人造板VOCs检测方法与限量规定

于海霞，郑洪连，方崇荣，徐漫平

（1. 浙江省林产品质量检测站，浙江 杭州 310023；2. 常州市产品质量监督检验所，江苏 常州 213001）

近年来，室内挥发性有机物（VOCs）对人体健康的危害成为消费者关注的热点问题。VOCs分为很多种类，大部分VOCs对人体都有毒害作用，当达到特定浓度时具有强烈的致癌、致突变作用。

人造板作为室内装修用主要材料是室内VOCs的一个主要来源。本文介绍了人造板VOCs的种类、来源及其对人体及环境的危害，并综述了目前国内外人造板VOCs检测方法及限量规定，以期为人造板生产企业提供安全性能技术信息，并为国内增修订标准提供参考依据。

1 VOCs的定义与种类

1.1 VOCs的定义

VOCs是挥发性有机化合物（Volatile organic compounds）的英文缩写，世界卫生组织（WHO）对总挥发性有机化合物（Total volatile organic compounds，TVOC）的定义为熔点低于室温而沸点在50 ～ 260℃的挥发性有机化合物的总称。

1.2 VOCs的种类

按化学结构的不同，VOCs可分为8大类：烷烃、芳烃类、烯烃、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其它。在一般的室内环境中存在100种以上的VOCs，其中常见的VOCs有甲苯、二甲苯、对-二氯苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛等。WHO（1989）对VOCs的分类见表1。

表1 WHO（1989）对VOCs的分类Table 1 VOCs classification according to WHO（1989）

2 VOCs对人体及环境的危害

2.1 VOCs对人体的危害

VOCs被吸入人体后，会由于其可溶性和沉淀性而在体内留存。WHO公布的2002年世界卫生报告中将室内空气污染与高血压、胆固醇过高以及肥胖症等共同列为人类健康的十大威胁。甲醛作为VOCs的一种一直以来倍受关注，2004年WHO国际癌症研究机构（IARC）153号公报已将甲醛定为致癌物质，2005年美国健康和公共事业部及公共卫生局也将甲醛列入一类致癌物质；苯、甲苯及某些多环芳烃已被确认对人体有致癌性，部分卤代烃已在啮齿动物体内确认有致癌性；甲苯、二甲苯在溶剂分类中属于中等毒性溶剂，对人体具有麻醉、刺激作用。苯属于剧毒溶剂，少量吸入也会对人体造成长期的损害。

2.2 VOCs对室内空气质量（IAQ）的影响

随着人们在室内停留时间的增加，由人造板挥发出VOCs而造成IAQ污染已引起关注。近年来诱发和发生不良建筑物综合征（SBS）、建筑物关联症（BRI）、化学物质过敏症（MCS）等事件呈上升趋势。即使室内VOCs浓度低于国家室内空气质量标准，也并不代表他们对人无害，现代医学已证明，即使低浓度的 VOCs也能造成SBS。此外由于婴幼儿90%的时间是在室内度过，所以IAQ对儿童的侵害时间更长，由于儿童尚未完全发育，同等情况下VOCs对儿童的侵害程度比成人更为严重。

2.3 VOCs对气候的危害

VOCs在室外太阳光和热的作用下能参与氧化氮反应并形成臭氧，使得低层大气中臭氧浓度增大。低层大气中的臭氧导致空气质量变差，是夏季烟雾的主要组分，臭氧能引发人体呼吸系统问题，此外高度集中的臭氧对农作物和建筑物也会造成损害，从而危及生物的生存；在高层大气中臭氧能够吸收潜在的有害紫外线辐射，但挥发到大气中的很多卤代烃却能破坏上层臭氧层，从而导致太阳的高能紫外线过量地到达地球表面。

此外，有机挥发物还可能产生温室效应，使地球变暖，有人认为有机挥发物造成的温室效应将是二氧化碳的两倍。

3 人造板VOCs的来源

人造板是以木材、木屑、碎料、刨花及其加工剩余物为原料，经加工而制成的人造板材。人造板在加工处理、陈放及使用过程中都会不同程度释放 VOCs。主要以甲醛及苯、甲苯、乙醇、氯仿等挥发性有机物为主，其来源于主要有以下几个方面。

3.1 胶粘剂

人造板工业中大量使用脲醛、酚醛和三聚氰胺树脂等醛基类胶粘剂，醛基类胶粘剂中未参加固化反应的游离甲醛、固化过程中释放的游离甲醛和固化后分解出的甲醛导致了人造板在生产制造、陈放和使用过程中甲醛的持续而漫长的释放。

3.2 表面加工过程

随着人造板装饰工业的现代化，所使用的涂料已从植物制造的干性、油性涂料，发展到改性的硝基树脂涂料、醇酸树脂涂料、酚醛树脂涂料等，涂料的结构发生了根本的变化，这些涂料大多含有30% ～ 80%的有机溶剂。溶剂型的木器涂料（硝基漆、聚氨酯漆和醇酸漆）含有很多挥发性有机化合物，如苯、甲苯、二甲苯、甲醛、丙酮、二异氰酸酯（TDI）等。这些挥发性有机物大部分是易燃、易爆、有毒的物质，随着饰面加工的进行，将残留在木制品中并缓慢释放。

3.3 染色过程

随着人们欣赏品味的提高，染色人造板得到大量的推广和应用，而染色剂中含有很多有害化学物质及有机挥发物。

3.4 木材本身含有VOCs易挥发成分——抽提物

人造板中释放的VOCs有一部分来源于木材本身，如抽提物、树脂、松香等天然有机化合物。

4 人造板VOCs的检测标准与试验方法

目前制定人造板挥发性有机物释放测试方法标准的组织主要有国际标准组织（ISO），美国试验材料学会（ASTM）、欧洲标准化委员（CEN）会及日本工业标准协会（JIS）等。

VOCs的检测分为挥发性有机物释放检测与甲醛释放检测，由于甲醛检测标准有独立的一套体系，本文主要叙述除甲醛外的VOCs释放的检测。

4.1 人造板VOCs标准的起源与相互关系

VOCs检测方法标准的发布最早开始于美国。1997年美国试验材料试验学会发布、并于2010年重新修订了ASTM D 5116《小尺度环境箱法测定室内材料/产品的有机挥发物释放量指南》[1]，内容主要涵盖实验设备及整个试验过程和方法，但并未对具体试验参数进行明确规定，1998年ASTMD对此标准进一步细化并发布、并于2008年重新修订了ASTM D 6330《规定测试条件下小型环境箱法测定人造板中有机挥发物（除甲醛外）释放量》[2]，2001年发布、并于2007年修订了ASTM D 6670《全尺寸环境箱法测定室内材料和产品有机挥发物释放量》[3]；欧洲标准化委员会参考美国试验材料学会标准，于2002年发布prEN 13419-1《建筑产品—有机挥发物释放量的测定 第1部分：释放环境箱法》[4]、prEN 13419-2《建筑产品—有机挥发物释放量的测定 第2部分：释放容器法》[5]、prEN 13419-3《建筑产品—有机挥发物释放量的测定 第3部分：抽样、样品贮存和试件制备》[6]；日本工业标准协会参考ASTM D 6330-98、ASTM D 6670-01及prEN 13419-1、2，于2003年制定、并于2009年修订了JIS A 1901《建筑材料中有机挥发物、甲醛及其它醛基类化合物释放量测定方法》[7]；2006 年国际标准组织参考 prEN 13419-1～3 制定、发布了 ISO 16000-9～11[8～10]，分别与 EN 13419-1、EN 13419-2、EN 13419-3相对应并加以替代。

我国现在甲醛标准相对较完善，2001年12月颁布了包括人造板、涂料、壁纸等10项室内装饰装修材料有害物质限量的标准—《室内空气卫生规范》。在VOCs规范方面主要针对木家具、地毯、油漆、涂料、胶粘剂等产品。环境保护部于2010年重新修订并发布环境部强制性标准HJ 571-2010《环境标志产品技术要求—人造板及其制品》[12]，内容包括人造板甲醛、VOCs测试方法及限量规定。此外我国国家标准GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》[13]、GB 50325—2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》[14]也分别对室内空气VOCs的检测和限量做了相关规定。

4.2 人造板VOCs主要标准及异同对比

人造板VOCs检测原理是将人造板样品置于环境试验箱中，对环境试验箱内温度、相对湿主度、承载率、换气量及风速等条件加以控制，一定时间或达到一定平衡状态时，以固定流量对试验箱内的空气进行采样，并通过气象色谱对VOCs进行定性与定量分析。

样品中的VOCs释放是个漫长的过程，一般来讲将随时间的延长而递减并最终达到一定的稳定状态。试验箱内参数设定对试验结果影响较大，表2汇总了人造板VOCs检测的主要几个标准的参数值。

表2 人造板VOCs主要标准试验参数对比Table 2 Comparison of the test parameters in different VOCs test standards

4.2.1 样品前处理 试验前的平衡处理对样品中VOCs的稳定释放和最终测试结果有直接的影响，平衡处理可增加试验结果的可溯性和可比性。但各标准体系对平衡处理规定有所差异，ASTM标准中规定了样品平衡处理环境条件及时间，ISO标准、JIS标准则未对样品平衡处理做相关规定，我国HJ标准要求样品需为近期生产，对平衡处理未作要求。

4.2.2 样品表面风速 ASTM D 6330和ASTM D 6670均指出VOCs释放的主要影响因素是样品内部VOCs的扩散，表面风速在试验开始的5 ～ 10 h对VOCs释放略有影响，随着试验时间的推移，风速对VOCs释放状态影响甚微，所以对风速未做要求，其它标准均对风速有明确要求。

4.2.3 封边 全尺寸试验箱法VOCs测定是以产品整体做为样品，一般不涉及封边，封边仅针对小尺寸试验箱法，JIS A 1901、ASTM D6330和ISO 16000-9三个小尺寸试验箱法VOCs测定标准均要求对样品的边缘和背面进行封边，并对样品封边箱进行了详细的规定，HJ 571规定单饰面产品背面和边缘密封，未提及封边装置。

4.2.4 试验条件 从表2可以看出，ISO标准和ASTM标准的温、湿度条件均为23℃、50% RH，我国HJ 571相对湿度有所不同为45%。实际上ASTM D 6670对温、湿度并未作十分明确规定，表2中所列的主要针对于不释放热量和不易吸收或释放水分的样品，表2中所列ISO 16000-9的温、湿度条件适用于欧洲地区，对于热带地区试验条件则为27℃、65%RH，特定场所试验条件为20℃、65% RH。日本工业协会为更直接的模拟装饰材料真实使用状态，依据日本室内环境条件将试验温度定为28℃，这与其他国家标准有明显不同。

4.2.5 试验箱体积 按照试验箱容积大小可以分为全尺寸、小尺寸和现场与实验室释放容器法（Field and laboratory emission cell，FLEC）。全尺寸试验箱可以对产品进行整体测试以模拟产品实际使用状态，小尺寸试验箱需要对待测产品采集小样，而FLEC法的试验腔直接吸附在样品表面，增加了对样品均匀性和表面平整性的要求。ASTM标准将小尺寸和全尺寸试验箱分别列为一个标准；JIS和我国HJ标准仅针对小尺寸试验箱，区别是HJ仅限定试验箱体积为1 m3，而JIS标准中的体积变化范围为20 ～ 1000 L；国际标准全尺寸和小型试验箱标准为ISO 16000-9，ISO 16000-10为FLEC法。

4.2.6 标准分类 JIS A 1901和HJ 571内容涵盖VOCs的测试方法及限量规定，其他标准均为试验方法标准。

4.3 VOC采集与定性、定量分析方法

GC和GC、MS使用最为普遍，目前TVOC的检测标准方法主要以气相色谱法为主。

4.3.1 气相色谱法（GC） 气相色谱法是近些年发展起来的一种新的分离分析方法。其原理是将空气中的挥发性有机化合物经过分子扩散作用被采样器中的吸附剂吸收，用二硫化碳洗脱后，经聚乙二醇色谱柱分离，用检测器检测得出结果，以保留时间进定性，峰高进行定量，得出VOCs浓度。气相色谱法具有高效能，高选择性，高灵敏度，分析速度快，应用范围广的特点而被普遍采用，测量的数据具有可信性和仲裁权威。但采样和分析过程复杂，分析时间较长，测量成本比较高。

气相色谱法常用的检测器有：火焰离子化检测器（FID）、电子捕获检测器（ECD）、质谱检测器（MS）、火焰电离检测器（FPD）。FID对几乎所有的有机化合物均有响应，特别对烃类灵敏度最高，目前GC使用FID检测器对VOCs进行定性和定量比较成熟。

4.3.2 气相色谱一质谱联用法（GC/MS） GC/MS可以同时完成对样品的定性和定量分析，方便快捷，但质谱仪价格较高，较难推广使用。

4.3.3 光离子化检测器（PID） 是一种带光离子化检测器的便携式仪器，有人称为不带分离柱的便携色谱仪，可用于现场检测。其检测原理是用具有一定电压的紫外灯为光源，电离电压低于此电位的气体被照射后发生电离，形成电流，当电离电位小于紫外（UV）灯能量的化合物气体或蒸气通过离子化室时，光离子检测器的紫外光源(UV)就会将该化合物电离成可被检测到的正负离子（即离子化）。检测器测量离子化后的气体电荷并将其转化为电流信号，然后电流被放大并转化为浓度值在仪器上显示出来。通过检测该电流的强弱可测得空气中VOCs的浓度。

4.3.4 便携式TVOC仪检测法 便携式TVOC检测仪可以快速测定待测样品的TVOC的大致浓度，发现超标再采用色谱或气质联用等方法加以确认，从而达到好、多、快、省的测试目标，该检测仪检测范围宽，可以检测绝大多数的VOCs，只对有机化合物产生响应，大多数无机化合物不产生干扰，并具有误差小，速度快，能24h连续检测，提供TVOC随时间变化的曲线的优点。

5 人造板VOCs释放限量

人造板VOCs的研究和限量最早开始于欧洲。欧盟生态标签（Eco-label）对构造覆面的软木、竹或木纤维中的VOCs限量规定见表3。

国际标准ISO/TC 219N135对弹性铺地物、纺织铺地物和层压板铺地物中的TVOC，按照ISO 16000-6，EN 13419-1 ～ 3标准检测，在试验开始第3天时 TVOC≤10000 µg/m3，在试验开始第 28天时TVOC≤1000 µg/m3。

德国建筑产品健康评估委员会（AgBB）2004年规定按照 ISO 16000-9方法检测的建筑材料第三天的TVOC释放不得超过10 mg/m3[15]，第28天的TVOC释放不得超过1 mg/m3。

日本工业标准JIS A 1901：2009，对建筑材料VOCs进行了规定，详见表4。

我国国家强制性标准GB 18883-2002规定室内空气总挥发性有机物小于0.60 mg/m3[13]；GB 50325-2010对室内空气的TVOC限量I类为0.50 mg/m3，II类为0.60 mg/m3[14]，HJ 571-2010《室内空气质量标准》要求试验开始后72 h的TVOC释放不得超过0.50 mg/（m2·h）[12]。

表3 Eco-label中TVOC限量规定Table 3 TVOC limitation in Eco-label

表4 日本对建筑材料挥发有机化合物（VOCs）的规定Table 4 VOCs imitation emitted from building product in Japan

6 结论

（1）室内空气质量尤其是新装修的室内空气质量应当引起一定的重视，尽量采取通风或净化空气等方式减少装饰、装修材料中释放的VOCs对人体的危害。

（2）生产企业在加工制造人造板过程中，应慎重选择原、辅材料，如胶粘剂、油漆、涂料或其他添加剂等，应优先选择低VOCs释放材料。

（3）我国人造板产品VOCs释放特性及水平方面的研究尚不成熟，制定VOCs限量标准仍需大量前期试验研究，建议加强VOCs方面的科学研究，为标准的完善提供依据。

（4）我国人造板VOCs释放方面的标准尚需进一步完善，以预防我国人造板出口目标国在此方面设定技术壁垒。

（5）建议制定标准的试验参数、试验箱体要求、单位等参照国际间通用性较高的标准，做到尽快与国际接轨。

（6）现场与实验室释放容器法（FLEC）试验操作简单、快速、成本低，建议对此方面进一步研究。

甲醛和VOCs释放是人造板产品安全性能的重要方面，我国人造板VOCs标准方面研究起步相对较迟。为促进我国人造板产品的健康、稳定发展，此方面的研究仍需加强，以期提高我国人造板产品在国际上的竞争力。

[1]ASTM D 5116-2010, Standard Guide for Small-Scale Environmental Chamber Determinations of Organic Emissions from Indoor Materials/Products[S].

[2]ASTM D 6330-1998, Standard Practice for Determination of Volatile Organic Compounds (Excluding Formaldehyde) Emissions from Wood-Based Panels Using Small Environmental Chambers under Defined Test Conditions[S].

[3]ASTM D 6670-2001, Practice for Full-scale Chamber Determination of Volatile Organic Emissions from Indoor Materials/Products[S].

[4]prEN13419-1:2002, Building Products-Determination of the Emission of Volatile Organic Compounds-Part 1: Emission Test Chamber Method[S].

[5]EN13419-2:2002, Building Products-Determination of the Emission of Volatile Organic Compounds-Part 1: Emission Test Chamber Method[S].

[6]EN13419-3:2002, Building Products-Sampling, Storage of Samples and Preparation of Test Specimens Part 3: Selection and Preparation of Samples for Testing [S].

[7]JIS A 1901:2009, Small Chamber Method-Determination of the Emission of Volatile Organic Compounds and Aldehydes for Building Products [S].

[8]ISO 16000-9:2009, Indoor Air-Part 9:Determination of the Emission of Volatile Organic Compounds from Building Products and Furnishing-Emission test Chamber Method [S].

[9]ISO16000-10: 2006, Indoor Air-Part 10: Determination of the Emission of Volatile Organic Compounds - Emission Testing Cell Method [S].

[10]ISO16000-11: 2006, Indoor Air-Part 11: Determination of the Emission of Volatile Organic Compounds -Sampling, Storage of Samples and Preparation of Test Specimens [S].

[11]ASTM D 7143: 2011, Practice for Emission Cells for the Determination of Volatile Organic Emissions from Indoor Materials/Products[S].

[12]HJ570-2010，环境标志产品技术要求——人造板及其制品[S].

[13]GB/T18883-2002，室内空气质量标准[S].

[14]GB50325-2010，民用建筑工程室内环境污染控制规范[S].

[15]AgBB-July 2004 LCI’s in Part 3, A Contribution to the Construction Products Directive: Health-related Evaluation Procedure for Volatile Organic Compounds Emissions (VOCs and SVOC) from Building Products[S].