该标准适用于从环境介质（包括道路表面粉尘、土壤、沉积物、地表水和大气沉降物等）中采集的TRWP样品，以及实验室模拟条件下产生的TRWP对照样品。标准涵盖了从样品采集、制备、分析到数据报告的全流程技术指南。该标准的核心框架包含以下几个关键技术模块：-样品采集与保存方法-样品前处理与分离纯化流程-物理特性表征方法（包括粒径分布、形态特征等）-化学特性表征方法（包括聚合物组成、添加剂成分等）-数据质量保证与报告规范3.2样品采集与前处理3.2.1样品采集3.2.2样品前处理鉴于TRWP在环境样品中通常以复合颗粒形态存在（即轮胎橡胶与路面矿物的混合体），样品前处理的目的是有效分离TRWP并去除有机质和其他干扰物质。标准中推荐的前处理流程包括：密度分离（利用TRWP密度约1.0-1.8g/cm³的特性，选用适当密度的分离液）、化学消解（使用H₂O₂或酶法去除自然有机质）和粒径筛分等步骤。3.3物理特性表征方法3.3.1粒径与粒径分布TRWP的粒径范围通常在数十微米至数百微米之间。标准推荐使用激光衍射法或动态图像分析法测定TRWP的粒径分布，同时要求报告D₁₀、D₅₀、D₉₀等特征粒径参数。对于粒径小于100μm的细颗粒，建议配合使用纳米颗粒追踪分析（NTA）等技术进行补充分析。3.3.2形态与表面特征扫描电子显微镜（SEM）是观察TRWP形态特征的主要工具。标准要求对TRWP的形状因子（如长宽比、圆度、凹凸度等）进行定量描述，并记录表面微观结构的典型特征。形态特征的分析结果有助于区分TRWP与其他类型的微塑料颗粒，并为后续的来源解析提供依据。3.4化学特性表征方法3.4.1聚合物组成分析TRWP的聚合物基体主要由天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、顺丁橡胶（BR）及少量其他合成橡胶组成。标准推荐采用热裂解气相色谱质谱联用（Py-GC/MS）作为主要的聚合物定性和定量分析方法，该方法能够有效识别TRWP中的特征裂解产物（如NR的特征产物异戊二烯、SBR的特征产物苯乙烯和丁二烯等），并推算出不同橡胶组分的比例。此外，傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱也可作为辅助鉴定手段，尤其适用于快速筛选和单颗粒分析。3.4.2添加剂成分分析轮胎配方中含有多种功能性添加剂，包括硫化促进剂、活化剂（如氧化锌）、抗氧剂、抗臭氧剂和加工油等。这些添加剂在TRWP释放到环境后可能逐渐渗出，造成生态风险。标准推荐采用溶剂萃取结合气相色谱质谱联用（GC/MS）或液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）对TRWP中的有机添加剂进行定量分析，同时采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）对金属元素（如锌、铅、铜等）进行元素分析。标准还建议对多环芳烃（PAHs）等有毒副产物的含量进行监测。3.5数据质量保证与报告规范为保证分析结果的可比性和可追溯性，标准对数据质量控制提出了明确要求：所有分析方法需配套使用标准参考物质（CRM）或内部质控样进行方法验证，关键分析步骤要求进行加标回收率试验，以确保数据的准确性和精密度。在数据报告方面，标准规定了统一的报告模板和计量单位使用规范，要求报告样品来源信息、采样日期和坐标、保存及前处理条件、分析仪器及方法参数、检出限和定量限等完整信息，并附质量控制数据以支持数据可信度。此外，标准鼓励采用电子数据交换格式存储和共享原始数据，促进了数据层面的国际互认。四、标准创新点与技术特色4.1首次建立TRWP表征的系统性框架ISO22640:2023是国际上首个针对TRWP物理和化学特性表征的系统性技术标准，填补了该领域的标准空白。该标准将采样、前处理、分析和数据报告等环节集成于统一的技术框架之下，为用户提供了"一站式"的技术指导。4.2多技术联用的方法学体系标准充分考虑了TRWP表征的技术复杂性，采用了"主方法+辅助方法+确认方法"的多技术联用策略。例如，在聚合物分析中，以Py-GC/MS为主方法，以FTIR和拉曼光谱作为辅助筛选和确认手段，兼顾了定量的准确性和筛选的效率性。4.3与现行微塑料标准体系的衔接本标准充分考虑了与ISO/TC147（水质）、ISO/TC61（塑料）等其他技术委员会已发布或正在制定中的微塑料相关标准的衔接与协调，在术语定义、方法选择和数据报告等方面保持了一致性，构建了微塑料标准体系中重要的技术支撑环节。五、标准实施主体介绍5.1主要起草单位ISO22640:2023是由ISO/TC45/SC3/WG12工作组组织起草，该工作组汇集了来自全球多个国家的技术专家。其中，德国联邦材料研究与材料试验研究所（BAM）在标准的制定过程中发挥了关键性的技术引领作用。BAM是德意志联邦共和国最高级别的材料科学研究和评估机构，隶属于德国联邦经济事务和气候行动部，总部位于柏林。作为德国材料科学与工程领域的权威机构，BAM在橡胶材料分析、微塑料表征以及环境行为研究方面积累了超过二十年的技术积累。BAM的研究团队在TRWP的分离方法开发、特征裂解产物定量分析以及环境老化行为模拟等方面开展了大量开创性研究工作，相关研究成果直接为本标准提供了坚实的技术基础。在标准制定过程中，BAM的专家团队承担了方法验证、实验室间比对试验（round-robintest）组织和数据分析等核心技术工作。其开发的标准化操作流程（SOPs）和实验室间比对验证结果为标准的可操作性和技术可靠性提供了有力支撑。此外，BAM还主导建立了TRWP标准参考物质研发的技术路线图，为标准的后续实施和推广应用奠定了基础。5.2其他重要参与机构除BAM外，以下机构和组织也积极参与了本标准的制定工作：-米其林集团（法国）：提供了轮胎配方和磨损机理方面的关键技术数据-日本橡胶工业协会（JRIA）：在橡胶分析方法标准化方面提供了技术支撑-挪威水研究所（NIVA）：贡献了环境样品中微塑料分离和分析的实践经验-荷兰国家公共卫生与环境研究所（RIVM）：提供了TRWP环境暴露和风险评价方面的技术支持六、标准应用前景分析6.1环境监测与生态风险评估随着各国对微塑料污染重视程度的提高，TRWP的环境监测需求将持续增长。ISO22640:2023的实施将显著提升不同国家和地区间TRWP监测数据的可比性，为全球尺度上的TRWP排放清单编制、环境归趋分析和生态风险评价提供可靠的数据基础。6.2轮胎产业绿色转型支持在欧盟轮胎标签法规和可持续产品生态设计法规等政策框架的推动下，轮胎制造业正加速向绿色低碳方向转型。ISO22640:2023为轮胎企业评估产品在全生命周期中的磨损颗粒释放特性提供了标准化的测试方法，有助于企业开展生态设计、优化配方工艺，降低产品的环境足迹。6.3法规政策制定的技术支撑欧盟正在审议的微塑料管控法规中，拟将TRWP纳入优先管控对象，要求建立完善的监测和报告制度。ISO22640:2023作为国际公认的技术标准，将为相关法规实施细则的制定提供重要的技术依据，促进法规具有可操作性和国际协调性。七、结论与展望ISO22640:2023《橡胶——轮胎和道路磨损颗粒的物理和化学特性框架（TRWP）》的发布，是微塑料标准化工作的重要里程碑。该标准为TRWP的系统性表征提供了统一的技术框架，对于推动TRWP环境行为研究、支撑微塑料污染治理和促进轮胎产业绿色转型具有重要的指导意义。但同时也应看到，TRWP的分析技术仍处于快速发展阶段，一些前沿领域尚需进一步完善相关标准：展望未来，TRWP标准化工作可能沿以下几个方向深入开展：1.扩展环境介质覆盖范围：开发针对更复杂环境介质（如生物组织、大气细颗粒物等）中TRWP的分析方法标准，拓展标准的应用范围。2.研发标准参考物质：研制具有明确TRWP含量和特性值的标准参考物质（CRM），为实验室质量控制和数据互认提供实物支撑。3.发展在线/现场快速检测技术：开发基于便携式光谱仪等设备的快速筛查方法，提高TRWP监测的时效性和覆盖度。4.推动标准数智化转型：探索机器学习、大数据分析和人工智能在TRWP自动识别与分类中的应用，建立数字化的TRWP分析平台和共享数据库。随着相关标准的持续完善和技术手段的不断进步，TRWP的环境管理和风险管控能力将得到显著增强，为全球微塑料污染治理和可持续发展目标的实现提供更加有力的技术支撑。参考文献[1]ISO22640:2023,Rubber—Frameworkforphysicalandchemicalcharacterizationoftyreandroadwearparticles(TRWP),InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]欧洲化学品管理局（ECHA）.AnnexXVRestrictionReport:Intentionallyaddedmicroplastics,2020.[3]