高温条件下环境测试舱内VOC采集方法优化研究

2020-04-02王晓明景艳

建材与装饰 2020年8期

王晓明景艳

（上海建科检验有限公司 201108）

0 前言

2015年秋季，毒跑道事件频发，引发了剧烈的社会反响。在此之前，我国早于2012年已经实施了《合成材料跑道面层》GB/T 14833—2011，《体育场地使用要求及检验方法第6部分：田径场地》GB/T 22517.6—2011，但是上述两项标准为推荐性标准，并非强制执行、且标准滞后、检测项目不完善。这两份标准中面层有害物质的检测项目仅限于面层中的苯系物、游离甲苯二异氰酸酯以及重金属项目检测，缺乏有害物质释放量项目检测。毒跑道事件在一定程度上也反映了这两份标准的滞后性。

因此，在随后半年内，上海、深圳等地相继发布地区标准，希望有效控制当地跑道安全问题。国标委于2018年针对校园内跑道原料及成品生产指标实施了强制性《中小学合成材料面层运动场地》GB 36246—2018，与GB/T 14833—2011及GB/T 22517.6—2011相比，国标除了增加跑道原材料有害物质检测以外，还填补了跑道成品环保性能验收的空白。跑道释放量合格与否成为成品最终验收的重中之重。新标准的实施也要求施工方及原料生产商提高自身产品的环保性能，这在很大程度上控制了跑道生产过程中的不合理现象。

随着GB 36246—2018的推行，在原材料检测之外，全国各地的检测机构相继开办了跑道成品的有害物质释放量这一项目。跑道有害物质释放量检测对于各机构来说都是一种比较先进的检测技术，尤其是高温条件下采集环境舱内空气在此之前接触较少，以往我国大部分环境测试舱法都是参考室内温湿度去平衡，不涉及户外高温。而学校跑道大部分铺设在室外，在夏季高温天气受环境的影响，短期内可能会释放大量有害气体，加大跑道周边空气污染，导致出现毒跑道事件，因此高温采集TVOC势在必行。本次对比试验着重于用Tenax-TA吸附管在高温下运用不同方法采集环境测试舱内空气。

1 小型环境测试舱系统简介

环境舱提供一个封闭的环境，用以模拟材料和制品的释放过程，从而评估其对空气质量的影响。一般将内体积在1m3及以下的环境舱均称作小型环境舱，其结构包括舱体、空气供给系统和尾气系统三个部分。为保证环境舱系统自身的释放和吸收作用很小，系统中接触舱内空气的部分必须用惰性材料制成（一般为不锈钢或玻璃）。

2 GB 36246—2018中环境测试舱的要求

GB 36246—2018《中小学合成材料面层运动场地》中附录I中提出小型环境测试舱为60L的密封舱，要求测试条件为空气温度（60±2）℃，空气相对湿度（5±2）%，空气交换速率（1±0.01）h-1，试样表面空气流速0.1-0.3m/s，材料/舱载荷比 0.4m2/m3。

样品在环境测试舱内平衡（24±1）h之后进行舱内空气采样。

3 三种采集舱内空气的对比及分析

3.1 采集环境舱内气体的方法介绍

GB 36246—2018《中小学合成材料面层运动场地》中附录I中提出采集舱内气体中的污染物时，吸附管与环境舱的出气口直接相连，无连接管，在必要时采用串联吸附管来收集有害物质。本次研究探讨吸附管与高温环境舱相连接时有无介质是否会对试验结果产生影响。确定最佳采样方式后，比较不同采样流速及时间，验证最佳采样条件。本文研究过程中环境舱条件参考GB 36246—2018中的要求。

3.2 预制型跑道有害物质采集与分析

本次试验选择预制型橡胶跑道作为实验对象，由于预制型橡胶跑道大部分都有较高的释放量及明显的目标物质，可以清晰对比三种采样方式的优缺点。

除了跑道相关以外，目前涉及到采样管采样方式的标准，比如GB 18587—2001，GB/T 50325—2010（2013）都没有明确规定具体的采样方式，因此各检测机构在检测环境舱样品时采取的采样方式不尽相同，这在一定程度上影响了市场的健康发展。GB 36246—2018则明确了跑道样品测试时用采样管直接采样，为了确保检测的准确性，必须要比较各种采样方式的异同。

因此这次实验采用无连接管；有连接管，包括10cm乳胶管以及10cm特氟龙管三种采样方法进行对比，采集气体并分析后分别得出的数据如图1～图3所示。

图1 无连接管的串联Tenax-TA管数据分析谱

图2 连接管为10cm乳胶管串联Tenax-TA管数据分析谱

实验样品TVOC检出种类及检出量较大，为了直观比较三种采样方式异同，选择谱图中较高的四个峰进行定性及定量。图1～图3左侧为串联管前一根，右侧为串联管后一根。1号物质为苯乙烯，CAS号100-42-5，沸点在146℃。2号物质为1，3-二异丙苯，CAS号为99-62-7，沸点在203.2℃。3号物质为 1，2，4-三乙苯，CAS 号为 877-44-1，沸点在 220℃～222℃。4号物质为2，6-二叔丁基对甲酚，CAS号为128-37-0，沸点在265℃。

图3 连接管为10cm特氟龙管串联Tenax-TA管数据分析谱

由图1～图3得出，采用乳胶管连接采样口时，采集到的4种物质总量最小，采用无连接管采集的TVOC浓度与特氟龙管连接相比较多，同时对于低沸点物质吸附性更好。

在实际采样过程中，由于舱内处于高温状态，采样管直接伸入舱内，所采集的挥发性物质可能会穿透采样管，导致检测结果偏低。在2016年版本的上海团体标准中，并未明确表明如何采集舱内气体，为了避免穿透现象，需要采用乳胶管在舱体和采样管之间进行连接。

4 采样条件优化

由于GB 36246—2018并没有明确规定采样流速及采样时间。因此，本次实验保持采样体积一定，选取4种采样流速及采样时间进行吸附管串联采样，具体如表1所示。优化实验选择两组塑胶跑道样品，分别进行四次测试，经质谱分析后共比较17种VOC浓度变化，见表2。

表1 实验采样条件

由表2可知，总采样量为4L时，采样流速为0.1L/min、采样40min时，采集到的VOC种类最多，含量最高。随采样流速逐渐增加，吸附管采集到的VOC逐渐降低。GB 36246—2018中明确了总挥发性有机化合物的标准样品为苯、甲苯、对（间）二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯、乙苯、乙酸丁酯、十一烷。因此选取样品1中检出的甲苯、对二甲苯、苯乙烯为例，单个物质及TVOC检出量呈递减态势。

根据实际检测过程中遇到的问题，采样流速对挥发性有机化合物的影响是很明显的。当流速过高极易造成有害物质无法附着在吸附剂上，导致检测数据偏小。但是对于测试时间考虑，GB 36246—2018标准中要求在1h内结束对于有害物质的采样，其中包含甲醛，二硫化碳及有害物质释放。在规定时间内对三种检测项目需要进行采集，综合考虑下采用0.2L的采样流速。