床垫中甲醛、VOC挥发性有害气体收集方法的研究

2011-05-02罗菊芬张晓杰李隆平

质量与标准化 2011年2期

文/罗菊芬张晓杰李隆平

良好的睡眠离不开适宜的床垫，各类床垫产品与人们的日常生活已息息相关。但床垫中存在的甲醛、挥发性有机化合物（VOC）等挥发性有害气体的浓度若超过一定的范围，则会对人体造成危害。要科学检测确定甲醛和VOC等挥发性有害气体的浓度值，合理地收集床垫中的甲醛、VOC等挥发性有害气体是检测技术的重要环节之一。

一、床垫中甲醛、VOC的来源

床垫中的甲醛、VOC主要的来源有三个方面：一是在床垫的面料中所添加的染料、助剂、防腐剂中含有甲醛、VOC；二是床垫铺垫料中的一些泡沫塑料和化纤毡在处理时喷上了胶粘剂，常用的胶粘剂中都含有一定的甲醛、VOC；三是一些椰棕或山棕作铺垫料的床垫，在棕片的制作过程中，加入了大量的胶粘剂。因此，床垫中甲醛、VOC等有害气体主要来源于原材料和生产加工过程。

二、目前我国相关标准收集方法的局限性

我国轻工行业标准QB 1952.2-2004《软体家具弹簧软床垫》是目前我国唯一有关检测弹簧软床垫中甲醛释放量的标准，该标准规定收集甲醛的方法为：从弹簧软床垫的面料至铺垫料整体（单面）取样，取样部位应距离样品边缘和加载部位至少100 mm，试样尺寸为800 mm×500 mm，厚度不计，按装载率为0.4 m2/m3放入1 m3的气候箱。气候箱内的环境条件为：温度（23±1）℃，相对湿度（50±5）%，空气交换率每小时1.0，空气流速0.1 m/s～0.3 m/s，放置24h后采气。按GB18587-2001《室内装饰装修材料地毯、地毯衬垫及地毯胶粘剂有害物质释放限量》中的规定进行分析测试。该方法初步实现了床垫中甲醛释放量的检测，为床垫中甲醛释放量的控制起到了重要的作用，但是该方法存在以下几个方面的局限性：

1.有害气体的种类局限于甲醛，而对家具中消费者普遍关注的苯、甲苯、二甲苯等VOC测试方法和评价规则没有规定；

2.该收集方法是破坏性的，一方面不利于节约资源、保护环境；另一方面样品检测后基本报废不能使用，企业和消费者承担的检测风险较大，成本较高；

3.这种检测方法是局部取样检验，试验结果不能准确地反映整体床垫产品的甲醛及VOC的释放情况；

4.收集的环境不能真实反映床垫通常使用时释放有害气体的危害状态。

三、床垫中甲醛、VOC对人体危害的状态

通常情况下，床垫的下面有床支承，上面覆有床单、被子等，根据其甲醛、VOC的来源和使用状况，一般对室内有害气体的贡献率较小，对人体健康基本没有影响。但是，在自然睡眠状态时，通过人体体温通常为（36±1）℃加热、加湿后（温湿度对甲醛释放的影响见下表），床垫中释放的气体会从床垫的上表面（因床垫的下表面有床板阻挡）释放到床垫与被子形成的空间里。此时甲醛、VOC将在被子里聚集，通过人体呼吸系统，从而危害人体健康特别是在人把头捂在被子里睡觉的极端状态时。

温湿度对甲醛释放的影响表

四、甲醛、VOC收集器的研究

1.收集器形状规格的确定

床垫的高宽比一般小于1∶7，所以可忽略侧面的甲醛释放。在使用过程中床垫的下表面绝大多数都有床板阻挡，床垫中释放的气体主要从上表面释放到床垫与被子形成的空间中，因此床垫上表面可近似认为是有害气体释放的唯一表面。据GB/T10000-1988《中国成年人人体尺寸》标准中统计显示，我国成年人的平均身体尺寸为：男性身高178 cm、肩宽48 cm、胸厚26 cm；女性身高165 cm、肩宽46 cm、胸厚26 cm，故人睡觉时占用的床垫表面大约在长1.8 m、宽0.55 m、即1 m2面积上。如果采用平卧睡觉姿势所占高度平均为胸厚26 cm，采用侧卧睡觉姿势所占高度会小于肩宽46 cm。所以，本收集方法规定的甲醛、VOC收集器尺寸为长1000 mm、宽1000 mm、高300 mm的长方体箱体，完全模拟人体睡觉时所占用床垫空间体积。

2.收集器内环境温度的确定

由于人体是一个均匀而且恒定的发热体，在睡觉的所有空间温度分布都是均匀的，所以，为真实模拟睡觉环境，测量采集10人每日早晨刚睡醒时的被窝温度，汇总统计后取中值为36℃。故要求甲醛、VOC收集器中的加热器为热量均布（加热板任意两点的温差不大于0.5℃）的板式加热装置，加热板的尺寸为长800 mm、宽300 mm（加热装置不应使用点热源和线热源，如红外灯泡、石英加热管等），其功率以能在20 min～30 min的时间将箱内温度从15℃升到36℃，并保证温度恒定在（36±1）℃。

3.收集器中气体交换情况的确定

在睡眠过程中，被窝中的空气是自然换气的，无强制换气现象。因而，甲醛、VOC收集器采用四周各设置一个单向通气口和中间一个单向通气口，以保证自然换气要求。同时，中间通气口兼任采样口，这样在采样过程中可最大限度地使新进入的空气与被窝中的空气充分地混合，确保采样气体的均匀性。

4.采气量的确定

通过测量采集10人静坐呼吸量每小时通常在480L～600 L之间；据统计，人一生中70%左右的时间在室内度过，人均日吸入空气12 m3，并参考医学上的相关数据和GB/T18204.26-2000《公共场所空气中甲醛测定方法》中的有关规定，确定采样流量0.5 L/min，采样量为10 L。

5.收集器材料

收集器内壁和通气口的材料应使用低散发、低吸收性挥发性有机化合物以及易于清洗的惰性材料，例如不锈钢（砂光或抛光）、玻璃等。

甲醛、VOC收集器结构如图1所示：

图1 甲醛、VOC收集器结构图

6.床垫支撑架

为模仿床垫的通常使用状态，试验时应配备床垫支撑架，支撑架不但要有支撑功能，还要具有环保性能，应不使用任何胶粘剂及油漆涂料的、高度为220 mm～250 mm、长宽尺寸以被测试样品为宜（不应小于测试样品）的纯实木或不锈钢支架，其结构示意图见图2：

图2 测试架结构示意图

7.甲醛、VOC的收集

试验前甲醛、VOC收集器内表面应清洁干净。清洁时可以用碱性清洁剂清洗甲醛收集器的内表面，然后用清洁的蒸馏水擦拭测试室2次，然后烘干。收集器也可以通过热脱附进行清洁。

将已预处理24 h以上的床垫放入测试室的床垫支撑架上，在床垫的中心位置放置甲醛、VOC收集器，并保证与床垫所接触的边紧贴床垫表面，使之形成密闭的收集空间，见图3（甲醛、VOC收集器示意图）。启动甲醛、VOC收集器的加热器，当甲醛、VOC收集器内的气体温度达到36℃时开始计时，1 h后进行甲醛采样，甲醛采样1 h后进行VOC采样。采样流量均为0.5 L/min，抽气10 L。