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多种方法测量家具有害物质,你知道几种?

         多种方法测量家具有害物质,你知道几种?新修订的GB18584中选择气候舱作为实验设备,将家具组装后整体放入气候舱,并模拟家具使用环境,通过测定气候舱内空气质量,用以反映家具中挥发性有害物质挥发量对室内空气质量的影响,达到最终评价家具质量的目的[9]
         该标准依据不同家具类型又细分为木家具、床垫和沙发三大类。本标准编制过程中,遵循了下列的修订原则。
         (1)目的性原则。以确保消费者人身健康安全为目的,合理确定木家具中有害物质种类及限量,设定符合实际的实验条件,运用科学的分析方法,确保标准在保障消费者的健康安全、指导企业生产、促进行业技术进步和健康发展等方面起到应有作用。
         (2)先行性原则。在充分学习、研究国际标准和国外先进标准的基础上,结合我国家具行业现状和消费实际,在技术指标设定和检测应有尽量飙车与国际先进标准的一致性。
         (3)可证实性原则。通过大量的家具生产实际调研,家具使用情况调研,以及样品验证试验数据的方法,验证标准的科学性和适用性。
         (4)标准协调性原则。规定的挥发性有害物质种类和限量,与现行国家标准空气质量标准一致。在试验环境设定上采用和部分采用国内外相关标准。

         5.4.1  木家具中挥发性有害物质标准

         5.4.1.1有害物质种类及限量值

        木家具原材料人造板、涂料、胶粘剂均含有苯、甲苯、二甲苯、VOCs等挥发性有机物,如企业在生产过程中,未正确选择材料及合理确定用材量、未使挥发性有机物得到完全释放,家具成品就必然会在到达消费者手中时还将继续释放有害气体,造成空气污染[10].鉴于此,新修订标准在保留原标准《室内装饰装修材料木家具中具有有害物质限量》GB18584中甲醛限量要求的基础上,增加了苯、甲苯、二甲苯、TVOCs等挥发性有机物限量要求。经比较国内外空气质量标准的规定,并结合我国空气质量标准的要求[11],木家具中各种挥发性有害物质的限量值见表5-3。

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       5.4.1.2  样品的预处理环境条件
         为使样品在实验前表面漆膜已处于干燥状态及内外部甲醛、VOCs释放量达到相对稳定状态,检测前需对样品进行预处理。通过对部分家具企业家具漆膜涂饰工艺及干燥时间进行问卷调查,数据表面:木家具企业主要用漆是PU、PE、NC、UV漆,涂饰工艺普遍采用喷枪喷涂。91.5%认为24h内面漆干燥,87.8%认为经涂饰后的家具放置七天,漆膜完全干燥可以出场,这与业界普遍认可的“漆膜完全干燥时间为7天”是一致的。家具产品从涂饰后表干入库,运输到检测机构至少48h计,预处理120h,就能满足家具表面漆膜完全干燥的时间。键槽结果见图5-3及图5-4。另外,国内外有关家具有害物质标准中检测甲醛、VOCs释放量对样品预处理环境条件的有关规定见表5-4。

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考虑到家具从人造板材采购到制造、出厂时甲醛已释放了一段时间,适当缩短家具甲醛预处理时间至120h,同时也满足了漆膜干燥的预处理时间要求。参考上述要求,标准中预处理条件确定为:温度为23±2℃,相对湿度45%±10%。为了避免预处理环境中背景浓度以及不同样品释放相互影响,规定放入预处理环境中样品间的距离应不少于300mm,样品间的甲醛浓度≤0.1mg/3,TVOCs浓度≤0.6mg/m3

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  5.4.1.3  实验环境条件指标
         环境指标的缺点除考虑使用环境条件外,重点考虑的应是影响甲醛、VOCs挥发的各项因素。家具一般是由多种材料混合加工制成的组合体,他的甲醛、VOCs释放机理较单纯的板材复杂,但是从各方面相关专家大量的研究经验得出,家具中释放甲醛的充分必要条件是:家具人造板部件的内部环境与家具存放空间存在压差,而且有供空气流通的通道。假设家具是置于大气环境中的一个独立系统,家具外表面作为家具与大气环境两个系统的分界面。假设两个系统是相互独立的,如图5-5所示。
         从气体的理想状态方程:P/ρ=KT/M     式中:P为气体压强;ρ为气体密度;T为气体温度;M为分子质量;K为玻尔兹曼常数(K=1.38×10-23J/K)。不难看出,当ρ为常量时,压强P取决于温度T,当外界温度升高时,家具内的气体压力增大,在释放气体通道存在的情况下,家居系统内的甲醛就会想外界释放。
    木家具中VOCs的释放原来同甲醛释放原理一样,也受到温度、相对湿度、气流量等影响。在研究了影响甲醛、VOCs释放量因素,分析了国内外标准对试验环境的规定后,确定了木家具中挥发性有害物质的实验环境条件,参见表5-5。

5.4.1.4体积承载率
         体积承载率是指木家具外形轮廓体积去气候舱舱容的比值。当家具的材料、用量、工艺、结构已经确定时,按照规定的体积承载率放入气候舱内,模拟家具使用环境条件进行试验,通过规定的化学分析方法测定气候舱中空气甲醛和VOCs含量,可以达到评定家具甲醛和VOCs释放量的目的。
         气候舱样品承载率是在确定了试验条件、预处理条件后,为使检测样品能充分反映室内家具实际使用量对室内空气质量的影响,而需要确定的有一个试验条件。尤其是重点研究家庭典型室内空气质量的影响,而需要确定的又一个试验条件。尤其是重点研究家庭典型房间装载的家具总外形轮廓体积与所占空间的比例规律,并寻找出在一定体积承载率甲醛、VOCs挥发量与室内空气质量的关系规律,从而确定气候舱内检测样品的体积承载率。
         通过对家庭卧室家具体积承载率的调查,卧室内木家具的体积承载率调查哦结果分布情况如图5-6所示。调查结果统计显示,被调查的160个家庭中,有136个家庭的卧室内木家具具体承载率为≤0.15m3/m3,85%的卧室放置的家具体积承载率小鱼0.15.因此,最后确定标准中采用体积承载率测试方法,并规定将0.15作为木家具中挥发性有害物质检测的体积承载率。
    各类木家具外形轮廓体积计算方法如下:
    (1)柜类家具:测量柜类家具的最大水平面积和最大外形高度计算两者的乘积作为柜类家具的外形轮廓体积。
    (2)桌类家具:测量桌类家具的最大水平面积和最大外形高度计算两者的乘积作为桌类家具的外形轮廓体积。
    (3)椅类家具:测量座面的最大水平投影面积和凳面的最大高度,计算两者的乘积作为椅类家具的外形轮廓体积。椅背和扶手的体积忽略不计。
    (4)凳类家具:测量凳面的最大水平面积和凳面最大高度计算两者的乘积作为凳类家具的外形轮廓体积。
    (5)床类家具:测量床铺面的最大水平投影面积和铺面高度,计算两者的乘积作为床类家具的外形轮廓体积。高出铺面的床板体积忽略不计。

5.4.2  床垫中挥发性有害物质标准

          由于在床垫生产中使用的纺织品面料、纺织品纤维、各种铺垫材料、泡沫塑料、塑料网垫和胶粘剂等物质普遍含甲醛、TVOCs等挥发性化学物质,所以将甲醛及TVOCs列入床垫挥发性有害物质限量标准。
          甲醛及TVOCs的采样原理是模拟人在自然睡眠状态时,被窝里的气体被鼻孔吸入体内的实际状态,特别是把头捂在被子里睡觉的极端状态。由于被子的聚拢作用,几乎把装点释放的所有气体全部引向人的鼻孔处,通过模拟睡眠时的人体温度(通常为36±1℃)和被窝空气温度(通常为30±1℃),通过采集被窝中的空气,采用光分分度法和气相色谱法进行定量分析,确定产品甲醛释放量及TVOCs释放量。

5.4.2.1  标准的限量指标

          《室内空气质量标准》GB/T18883-2002中规定室内甲醛释放量≤0.10mg/m3、TVOCs≤0.60mg/m3,也就是说再次浓度限量以下的空气中长期生活是安全的。众所周知,床垫在使用过程中下表面有床板阻挡,加之气体受热后会上升,所有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,再通过鼻孔的呼吸作用进入人体。由于睡眠时床垫释放的气体几乎被人全部吸入体内,所以只要释放的有害气体等于或小于上述限量值,那么对使用者来讲就是安全的。因而,新规定的标准规定,限量值为甲醛释放量≤0.10mg/m3、TVOCs≤0.60mg/m3,见表5-6。

5.4.2.2  甲醛/TVOCs收集器

           现在市场上流通的主要床垫产品中,床垫高宽比一般小于1:7所以可以忽略侧面的甲醛释放。在使用过程中床垫的下表面对大部分都是有床板阻挡,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最主要的表面。
           据《中国成年人人体尺寸》GB/T10000-1988 95%成年男性身高低于178cm;95%女性身高低于165cm。在实际睡眠中,既有平卧睡觉姿势又有侧卧睡觉姿势。因此,试验采用平均男性身高为对象,即身高178cm且不胖不瘦中等身材的男性睡觉时所占的空间情况。根据实际测量,一个178cm左右的人睡觉时占用的床垫表面大约在长1.8m、宽0.55m即1m3左右的面积上,高度在0.3m左右。同时满足长宽高为800mm的单人床垫检测,所以最终将收集器外形修改为在正方体上面增加了一个锥形体结构,将长宽修改为1300mm、宽770mm(即1m3的挥发面积),完全模拟人体睡觉时所占用床垫空间体积。甲醛/TVOCs收集器见图5-7。

5.4.2.3  标准中的试验环境条件

         由于人体是一个均匀而且恒定的发热体,在睡觉时人体各部位温度分布也是均衡的,其正常温度通常为36℃。所以,为模拟真实睡觉环境,故要求甲醛/TVOCs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,加热板的总表面积应基本符合上述人身表面积。所以最终确定的加热板尺寸为长560mm,宽230mm,高50mm(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),其功率应在20~30min的时间将箱内温度从23℃升到30℃,并保证加热器温度恒定在36±1℃。
         在睡眠过程中绝大部分气体是通过被子与人的颈部的空隙进行交换,只有少部分通过被子与床垫之间的间隙交换,但不管哪种方式,所有气体都是无强制换气现象,同时根据冷空气下沉热空气上升的原理,甲醛/TVOCs收集器采用箱体四周侧面距下部和侧面各为50mm处各设置一个进气单向通气口和中间一个排气单向通气口,以保证自然换气要求。同时,中间通气中兼做采样口,这样在采样过程中可最大限度地使新进入的口气与被窝中的空气充分的混合,确保采样气体的均匀性。
          在正常的睡眠过程中,除人的正常体温在36℃外,被窝里的温度通常在30℃。经试验,当被窝里的温度低于29摄氏度时会觉得凉,同时人会无意识地收紧被子,当高于31℃时会感觉热,人也会无意识地将身体手或脚等部位露出被子。所以本收集器工作室滚定期家人般温度应恒在36±作时规定其加热板温度应恒定在36±1℃的同时箱内温度恒定在30±1℃,达到实际睡眠状态要求。标准规定,试验时应保持周围环境的恒定,通过验证试验,设定的试验环境条件见表5-7。

5.4.2.4  挥发性有害物质的采集量

          由于本标准甲醛和TVOCs限量值采用《室内空气质量标准》GB/T 18883-2002中限量要求,所以采样参照了《公共场所空气中甲醛的测定方法》GB/T 18204-2000标准中的有关规定,并结合产品有可能存在挥发性气体含量差异很大的情况及采样管(或采样器)的差异,确定采样参数为:采样流量为0.25~0.50L/min,采样量甲醛为10~15L,TVOCs为5~10L。
          整个气体收集过程从样品放入测试室开始到采样完毕结束,共耗时约8h,标准为人的正常睡眠时间。测试时,要求关闭门窗,模拟冬天的季节,同时也是人体在睡眠时气体外泄最少的状态。

5.4.3  沙发中挥发性有害物质标准

5.4.3.1  标准中的挥发性有害物质限量

        沙发由于加工过程中使用了较多的弹性材料、铺垫材料、以及覆面材料,且由于不少生产企业加工过程中使用了大量的胶粘剂粘合弹性材料及覆面材料,理论上沙发产品释放出的TCOVs、甲醛含量均应较高,而其他挥发性有害物质检出率较低,规律性较差,因此将甲醛及TVOCs确定为沙发中主要的挥发性有害物质[13]
         通过验证试验,沙发中甲醛释放量一般在0.02~0.05mg/m3之间,TVOCs释放量数值普遍偏高。这主要是因为,在较大规模的沙发生产企业中生产工艺中胶粘剂的使用比行业平均水平低,因而产品释放的甲醛值较低,而由于沙发中大量使用泡沫海绵等材料,TVOCs释放量基本能反应实际数值。经研究初步将挥发性有害物质限量值定为:甲醛≤0.05mg/m3、TVOCs≤0.06mg/m3,见表5-8。

5.4.3.2   气候舱法测试

         沙发中挥发性有害物质的检测方法参考采用了气候舱法,对沙发产品的实际使用状态进行模拟,并对其周围环境的气体进行样本采集和分析,以考察挥发性有害物质的释放速率及数量。该检测方法在用于表达环境舱内样品的平均挥发性有害物质浓度,不代表挥发性有害物质浓度的最高值或最低值,其可以有效反映产品挥发性有害物质的平均释放水平,并可评价长期使用过程中的危害指数。采用环境舱测试法,将被测样品放置在环境舱中心,关闭舱门。采集环境舱出气口处气体进行分析;保持环境舱的开启状态,使舱内丘留循环过被测样品的所有表面;在环境舱运行过程中采集并记录舱内温度、相对湿度、气体流速、压力情况,至少没15min采集一次。实验过程中环境舱内的环境指标要保持恒定,试验条件见表5-9。实验开始后,采集环境舱进气口处及双倍出气口处气体样本,分析和计算得出甲醛和TVOCs的释放量。

5.4.3.3  承载率

         进行沙发中挥发性物质测试时,其承载率定义为被测样品暴露总面积与气候舱舱容的比值,样品暴露总面积为暴露在空气中的材料总表面积之和。当产品整个下表面与地面紧密接触时,下表面不计入总面积。
         通过对美国相关标准(例如ASTM D 5116-97中7.2.4、BIFMA M7.1)进行分析后,发现其主要采用的是被测样品的释放面面积与环境舱容量之比,因此将承载率定为0.4m2/m3。另外,考虑到烧法雷产品基本属于外形较为固定的家具类产品,经过沙发产品的对比,其表面积与体积的比值大多在7.5~8.5之间(单人沙发、布艺沙发、配有靠垫的沙发比值较大),即较大的沙发产品具有较大体积的同时也具有较大的表面面积,重点与其他木制家具具有较大的区别。同时因沙发产品的有害物质释放主要来自产品表面纺织及皮革覆盖物和产品内部的海绵等弹性材料,外部材料的释放占有较为主导的位置,如果采用木家具中体积比的方式进行实验设计,非释放性的体积黑影响实验数据的评估效果,故采用面积与舱容的比值。
          设定的面积与舱容承载率为0.4,也是在一定的试验数据基础上进行的。在我国,基本上沙发产品摆放区域为客厅,客厅面积通常在12~20m3,两个单人沙发和一个三人沙发的表面积约为4+4+8=16(大小会有较大不同,但基本上会按照大客厅用大沙发,小客厅用小沙发的模式),以0.4的承载率计算约为40m3的有效容积,鉴于通常层高为2.6~2.9m,一般客厅的有效容积为35~50m3,与0.4承载率下相差不大。

5.4.4  挥发性有害物质检测方法标准

5.4.4.1  甲醛浓度测定方法

         目前测定甲醛的方法有:酚试剂分光光度法、变色酸分光光度法、乙酸丙酮分光光度法、AHMT分光光度法、气相色谱法、液相色谱法等。由于之前,家具检测行业大多采用分光光度法检测甲醛,而且该方法方便快捷、易于掌握。通过对酚试剂分光光度法、变色酸分光光度法和乙酸丙酮分光光度法进行实验对比验证,并用气候舱法测试家具样品的甲醛释放量,最终得出,乙醛丙酮分光光度法由于采集气体体积太大(需采气100L),灵敏度低,不适合气候舱法测试甲醛。
         因此,在选择家具中挥发性有害物质检测方式时有限采用分光光度法作为甲醛测试的标准方法。根据气候箱法甲醛释放量测试的限量范围,在进行了一系列对照验证试验之后,选定了酚试剂分光光度法和变色酸分光光度法两种测试方法作为甲醛的测定方法。                                                   
    (1)酚试剂分光光度法
         酚试剂分光光度法的试验原理是利用空气中的甲醛与酚试剂反应生成嗪,嗪在酸性溶液中被高铁离子氧化形成蓝绿色化合物。根据颜色深浅,比色定量。家具中挥发性有害物质的甲醛测定采用《公共场所空气中甲醛的测定方法》GB/T18204.26-2000中的酚试剂分光光度法,根据拟定的家具中挥发性有机化合物测试采用的气候舱法:采样时,用一个内装10mL吸收液的大型气泡吸收管,以0.5~1.0L/min流速,自测试设备的出口气体中采样,采样体积取决于待测气体中的甲醛浓度,一般不低于10L,采样时,应确保采样流量不大于设备出口气体流量的80%。记录采样点的温度和大气压力。采样后样品在室温下应在24h内分析。
    (2)变色酸分光光度法
         变色酸分光光度法的实验原理是利用甲醛与变色酸在硫酸溶液中呈紫色化合物,其颜色的深浅与甲醛含量呈正比。家具中挥发性有害物质的甲醛测定采用《Standard Test Method for Determing Formaldehyde Concentration in Air from Wood Products Using a Small Scale Chamber》ASTM D6007-2002标准中的方法,根据拟定的家具中挥发性有机化合物测试采用气候舱法:用一个内装20mL吸收液的大型气泡吸收管,以0.5~1.0L/min流速自测试设备的出口气体中采样,采样体积取决于待测气体中的甲醛浓度,一般不低于20L,采样时,应确保采样流量不大于设备出口气体流量的80%。记录采样点的温度和大气压力。采样后样品在室温下应在24h内分析。

5.4.4.2  挥发性有机化合物浓度测定

           目前,测定空气中苯系物的方法主要有两种:一种是活性炭吸附,二硫化碳解吸、气相色谱测定;另一种是用Tanex TA或类似填料吸附,然后通过热解吸的方式测定。空气中挥发性有机化合物的含量通常也采用Tanex TA吸附和热解吸的方法测定。家具挥发性有害物质限量标准中通常需要测试总挥发性有机化合物,且苯系物可以在测试总挥发性有机化合物时一并进行测定。通过对实验结果的分析,发现家具中挥发性有机化合物常见物质见表5-10。

(1)测定原理
           家具中挥发性有机化合物的测定原理实在规定试验条件下,利用含有Tenax GC或Tenax TA吸附剂的采样管采集一定体积含有家具样品释放出的挥发性有机化合物的混合气体,混合气体中挥发性有机化合物保留在采样管中,随后在实验室进行分析。收集到的挥发性有机化合物通过热解析,并经过惰性载气传输通过冷阱,进入配备有毛细管柱的气相色谱,使用质谱检测器进行检测,用质谱定性,峰高或峰面积定量。
    (2)采样
           将采样管与空气采样器用管路连接。安装采样管到测试设备的气体出口,打开空气采样器,调节流量(适当的采样流量在50~200mL/min),采样1~6L(根据样品挥发性有机化合物释放量大小确定采样体积,在该测试条件下,3L的采样体积能满足绝大多数样品测试),记录采样开始和结束的时间、采样流量、温度和大气压力。采样后将管取下,并立即将管两端密封。
    (3)气相色谱-质谱分析条件
     1)二级热解吸分析条件
           选择热解吸的温度、时间和气体流速,使十六烷的热解吸收率达到95%以上。由于达到热解吸效率的要求与所使用的仪器有关,因此只能给粗二级热解吸的基本参数,其余的参数设置参考热解吸仪的试验指南。基本参数为:热解吸温度,260~280℃;热解吸时间,5~15min;热解吸气体流速,30~50mL/min,冷阱,最高温度:280℃,最低温度:-30℃,吸附剂:与采样管中吸附剂相同,40~100mg;传输线路温度:220~250℃;分流比:结余样品管和二级冷阱之间以及二级冷阱和分析柱之间的分流比应根据采样管中挥发性有机化合物的质量来选择。
    2)气相色谱-质谱分析条件
           由于测试结果与所使用的仪器有关,因此不可以给出气相色谱-质谱分析的通用参数。设定参数的原则实在最短的时间内获得最好的分离效果,下面给出的参数以及实验验证是科学的。色谱柱:30m×0.25mm×0.25μm的石英柱,固定相为5%苯基、1%乙烯基、94%甲基硅氧烷;色谱柱温度:程序升温,初始温度40℃,保持2min,以6℃/min速率程序升温到150℃,然后以15℃/min速率程序升温到250℃,再以25℃/min程序升温到300℃,保持10min;色谱-质谱接口温度:280℃;离子源温度:250℃;质量扫描范围:30~500amu;载气:氦气,1.2mL/min;电离方式:EI;电离能量:70eV。格瑞乐武汉除甲醛今天就为大家介绍到这里!

关键词:多种方法测量家具有害物质,你知道几种?,家具有害物质,家具,有害气体
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