成品家具有害物質釋放量檢測中影響因素研究

張 平 田 壯

（中國建筑材料科學研究總院，中國建筑材料檢驗認證中心有限公司，北京 100024）

1 前言

近年來，由家具造成的室內空氣污染已經成為繼建筑污染、裝飾裝修污染后的第三大污染源。消費者對家具引起的室內空氣污染的投訴和相關咨詢越來越多，涉及的范圍逐漸擴大，因家具造成室內空氣污染超標而引起的糾紛也不斷增多。然而現有對家具的檢測方法（GB18584-2001裝飾裝修材料木家具有害物質限量）是采用破壞式方法，檢測時需要從家具上切割一定面積的板材用“干燥器法”進行甲醛釋放量檢測[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空氣的現象。原因就在于目前的家具國家標準檢測方法存在一定的弊端：家具板材的檢測結果不能完全代表整套家具的污染物釋放情況。

美國等發達國家對室內裝飾裝修材料及產品（包括家具）的檢測一般采用環境艙法，目的是盡量模擬材料的使用條件，測量材料的有害物質 釋 放 量。如ASTM. D 5116-97和ASTM. D 6670-01分別用小環境艙和大環境艙測量室內材料及制品的揮發性有機物釋放量[2,3]，ASTM.E 1333-2002用大艙法測量木制產品甲醛釋放速率及空氣中甲醛濃度[4]。美國環境保護協會（U.S.EPA.）建議采用大艙法測量產品的揮發性有機物和醛類的釋放量[5]。我國標準GB 50325-2001附錄A中采用環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，檢測指標也只有游離甲醛釋放量一項。

目前國內還沒有對成品家具整體進行檢測的方法以及標準出臺。但是對各種人造板材有害物質釋放量的檢測方法的研究卻很多。南京林業大學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，認為大室法條件下人造板甲醛釋放速率呈指數規律衰減，并給出了此條件下人造板甲醛釋放量水平的預測公式[7]。華中師范大學嚴彥等對11種木質人造板甲醛釋放規律進行了研究，建立了短期和長期艙濃度隨時間變化的模型[8]。中國疾病預防與控制中心譚琳琳等對人造板材甲醛釋放與環境溫濕度的關系進行了研究，認為甲醛的釋放量與高溫、高濕環境關系密切[9]。南京林業大學張文濡等研究建立了人造板中甲醛在室內散發的數學模型，提出了評價人造板甲醛釋放過程的兩個指標，得出了甲醛含量隨時間變化的不等式估計以及居室達到環境質量標準的時間估計[10]。北京市木材家具質量監督檢驗站羅文圣等研究了室內空氣中甲醛濃度與人造板使用量的關系，認為要使室內空氣質量達到目前的國家標準限量，材料的甲醛釋放量不能大于0.5mg/L[11]。

表1 主要實驗儀器設備

成品家具有害物質釋放量不僅與使用的材料有害物質的含量有關，還與材料的使用量有關。隨著人們對室內空氣質量環境的重視，消費者關心的不僅僅是產品的原材料是否合格，更要求家具搬入后不會對房間內的空氣產生污染。所以對成品家具進行有害物質釋放量的檢測是未來家具檢測的必然趨勢。許多研究者正是認識到了板材有害物質釋放量檢測存在的缺陷，才開始研究板材用量與室內空氣有害物質濃度的關系，并試圖建立各種數學模型和計算公式。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的釋放規律與溫濕度、換氣率、負載率等實驗條件的關系。

2 實驗

2.1 實驗方法原理

將成品家具整體放置于一個30立方米的環境試驗艙中，根據菲克定律和氣體擴散原理，在一定的實驗條件下，家具板材中所含有的揮發性有機污染物會通過家具表面從內而外釋放到試驗艙中，并在一定時間達到相對平衡。通過設置在艙壁的氣體采樣孔采集艙內的有機污染物氣體，分析氣體的濃度，從而確定不同實驗條件下家具有機氣體污染物的釋放規律。

2.2 實驗設備

本實驗中所用的主要儀器設備見表1。

2.3 實驗過程

2.3.1 測試艙準備

每次實驗前，用清水擦洗測試艙內壁，并開啟恒溫恒濕系統及通風排氣系統徹底排出前一次實驗的殘留物。

2.3.2 采樣儀器設備準備

（1）采集TVOC樣品的TENAX采樣管須在250℃高溫下活化。活化條件為：氮氣流量100ml/min；活化時間不少于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天準備。

2.3.3 測試艙本底濃度測試

（1）環境艙凈化：打開艙內所有密閉閥門，啟動排風機1小時以上，此時艙內空氣經排風口排出，以排除上次實驗中殘留的有害氣體。

（2）溫濕度調節：開啟恒溫恒濕空調系統，將溫濕度設置成實驗所需的要求。

（3）測試本底濃度氣體采集： 封閉不同時間點處（封閉計時起點從關閉排風口密閉閥門起算），采集艙內甲醛和TVOC氣體，作為艙內的各個時間點的本底濃度。

2.3.4 樣品測試

（1）環境艙凈化：同上2.3.3（1）。

（2）溫濕度調節：開啟恒溫恒濕空調系統，將溫濕度設置成實驗所需的要求。

（4）氣體采集：通風完畢后，關閉排風機及排風口密閉閥門，封閉不同時間點處，采集艙內甲醛和TVOC氣體。

（5）實驗結束：從艙內搬出樣品，同時打開排風口密閉閥門和排風機。

2.3.5 空氣樣品分析與數據處理

（1）空氣樣品分析

甲醛氣體濃度的測試分析依據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GB/T 18883-2002附錄C氣相色譜法。

（2）實驗數據處理

所有分析結果必須扣除艙內本底濃度：

2001年4月，余東義懷揣著對新疆、對兵團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四連。30歲年輕力壯的他，被選到團場炮點擔任一名炮手，保護著團場幾萬畝農作物不受冰雹的危害。

C=Cs?Cb

C——家具實際釋放濃度（mg/m3）；

Cs——放置家具時艙內濃度（mg/m3）；

Cb——艙內本底濃度（mg/m3）。

3 結果與討論

3.1 溫濕度對檢測結果的影響

由于我國南北氣候差異以及不同季節差異，南方地區夏季往往出現容易出現高溫高濕天氣，北方地區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的規律如何呢？通過調節溫濕度的設置，我們在30立方米環境試驗艙中模擬了三種不同的溫濕度條件，在試驗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

根據氣體擴散原理，溫度的升高有利于氣體分子的擴散運動，加快了家具板材中有害物質的釋放速度，從實驗結果中基本上也驗證了這一點。濕度增加，空氣中有害物質分子與水分子結合，有利于家具中有害物質的進一步釋放，從而使空氣中的甲醛和TVOC濃度明顯增加，這一規律與文獻[9]中所得出的結論是吻合的。這也是在夏季高溫高濕環境中室內空氣容易超標的原因之一。

3.2 換氣率對檢測結果的影響

換氣率指每小時室內外氣體交換的次數，一般要求房屋的自然換氣率至少每小時1次，隨著現代建筑的節能要求提高，建筑的密閉性越來越好，從而降低了建筑的自然換氣率，為了達到室內新風量的要求，必須采用中央空調新風補償系統。本試驗中設計了三種不同的換氣率條件，對家具的甲醛和TVOC釋放規律進行研究。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到平衡時的濃度，隨著換氣率的增加，成下降趨勢。因此在成品家具整體環保檢測時，必須考慮設置一個統一合理的換氣率，以保證檢測結果的可比性。

3.3 封閉時間對檢測結果的影響

封閉時間是指家具放置于實驗環境艙中密閉的時間長短，從圖1～4中都可以看出隨著封閉時間的延長，家具釋放的有害氣體濃度基本成兩個階段：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。因此在家具整體環保檢測的過程中最好是在不同的時間點進行不間斷監測，以掌握家具有害物質釋放規律。

3.4 材料負載率對檢測結果的影響

材料的負載率是指材料的有效面積與實驗環境艙體積之間的比例，單位是m2/m3，材料的負載率表明在一定的空間內所承載的材料用量的多少。在保持其他參數一致的條件下，我們采用通過控制同一種板材的負載率為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的釋放規律進行研究。

圖5 不同負載率條件下甲醛釋放曲線

圖6 不同負載率條件下TVOC釋放曲線

從圖5、圖6中可以看出，負載率確實對檢測結果有一定的影響，負載率的增加勢必影響有害物質的累積，但這種累積效應與負載率之間并不存在比例關系。在負載率成指數關系增加的時候，有害氣體的濃度成上升趨勢，但并不成指數增加。盡管如此，在材料特別是家具實際使用過程中還是應該根據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空氣質量標準要求。

3.5 干燥器法與環境艙法比較

研究過程中，我們還對15個家具樣品采用干燥器法和環境艙法進行了對比實驗，干燥器法測出甲醛釋放量與環境艙法12小時的甲醛釋放量數據進行對比，見圖7。

圖7 干燥器法與環境艙法檢測結果比較

從圖7可以看出，除了個別樣品外，大部分樣品兩種檢測方法的檢測結果之間并沒有明顯的一一對應關系。這也就可以解釋，為什么材料環保質量與室內空氣質量之間經常出現矛盾。

4 結論

本文采用30立方米環境試驗艙法，對成品家具整體環保檢測過程中封閉時間、溫濕度、換氣率以及負載率對檢測結果的影響進行了研究。得出如下結論：（1）隨著封閉時間的延長，家具有害物質釋放規律分成兩個階段：快速釋放階段和穩定平衡階段；（2）溫濕度越高，家具釋放有害物質的速度越快，釋放的濃度也越高；（3）換氣率越大，家具釋放有害物質的速度越快，達到平衡階段的時間越短；（4）負載率越大，達到平衡時的濃度越高，但沒有對應的比例關系；（5）干燥器法與環境艙法之間的檢測結果沒有明顯的一一對應關系。

致謝

感謝中國建筑材料科學研究總院青年科學基金項目對本文的資金支持。感謝中國建筑材料檢驗認證中心環境評價與家具檢測室同事們的大力協助。

[1] GB 18584-2001,室內裝飾裝修材料木家具中有害物質限量.

[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）,民用建筑工程室內環境污染控制規范.

[7] 梅長彤. 大室法條件下人造板的甲醛散發量［J］.南京林業大學學報（自然科學版），2001，25（5）： 49～51.

[8] 嚴彥，王學光等. 木制人造板材甲醛釋放規律的研究［J］. 環境科學學報，2003，23（1）： 134～137.

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

[10] 張文儒，王軍等.人造板中甲醛在室內散發的熟悉模型［J］. 南京林業大學學報，2000，24（3）： 32～36.

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