成品家具有害物质释放量检测中影响因素研究

张 平 田 壮

（中国建筑材料科学研究总院，中国建筑材料检验认证中心有限公司，北京 100024）

1 前言

近年来，由家具造成的室内空气污染已经成为继建筑污染、装饰装修污染后的第三大污染源。消费者对家具引起的室内空气污染的投诉和相关咨询越来越多，涉及的范围逐渐扩大，因家具造成室内空气污染超标而引起的纠纷也不断增多。然而现有对家具的检测方法（GB18584-2001装饰装修材料木家具有害物质限量）是采用破坏式方法，检测时需要从家具上切割一定面积的板材用“干燥器法”进行甲醛释放量检测[1]。虽然这种方法在一定程度上对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却污染室内空气的现象。原因就在于目前的家具国家标准检测方法存在一定的弊端：家具板材的检测结果不能完全代表整套家具的污染物释放情况。

美国等发达国家对室内装饰装修材料及产品（包括家具）的检测一般采用环境舱法，目的是尽量模拟材料的使用条件，测量材料的有害物质 释 放 量。如ASTM. D 5116-97和ASTM. D 6670-01分别用小环境舱和大环境舱测量室内材料及制品的挥发性有机物释放量[2,3]，ASTM.E 1333-2002用大舱法测量木制产品甲醛释放速率及空气中甲醛浓度[4]。美国环境保护协会（U.S.EPA.）建议采用大舱法测量产品的挥发性有机物和醛类的释放量[5]。我国标准GB 50325-2001附录A中采用环境舱法测量材料中游离甲醛释放量[6]，GB 18580-2001中将气候箱法测定饰面人造板甲醛释放量作为仲裁法，但检测对象仅限于测量人造板材，检测指标也只有游离甲醛释放量一项。

目前国内还没有对成品家具整体进行检测的方法以及标准出台。但是对各种人造板材有害物质释放量的检测方法的研究却很多。南京林业大学梅长彤用穿孔法和大室法研究了四种不同人造板的甲醛释放水平，认为大室法条件下人造板甲醛释放速率呈指数规律衰减，并给出了此条件下人造板甲醛释放量水平的预测公式[7]。华中师范大学严彦等对11种木质人造板甲醛释放规律进行了研究，建立了短期和长期舱浓度随时间变化的模型[8]。中国疾病预防与控制中心谭琳琳等对人造板材甲醛释放与环境温湿度的关系进行了研究，认为甲醛的释放量与高温、高湿环境关系密切[9]。南京林业大学张文濡等研究建立了人造板中甲醛在室内散发的数学模型，提出了评价人造板甲醛释放过程的两个指标，得出了甲醛含量随时间变化的不等式估计以及居室达到环境质量标准的时间估计[10]。北京市木材家具质量监督检验站罗文圣等研究了室内空气中甲醛浓度与人造板使用量的关系，认为要使室内空气质量达到目前的国家标准限量，材料的甲醛释放量不能大于0.5mg/L[11]。

表1 主要实验仪器设备

成品家具有害物质释放量不仅与使用的材料有害物质的含量有关，还与材料的使用量有关。随着人们对室内空气质量环境的重视，消费者关心的不仅仅是产品的原材料是否合格，更要求家具搬入后不会对房间内的空气产生污染。所以对成品家具进行有害物质释放量的检测是未来家具检测的必然趋势。许多研究者正是认识到了板材有害物质释放量检测存在的缺陷，才开始研究板材用量与室内空气有害物质浓度的关系，并试图建立各种数学模型和计算公式。但这些研究也仅仅是限于人造板材。本文将从成品家具的角度研究成品家具甲醛和TVOC的释放规律与温湿度、换气率、负载率等实验条件的关系。

2 实验

2.1 实验方法原理

将成品家具整体放置于一个30立方米的环境试验舱中，根据菲克定律和气体扩散原理，在一定的实验条件下，家具板材中所含有的挥发性有机污染物会通过家具表面从内而外释放到试验舱中，并在一定时间达到相对平衡。通过设置在舱壁的气体采样孔采集舱内的有机污染物气体，分析气体的浓度，从而确定不同实验条件下家具有机气体污染物的释放规律。

2.2 实验设备

本实验中所用的主要仪器设备见表1。

2.3 实验过程

2.3.1 测试舱准备

每次实验前，用清水擦洗测试舱内壁，并开启恒温恒湿系统及通风排气系统彻底排出前一次实验的残留物。

2.3.2 采样仪器设备准备

（1）采集TVOC样品的TENAX采样管须在250℃高温下活化。活化条件为：氮气流量100ml/min；活化时间不少于60min。所有活化好的采样管须存放在样品袋中密闭保存，有效期为3天。过期后须重新活化。

（2）采样瓶、比色管须用去离子水在超声波中清洗3遍，每次15分钟，烘干后备用，最好提前1至2天准备。

2.3.3 测试舱本底浓度测试

（1）环境舱净化：打开舱内所有密闭阀门，启动排风机1小时以上，此时舱内空气经排风口排出，以排除上次实验中残留的有害气体。

（2）温湿度调节：开启恒温恒湿空调系统，将温湿度设置成实验所需的要求。

（3）测试本底浓度气体采集： 封闭不同时间点处（封闭计时起点从关闭排风口密闭阀门起算），采集舱内甲醛和TVOC气体，作为舱内的各个时间点的本底浓度。

2.3.4 样品测试

（1）环境舱净化：同上2.3.3（1）。

（2）温湿度调节：开启恒温恒湿空调系统，将温湿度设置成实验所需的要求。

（4）气体采集：通风完毕后，关闭排风机及排风口密闭阀门，封闭不同时间点处，采集舱内甲醛和TVOC气体。

（5）实验结束：从舱内搬出样品，同时打开排风口密闭阀门和排风机。

2.3.5 空气样品分析与数据处理

（1）空气样品分析

甲醛气体浓度的测试分析依据GB/T 18204.26-2000采用酚试剂分光光度法，TVOC浓度的测试分析依据GB/T 18883-2002附录C气相色谱法。

（2）实验数据处理

所有分析结果必须扣除舱内本底浓度：

2001年4月，余东义怀揣着对新疆、对兵团的梦想与妻子樊金丽踏上了西行的火车，来到了五师九十一团四连。30岁年轻力壮的他，被选到团场炮点担任一名炮手，保护着团场几万亩农作物不受冰雹的危害。

C=Cs−Cb

C——家具实际释放浓度（mg/m3）；

Cs——放置家具时舱内浓度（mg/m3）；

Cb——舱内本底浓度（mg/m3）。

3 结果与讨论

3.1 温湿度对检测结果的影响

由于我国南北气候差异以及不同季节差异，南方地区夏季往往出现容易出现高温高湿天气，北方地区冬季则多为低温干燥天气。家具在这些不同的气候条件下释放有害物质的规律如何呢？通过调节温湿度的设置，我们在30立方米环境试验舱中模拟了三种不同的温湿度条件，在试验舱保持完全密闭的条件下，测试了某品牌家具的甲醛和TVOC释放量情况。检测结果见图1、2。

图1 不同温湿度条件下甲醛释放曲线

图2 不同温湿度条件下TVOC释放曲线

根据气体扩散原理，温度的升高有利于气体分子的扩散运动，加快了家具板材中有害物质的释放速度，从实验结果中基本上也验证了这一点。湿度增加，空气中有害物质分子与水分子结合，有利于家具中有害物质的进一步释放，从而使空气中的甲醛和TVOC浓度明显增加，这一规律与文献[9]中所得出的结论是吻合的。这也是在夏季高温高湿环境中室内空气容易超标的原因之一。

3.2 换气率对检测结果的影响

换气率指每小时室内外气体交换的次数，一般要求房屋的自然换气率至少每小时1次，随着现代建筑的节能要求提高，建筑的密闭性越来越好，从而降低了建筑的自然换气率，为了达到室内新风量的要求，必须采用中央空调新风补偿系统。本试验中设计了三种不同的换气率条件，对家具的甲醛和TVOC释放规律进行研究。见图3、4。

图3 不同换气率条件下甲醛释放曲线

图4 不同换气率条件下TVOC释放曲线

从图3、图4中可以看出，换气率对检测结果主要有两方面的影响。一方面是影响有害气体释放的速率，随着换气率的增加，家具释放有害气体的速率加快；另一方面影响家具释放的有害气体达到平衡时的浓度，随着换气率的增加，成下降趋势。因此在成品家具整体环保检测时，必须考虑设置一个统一合理的换气率，以保证检测结果的可比性。

3.3 封闭时间对检测结果的影响

封闭时间是指家具放置于实验环境舱中密闭的时间长短，从图1～4中都可以看出随着封闭时间的延长，家具释放的有害气体浓度基本成两个阶段：前期快速释放阶段和后期释放平衡阶段。在温湿度、换气率保持一致的条件下，两个阶段之间的分界线处决于家具的污染物释放水平。因此在家具整体环保检测的过程中最好是在不同的时间点进行不间断监测，以掌握家具有害物质释放规律。

3.4 材料负载率对检测结果的影响

材料的负载率是指材料的有效面积与实验环境舱体积之间的比例，单位是m2/m3，材料的负载率表明在一定的空间内所承载的材料用量的多少。在保持其他参数一致的条件下，我们采用通过控制同一种板材的负载率为0.1 m2/m3、0.2 m2/m3、0.4 m2/m3，对三种不同情况下的甲醛和TVOC的释放规律进行研究。

图5 不同负载率条件下甲醛释放曲线

图6 不同负载率条件下TVOC释放曲线

从图5、图6中可以看出，负载率确实对检测结果有一定的影响，负载率的增加势必影响有害物质的累积，但这种累积效应与负载率之间并不存在比例关系。在负载率成指数关系增加的时候，有害气体的浓度成上升趋势，但并不成指数增加。尽管如此，在材料特别是家具实际使用过程中还是应该根据使用空间的大小合理控制材料和家具的用量，以防止有害气体的累积超出室内空气质量标准要求。

3.5 干燥器法与环境舱法比较

研究过程中，我们还对15个家具样品采用干燥器法和环境舱法进行了对比实验，干燥器法测出甲醛释放量与环境舱法12小时的甲醛释放量数据进行对比，见图7。

图7 干燥器法与环境舱法检测结果比较

从图7可以看出，除了个别样品外，大部分样品两种检测方法的检测结果之间并没有明显的一一对应关系。这也就可以解释，为什么材料环保质量与室内空气质量之间经常出现矛盾。

4 结论

本文采用30立方米环境试验舱法，对成品家具整体环保检测过程中封闭时间、温湿度、换气率以及负载率对检测结果的影响进行了研究。得出如下结论：（1）随着封闭时间的延长，家具有害物质释放规律分成两个阶段：快速释放阶段和稳定平衡阶段；（2）温湿度越高，家具释放有害物质的速度越快，释放的浓度也越高；（3）换气率越大，家具释放有害物质的速度越快，达到平衡阶段的时间越短；（4）负载率越大，达到平衡时的浓度越高，但没有对应的比例关系；（5）干燥器法与环境舱法之间的检测结果没有明显的一一对应关系。

致谢

感谢中国建筑材料科学研究总院青年科学基金项目对本文的资金支持。感谢中国建筑材料检验认证中心环境评价与家具检测室同事们的大力协助。

[1] GB 18584-2001,室内装饰装修材料木家具中有害物质限量.

[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）,民用建筑工程室内环境污染控制规范.

[7] 梅长彤. 大室法条件下人造板的甲醛散发量［J］.南京林业大学学报（自然科学版），2001，25（5）： 49～51.

[8] 严彦，王学光等. 木制人造板材甲醛释放规律的研究［J］. 环境科学学报，2003，23（1）： 134～137.

[9] 谭琳琳，戴自祝等.人造板材甲醛释与热环境关系的模拟现场研究［J］. 中国卫生工程学，2005，4（3）：137～139.

[10] 张文儒，王军等.人造板中甲醛在室内散发的熟悉模型［J］. 南京林业大学学报，2000，24（3）： 32～36.

[11] 罗文圣，兴丰等. 室内空气中甲醛浓度与人造板使用量的关系［J］. 木材工业，2006，20（5）： 24～26.