成品家具有害物質(zhì)釋放量檢測中影響因素研究

張 平 田 壯

（中國建筑材料科學(xué)研究總院，中國建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心有限公司，北京 100024）

1 前言

近年來，由家具造成的室內(nèi)空氣污染已經(jīng)成為繼建筑污染、裝飾裝修污染后的第三大污染源。消費(fèi)者對家具引起的室內(nèi)空氣污染的投訴和相關(guān)咨詢越來越多，涉及的范圍逐漸擴(kuò)大，因家具造成室內(nèi)空氣污染超標(biāo)而引起的糾紛也不斷增多。然而現(xiàn)有對家具的檢測方法（GB18584-2001裝飾裝修材料木家具有害物質(zhì)限量）是采用破壞式方法，檢測時(shí)需要從家具上切割一定面積的板材用“干燥器法”進(jìn)行甲醛釋放量檢測[1]。雖然這種方法在一定程度上對家具板材中甲醛含量起到限制作用，但是仍然存在使用合格的家具卻污染室內(nèi)空氣的現(xiàn)象。原因就在于目前的家具國家標(biāo)準(zhǔn)檢測方法存在一定的弊端：家具板材的檢測結(jié)果不能完全代表整套家具的污染物釋放情況。

美國等發(fā)達(dá)國家對室內(nèi)裝飾裝修材料及產(chǎn)品（包括家具）的檢測一般采用環(huán)境艙法，目的是盡量模擬材料的使用條件，測量材料的有害物質(zhì) 釋 放 量。如ASTM. D 5116-97和ASTM. D 6670-01分別用小環(huán)境艙和大環(huán)境艙測量室內(nèi)材料及制品的揮發(fā)性有機(jī)物釋放量[2,3]，ASTM.E 1333-2002用大艙法測量木制產(chǎn)品甲醛釋放速率及空氣中甲醛濃度[4]。美國環(huán)境保護(hù)協(xié)會(huì)（U.S.EPA.）建議采用大艙法測量產(chǎn)品的揮發(fā)性有機(jī)物和醛類的釋放量[5]。我國標(biāo)準(zhǔn)GB 50325-2001附錄A中采用環(huán)境艙法測量材料中游離甲醛釋放量[6]，GB 18580-2001中將氣候箱法測定飾面人造板甲醛釋放量作為仲裁法，但檢測對象僅限于測量人造板材，檢測指標(biāo)也只有游離甲醛釋放量一項(xiàng)。

目前國內(nèi)還沒有對成品家具整體進(jìn)行檢測的方法以及標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)。但是對各種人造板材有害物質(zhì)釋放量的檢測方法的研究卻很多。南京林業(yè)大學(xué)梅長彤用穿孔法和大室法研究了四種不同人造板的甲醛釋放水平，認(rèn)為大室法條件下人造板甲醛釋放速率呈指數(shù)規(guī)律衰減，并給出了此條件下人造板甲醛釋放量水平的預(yù)測公式[7]。華中師范大學(xué)嚴(yán)彥等對11種木質(zhì)人造板甲醛釋放規(guī)律進(jìn)行了研究，建立了短期和長期艙濃度隨時(shí)間變化的模型[8]。中國疾病預(yù)防與控制中心譚琳琳等對人造板材甲醛釋放與環(huán)境溫濕度的關(guān)系進(jìn)行了研究，認(rèn)為甲醛的釋放量與高溫、高濕環(huán)境關(guān)系密切[9]。南京林業(yè)大學(xué)張文濡等研究建立了人造板中甲醛在室內(nèi)散發(fā)的數(shù)學(xué)模型，提出了評價(jià)人造板甲醛釋放過程的兩個(gè)指標(biāo)，得出了甲醛含量隨時(shí)間變化的不等式估計(jì)以及居室達(dá)到環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間估計(jì)[10]。北京市木材家具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站羅文圣等研究了室內(nèi)空氣中甲醛濃度與人造板使用量的關(guān)系，認(rèn)為要使室內(nèi)空氣質(zhì)量達(dá)到目前的國家標(biāo)準(zhǔn)限量，材料的甲醛釋放量不能大于0.5mg/L[11]。

表1 主要實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

成品家具有害物質(zhì)釋放量不僅與使用的材料有害物質(zhì)的含量有關(guān)，還與材料的使用量有關(guān)。隨著人們對室內(nèi)空氣質(zhì)量環(huán)境的重視，消費(fèi)者關(guān)心的不僅僅是產(chǎn)品的原材料是否合格，更要求家具搬入后不會(huì)對房間內(nèi)的空氣產(chǎn)生污染。所以對成品家具進(jìn)行有害物質(zhì)釋放量的檢測是未來家具檢測的必然趨勢。許多研究者正是認(rèn)識(shí)到了板材有害物質(zhì)釋放量檢測存在的缺陷，才開始研究板材用量與室內(nèi)空氣有害物質(zhì)濃度的關(guān)系，并試圖建立各種數(shù)學(xué)模型和計(jì)算公式。但這些研究也僅僅是限于人造板材。本文將從成品家具的角度研究成品家具甲醛和TVOC的釋放規(guī)律與溫濕度、換氣率、負(fù)載率等實(shí)驗(yàn)條件的關(guān)系。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)方法原理

將成品家具整體放置于一個(gè)30立方米的環(huán)境試驗(yàn)艙中，根據(jù)菲克定律和氣體擴(kuò)散原理，在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，家具板材中所含有的揮發(fā)性有機(jī)污染物會(huì)通過家具表面從內(nèi)而外釋放到試驗(yàn)艙中，并在一定時(shí)間達(dá)到相對平衡。通過設(shè)置在艙壁的氣體采樣孔采集艙內(nèi)的有機(jī)污染物氣體，分析氣體的濃度，從而確定不同實(shí)驗(yàn)條件下家具有機(jī)氣體污染物的釋放規(guī)律。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)中所用的主要儀器設(shè)備見表1。

2.3 實(shí)驗(yàn)過程

2.3.1 測試艙準(zhǔn)備

每次實(shí)驗(yàn)前，用清水擦洗測試艙內(nèi)壁，并開啟恒溫恒濕系統(tǒng)及通風(fēng)排氣系統(tǒng)徹底排出前一次實(shí)驗(yàn)的殘留物。

2.3.2 采樣儀器設(shè)備準(zhǔn)備

（1）采集TVOC樣品的TENAX采樣管須在250℃高溫下活化。活化條件為：氮?dú)饬髁?00ml/min；活化時(shí)間不少于60min。所有活化好的采樣管須存放在樣品袋中密閉保存，有效期為3天。過期后須重新活化。

（2）采樣瓶、比色管須用去離子水在超聲波中清洗3遍，每次15分鐘，烘干后備用，最好提前1至2天準(zhǔn)備。

2.3.3 測試艙本底濃度測試

（1）環(huán)境艙凈化：打開艙內(nèi)所有密閉閥門，啟動(dòng)排風(fēng)機(jī)1小時(shí)以上，此時(shí)艙內(nèi)空氣經(jīng)排風(fēng)口排出，以排除上次實(shí)驗(yàn)中殘留的有害氣體。

（2）溫濕度調(diào)節(jié)：開啟恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)，將溫濕度設(shè)置成實(shí)驗(yàn)所需的要求。

（3）測試本底濃度氣體采集： 封閉不同時(shí)間點(diǎn)處（封閉計(jì)時(shí)起點(diǎn)從關(guān)閉排風(fēng)口密閉閥門起算），采集艙內(nèi)甲醛和TVOC氣體，作為艙內(nèi)的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的本底濃度。

2.3.4 樣品測試

（1）環(huán)境艙凈化：同上2.3.3（1）。

（2）溫濕度調(diào)節(jié)：開啟恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)，將溫濕度設(shè)置成實(shí)驗(yàn)所需的要求。

（4）氣體采集：通風(fēng)完畢后，關(guān)閉排風(fēng)機(jī)及排風(fēng)口密閉閥門，封閉不同時(shí)間點(diǎn)處，采集艙內(nèi)甲醛和TVOC氣體。

（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束：從艙內(nèi)搬出樣品，同時(shí)打開排風(fēng)口密閉閥門和排風(fēng)機(jī)。

2.3.5 空氣樣品分析與數(shù)據(jù)處理

（1）空氣樣品分析

甲醛氣體濃度的測試分析依據(jù)GB/T 18204.26-2000采用酚試劑分光光度法，TVOC濃度的測試分析依據(jù)GB/T 18883-2002附錄C氣相色譜法。

（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

所有分析結(jié)果必須扣除艙內(nèi)本底濃度：

2001年4月，余東義懷揣著對新疆、對兵團(tuán)的夢想與妻子樊金麗踏上了西行的火車，來到了五師九十一團(tuán)四連。30歲年輕力壯的他，被選到團(tuán)場炮點(diǎn)擔(dān)任一名炮手，保護(hù)著團(tuán)場幾萬畝農(nóng)作物不受冰雹的危害。

C=Cs?Cb

C——家具實(shí)際釋放濃度（mg/m3）；

Cs——放置家具時(shí)艙內(nèi)濃度（mg/m3）；

Cb——艙內(nèi)本底濃度（mg/m3）。

3 結(jié)果與討論

3.1 溫濕度對檢測結(jié)果的影響

由于我國南北氣候差異以及不同季節(jié)差異，南方地區(qū)夏季往往出現(xiàn)容易出現(xiàn)高溫高濕天氣，北方地區(qū)冬季則多為低溫干燥天氣。家具在這些不同的氣候條件下釋放有害物質(zhì)的規(guī)律如何呢？通過調(diào)節(jié)溫濕度的設(shè)置，我們在30立方米環(huán)境試驗(yàn)艙中模擬了三種不同的溫濕度條件，在試驗(yàn)艙保持完全密閉的條件下，測試了某品牌家具的甲醛和TVOC釋放量情況。檢測結(jié)果見圖1、2。

圖1 不同溫濕度條件下甲醛釋放曲線

圖2 不同溫濕度條件下TVOC釋放曲線

根據(jù)氣體擴(kuò)散原理，溫度的升高有利于氣體分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，加快了家具板材中有害物質(zhì)的釋放速度，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中基本上也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。濕度增加，空氣中有害物質(zhì)分子與水分子結(jié)合，有利于家具中有害物質(zhì)的進(jìn)一步釋放，從而使空氣中的甲醛和TVOC濃度明顯增加，這一規(guī)律與文獻(xiàn)[9]中所得出的結(jié)論是吻合的。這也是在夏季高溫高濕環(huán)境中室內(nèi)空氣容易超標(biāo)的原因之一。

3.2 換氣率對檢測結(jié)果的影響

換氣率指每小時(shí)室內(nèi)外氣體交換的次數(shù)，一般要求房屋的自然換氣率至少每小時(shí)1次，隨著現(xiàn)代建筑的節(jié)能要求提高，建筑的密閉性越來越好，從而降低了建筑的自然換氣率，為了達(dá)到室內(nèi)新風(fēng)量的要求，必須采用中央空調(diào)新風(fēng)補(bǔ)償系統(tǒng)。本試驗(yàn)中設(shè)計(jì)了三種不同的換氣率條件，對家具的甲醛和TVOC釋放規(guī)律進(jìn)行研究。見圖3、4。

圖3 不同換氣率條件下甲醛釋放曲線

圖4 不同換氣率條件下TVOC釋放曲線

從圖3、圖4中可以看出，換氣率對檢測結(jié)果主要有兩方面的影響。一方面是影響有害氣體釋放的速率，隨著換氣率的增加，家具釋放有害氣體的速率加快；另一方面影響家具釋放的有害氣體達(dá)到平衡時(shí)的濃度，隨著換氣率的增加，成下降趨勢。因此在成品家具整體環(huán)保檢測時(shí)，必須考慮設(shè)置一個(gè)統(tǒng)一合理的換氣率，以保證檢測結(jié)果的可比性。

3.3 封閉時(shí)間對檢測結(jié)果的影響

封閉時(shí)間是指家具放置于實(shí)驗(yàn)環(huán)境艙中密閉的時(shí)間長短，從圖1～4中都可以看出隨著封閉時(shí)間的延長，家具釋放的有害氣體濃度基本成兩個(gè)階段：前期快速釋放階段和后期釋放平衡階段。在溫濕度、換氣率保持一致的條件下，兩個(gè)階段之間的分界線處決于家具的污染物釋放水平。因此在家具整體環(huán)保檢測的過程中最好是在不同的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行不間斷監(jiān)測，以掌握家具有害物質(zhì)釋放規(guī)律。

3.4 材料負(fù)載率對檢測結(jié)果的影響

材料的負(fù)載率是指材料的有效面積與實(shí)驗(yàn)環(huán)境艙體積之間的比例，單位是m2/m3，材料的負(fù)載率表明在一定的空間內(nèi)所承載的材料用量的多少。在保持其他參數(shù)一致的條件下，我們采用通過控制同一種板材的負(fù)載率為0.1 m2/m3、0.2 m2/m3、0.4 m2/m3，對三種不同情況下的甲醛和TVOC的釋放規(guī)律進(jìn)行研究。

圖5 不同負(fù)載率條件下甲醛釋放曲線

圖6 不同負(fù)載率條件下TVOC釋放曲線

從圖5、圖6中可以看出，負(fù)載率確實(shí)對檢測結(jié)果有一定的影響，負(fù)載率的增加勢必影響有害物質(zhì)的累積，但這種累積效應(yīng)與負(fù)載率之間并不存在比例關(guān)系。在負(fù)載率成指數(shù)關(guān)系增加的時(shí)候，有害氣體的濃度成上升趨勢，但并不成指數(shù)增加。盡管如此，在材料特別是家具實(shí)際使用過程中還是應(yīng)該根據(jù)使用空間的大小合理控制材料和家具的用量，以防止有害氣體的累積超出室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.5 干燥器法與環(huán)境艙法比較

研究過程中，我們還對15個(gè)家具樣品采用干燥器法和環(huán)境艙法進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)，干燥器法測出甲醛釋放量與環(huán)境艙法12小時(shí)的甲醛釋放量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，見圖7。

圖7 干燥器法與環(huán)境艙法檢測結(jié)果比較

從圖7可以看出，除了個(gè)別樣品外，大部分樣品兩種檢測方法的檢測結(jié)果之間并沒有明顯的一一對應(yīng)關(guān)系。這也就可以解釋，為什么材料環(huán)保質(zhì)量與室內(nèi)空氣質(zhì)量之間經(jīng)常出現(xiàn)矛盾。

4 結(jié)論

本文采用30立方米環(huán)境試驗(yàn)艙法，對成品家具整體環(huán)保檢測過程中封閉時(shí)間、溫濕度、換氣率以及負(fù)載率對檢測結(jié)果的影響進(jìn)行了研究。得出如下結(jié)論：（1）隨著封閉時(shí)間的延長，家具有害物質(zhì)釋放規(guī)律分成兩個(gè)階段：快速釋放階段和穩(wěn)定平衡階段；（2）溫濕度越高，家具釋放有害物質(zhì)的速度越快，釋放的濃度也越高；（3）換氣率越大，家具釋放有害物質(zhì)的速度越快，達(dá)到平衡階段的時(shí)間越短；（4）負(fù)載率越大，達(dá)到平衡時(shí)的濃度越高，但沒有對應(yīng)的比例關(guān)系；（5）干燥器法與環(huán)境艙法之間的檢測結(jié)果沒有明顯的一一對應(yīng)關(guān)系。

致謝

感謝中國建筑材料科學(xué)研究總院青年科學(xué)基金項(xiàng)目對本文的資金支持。感謝中國建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心環(huán)境評價(jià)與家具檢測室同事們的大力協(xié)助。

[1] GB 18584-2001,室內(nèi)裝飾裝修材料木家具中有害物質(zhì)限量.

[2] ASTM. D5116-97,Standard guide for small-scale environmental chamber determinations of organic emissions from indoor materials/products.

[3] ASTM. D6670-01,Standard practice for full-scale chamber determination of volatile organic emissions from indoor materials/products.

[4] ASTM. E1333-96(reapproved 2002), Standard test method for determining formaldehyde concentrations in air and emission rates from wood products using a large chamber.

[5] U.S.EPA. Environmental technology verification test protocol,“Large chamber test protocol for measuring emissions of VOCs and Aldehydes”.1999.9

[6] GB 50325-2001（2006版）,民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范.

[7] 梅長彤. 大室法條件下人造板的甲醛散發(fā)量［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，25（5）： 49～51.

[8] 嚴(yán)彥，王學(xué)光等. 木制人造板材甲醛釋放規(guī)律的研究［J］. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，23（1）： 134～137.

[9] 譚琳琳，戴自祝等.人造板材甲醛釋與熱環(huán)境關(guān)系的模擬現(xiàn)場研究［J］. 中國衛(wèi)生工程學(xué)，2005，4（3）：137～139.

[10] 張文儒，王軍等.人造板中甲醛在室內(nèi)散發(fā)的熟悉模型［J］. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，24（3）： 32～36.

[11] 羅文圣，興豐等. 室內(nèi)空氣中甲醛濃度與人造板使用量的關(guān)系［J］. 木材工業(yè)，2006，20（5）： 24～26.