床垫产品中挥发性有机化合物释放测试技术的研究

2021-01-09朱梦迪

绿色科技 2020年24期

景艳，朱梦迪，张滨

(上海市建筑科学研究院(集团)有限公司，上海 201108)

1 引言

室内装饰装修材料及家具释放出的挥发性有机物(VOCs：volatile organic compounds)是室内空气污染物的重要来源，从源头控制室内装饰装修材料及家具的挥发性化学物释放是减少室内空气污染的重要手段[1]。劣质床垫在使用时会释放出多种VOCs，包括酰胺类，卤代烃类、酯类等[2]，人的一生有约1/3的时间处在睡眠状态，床垫释放出的VOCs对人体健康的影响更为明显[3]。本文选取苯、甲苯等11种物质进行研究测定，建立了环境测试舱法测定床垫中VOCs释放量的方法，同时检测了床垫中可能检出的其它VOCs的释放情况，探究床垫挥发性物质对室内空气的影响。

2 实验

2.1 仪器与材料

床垫：16组弹簧床垫、乳胶垫及棕垫，均为市购，出厂前用聚乙烯袋密封，在进行试验前，样品在 23 ℃条件下密封保存或运输，通风条件下存放，避免污染。

环境测试舱：内体积30 m3，上海福轩环保科技有限公司。

热脱附-气相色谱-质谱联用仪(TD-GC-MS)：质谱检测器5975C。

恒流大气采样仪：QC-2型，双通道。

采样管：Tenax-石墨化炭黑(T-C)复合管。

试剂：苯、甲苯、乙酸丁酯、乙苯、对/间二甲苯、苯乙烯、邻二甲苯、十一烷等混合标准溶液，以及异辛酸、十二烷、十四烷标准物质，质量分数≥99%，均为市购。

2.2 实验条件

2.2.1 环境测试舱运行条件

温度23 ℃，相对湿度50%，空气交换率1.0次/h，试样表面空气流速(0.1～0.3)m/s。

2.2.2 热脱附条件

脱附温度：280 ℃；脱附时间：10 min；气体流量： 50 mL/min；冷阱温度：-10 ℃；冷阱加热速率：40 ℃/min；冷阱脱附温度： 280 ℃；冷阱脱附时间： 10 min；传输线温度：225 ℃。

2.2.3 色谱条件

色谱柱：DB-1， 60 m×0.25 mm×0.25 μm；升温程序：50 ℃保持5 min，然后以8 ℃/min的速度升温到 250 ℃；载气：氦气，纯度大于99.999%；扫描方式：离子数30-350；电离能量：70 eV；离子源温度：250 ℃。

2.3 标准曲线

取一定量标准物质或标准溶液于10 mL容量瓶，用甲醇定容作为储备液。将储备液逐级稀释得到各级浓度标准溶液。取各浓度标准溶液注入吸附管，置于TD-GC-MS上分析，以目标物质含量为横坐标，峰面积为纵坐标，绘制标准曲线。

2.4 实验过程

按照实验条件运行环境测试舱至少6 h后进行环境测试舱背景浓度的测定，当背景空气中TVOC浓度不大于0.005 g/m3后方可进行下一步试验。然后将样品床垫拆除外包装后放入环境舱测试，关闭舱门运行24 h后采集环境测试舱内空气，以0.5 L/min的流速采样20 min，采样结束后立即通过TD-GC-MS分析。

3 结果与讨论

3.1 线性范围和检出限

按照2.3节中的方式绘制标准曲线，结果表明目标物质的质量在一定范围内与对应的峰面积呈正相关的线性关系，相关系数见表1。配制标准曲线时，将标准溶液逐级稀释，将各浓度溶液由低到高依次注入吸附管，上机分析，某一低浓度溶液不出峰时，以其上一级2倍浓度为最低检出限，换算得出单一VOC检出限为0.002 g/m3，标准物质谱图分别如图1、图2所示，本实验所用标准物质为市购混合标液，因此标准物质谱图中含有其他物质。

表1 目标物质线性方程及相关系数

图1 苯、甲苯、乙酸丁酯、乙苯、对/间二甲苯、苯乙烯、邻二甲苯、十一烷的标准物质谱

3.2 精密度

以甲苯为单标进行精密度测试，称取一定量甲苯，制成标准溶液，注入30 m3环境测试舱，同时用6根采样管收集后放入TD-GC-MS进行精密度测试。结果见表2，表明甲苯的相对标准偏差为1.52%，重复性良好。

图2 异辛酸、十二烷、十四烷的标准物质谱图

表2 精密度实验结果

3.3 床垫产品释放量结果

11种VOCs和总挥发性有机化合物(TVOC:Total volatile organic compounds)的检测结果见表3，TVOC的计算中，11种VOCs以其自身的响应因子计算，其它物质以甲苯的响应因子计算。根据表3可以发现：本次研究的床垫检出的TVOC含量大于GB 50325-2020标准中Ⅰ类建筑限量指标0.45 mg/m3的共计3件，占18.75%，大于该指标一半0.225 mg/m3的共计14件，占87.5%。由此可见，一方面，尽管本次研究检出的单一VOC挥发量较低，但是多种化合物同时存在时，作用叠加会对人体健康产生潜在危害；另一方面，卧室还有其它装饰装修材料和家具会释放出VOCs，就GB 50325-2020的TVOC技术指标来看，床垫的VOCs释放量亟待有效控制。

表4列出了16件床垫中挥发性有机化合物的检出率，主要检出物质为癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、四氢二聚环戊二烯、四甲基丁二腈、异辛酸、碳酸丙烯酯等化合物，样品中VOCs典型谱图见图 3，其中癸烷、十一烷、十二烷、十三烷及十四烷等烷烃主要用于制作乳胶橡胶等材料，一般天然乳胶或者棕垫床垫使用的天然材料造价昂贵，但相应的原料环保，然而廉价品牌更倾向于选择成本低、工艺简单的化工胶[4]；碳酸丙烯酯常用作油性纺丝溶剂，烯烃、芳烃萃取剂，水溶性染料及颜料分散剂等；四甲基丁二腈是偶氮二异丁腈分解反应生成的中间体，后者一般用于化工原料的自由基引发剂以及发泡剂，四甲基丁二腈吸入人体后可引起中枢神经系统兴奋，严重者抑制神经系统，更甚者引起抽搐，窒息；四氢二聚环戊二烯是有机合成中间体，用于生产防老剂，一般用来防止橡胶老化，延长床垫使用寿命；异辛酸用于染料、香料合成，对皮肤、粘膜有刺激作用，受热分解放出刺激性酸雾。这几种物质主要来源于床垫生产过程中使用的人造化工原料，比如染料、发泡剂，抗老化剂[5]。