強化地板VOCs釋放規(guī)律及其對室內(nèi)空氣質(zhì)量影響評價

呂瑞雪 沈雋

摘要：探究強化地板VOCs（volatile organic compounds）的釋放特性，評價其對室內(nèi)環(huán)境的影響，為強化地板有害氣體釋放研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并為生產(chǎn)者和消費者評估其對室內(nèi)空氣質(zhì)量影響提供參考。選用雙象強化地板，用1 m3氣候箱法進(jìn)行采樣，通過GC-MS（氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀）對采樣得到的VOCs進(jìn)行分析，并根據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 3230—2020《人造板及其制品揮發(fā)性有機化合物釋放量分級》和LY/T 3229—2020《人造板及其制品VOCs釋放下的室內(nèi)承載量規(guī)范》，評價該強化地板對室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明，該強化地板TVOC釋放量隨時間的增加而逐漸減小，且在第28天達(dá)到釋放平衡。釋放的VOCs成分主要為烯類、芳香類和烷類物質(zhì)，還有少量的醛酮、酯類和醇類物質(zhì)。1個周期內(nèi)，雙象強化地板只有第3天萘的釋放等級不符合Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，其余時間幾類主要污染物釋放量等級均符合Ⅰ級。強化地板VOCs綜合指數(shù)在第3天后隨時間的增加而減小，根據(jù)綜合指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)得出，強化地板第3天VOCs釋放等級為Ⅱ級，室內(nèi)空氣質(zhì)量合格，其余時間VOCs釋放等級為Ⅰ級，室內(nèi)空氣質(zhì)量優(yōu)良。該強化地板的TVOC釋放量隨時間的增加逐漸減小，符合傳質(zhì)原理。在VOCs釋放平衡后，釋放量分級符合Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，計算得出綜合指數(shù)符合Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)空氣質(zhì)量優(yōu)良，消費者可以放心使用。

關(guān)鍵詞：強化地板；揮發(fā)性有機化合物（VOCs）；釋放規(guī)律；室內(nèi)空氣質(zhì)量；綜合指數(shù)

中圖分類號：S784；{X828}文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8023（2023）02-0100-07

VOCs Emission Rule of Laminate Flooring and Its

Impact on Indoor Air Quality

LYU Ruixue， SHEN Jun*

（College of Materials Science and Engineering， Northeast Forestry University， Harbin 150040， China）

Abstract：The emission characteristics of VOCs （volatile organic compounds） from laminate flooring were investigated and their impacts on indoor environment evaluated in order to provide basic data for the study of harmful gas release from laminate flooring， and to provide reference for producers and consumers to evaluate their effects on indoor air quality. In this study， Shuang Xiang laminate flooring was selected and sampled with 1 m3 climate chamber method. The sampled VOCs were analyzed by GC-MS （gas chromatography-mass spectrometry） and according to the forestry industry standards LY/T 3230-2020 “Classification of volatile organic compound emissions contents from wood-made panels and their finishing products” and LY/T 3229-2020 “Specification for indoor carrying capacity of wood-based panels and finishing products based on volatile organic compounds emission”， the laminate flooring on indoor air quality was evaluated. Results showed that the TVOC release of this laminate flooring gradually decreased with time and reached the release equilibrium at day 28. The VOCs released were mainly olefins， aromatic hydrocarbons and alkanes， with small amounts of aldehydes， ketones， lipids and alcohols. In one cycle， the release level of naphthalene on the 3rd day of the laminate flooring did not meet the Class I standard， and the release levels of several major pollutants were Class I at the rest of the time. VOCs composite index of laminate flooring decreased with the increase of time after the 3rd day， and according to the composite index grading standard， the VOCs release class of laminate flooring on the 3rd day was Class Ⅱ， and the indoor air quality was qualified， and the VOCs release class of the rest of the time was Class I， and the indoor air quality was excellent. The TVOC release rate of this laminate flooring gradually decreased with time， in line with the mass transfer principle. After the VOCs were released in equilibrium， the release class is in line with Class I. The calculated composite index was in line with Class I. The indoor air quality was excellent and consumers can use it with confidence.

Keywords：Laminate flooring; volatile organic compounds （VOCs）; emission rule; indoor air quality; composite index

收稿日期：2022-06-14

基金項目：國家自然科學(xué)基金面上項目（31971582）；中央財政林業(yè)科技推廣示范項目（黑【2021】TG18）

第一作者簡介：呂瑞雪，碩士研究生。研究方向為木質(zhì)材料與室內(nèi)環(huán)境。Email： lrxue1117@163.com

*通信作者：沈雋，博士，教授。研究方向為人造板工藝學(xué)。Email： shenjunr@126.com

引文格式：呂瑞雪， 沈雋.強化地板VOCs釋放規(guī)律及其對室內(nèi)空氣質(zhì)量影響評價[J].森林工程， 2023，39（2）：100-106.

LYU R X， SHEN J. VOCs emission rule of laminate flooring and its impact on indoor air quality[J]. Forest Engineering， 2023，39（2）：100-106.

0引言

隨著生活水平的提高，人們越來越注重室內(nèi)空氣質(zhì)量。揮發(fā)性有機化合物（volatile organic compounds，VOCs）作為一類有害氣體的總稱，影響室內(nèi)空氣質(zhì)量，危害人體健康[1]，正在被越來越多的學(xué)者研究[2-4]。室內(nèi)VOCs來源于各種建筑裝飾材料、人造板和家具等[5]，例如室內(nèi)裝修中使用的膠合板、刨花板、涂料和地板等都含有VOCs，其中包含毒性甚至是致癌物質(zhì)[6-8]。

強化地板也稱浸漬紙層壓木質(zhì)地板，近年來，由于其具有更豐富的花色和紋理、耐磨、耐用、易于維護(hù)和可持續(xù)生產(chǎn)等特性，越來越受消費者的青睞[9]。但相比于實木地板，由于其在生產(chǎn)加工過程中會使用較多的膠黏劑，導(dǎo)致更多的VOCs釋放[10]，因此，研究其VOCs釋放規(guī)律及其對室內(nèi)環(huán)境的影響有著重要意義。但是，目前國內(nèi)外對強化地板釋放的揮發(fā)性有害氣體研究較少，且研究內(nèi)容大多側(cè)重于甲醛釋放。如：賈瀟然等[11]針對強化地板中甲醛的釋放規(guī)律建立了回歸模型；An等[12]探究了強化地板結(jié)構(gòu)和加熱條件對其甲醛和TVOC釋放的影響；白莉等[13]用液相色譜法探究了強化地板的VOCs釋放規(guī)律。

在VOCs研究中，廣泛應(yīng)用小型釋放艙進(jìn)行氣體采集[14-17]，本研究選用的1 m3氣候箱是一種符合GB/T 29899—2013《人造板及其制品中揮發(fā)性有機化合物釋放量試驗方法 小型釋放艙法》規(guī)定的小型釋放艙。關(guān)于VOCs對室內(nèi)空氣質(zhì)量影響研究方面，在20世紀(jì)末，沈晉明[18]提出要建立合適的室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，還要加入規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的主觀評價，后又提出了沈氏模型[19]；舒愛霞等[20]通過實例分析了綜合指數(shù)評價法的可行性和有效性，蔣利群等[21]通過單因子指數(shù)和多因子指數(shù)評價模型，評估了中纖板對室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響。直至2020年，我國頒布并實施了林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 3230—2020《人造板及其制品揮發(fā)性有機化合物釋放量分級》[21]和LY/T 3229—2020《人造板及其制品VOCs釋放下的室內(nèi)承載量規(guī)范》[22]，以此來提升產(chǎn)品質(zhì)量和指導(dǎo)人造板及其制品在室內(nèi)的正確使用。

本研究受2021年黑龍江省林業(yè)廳下達(dá)的中央財政林業(yè)科技推廣項目資助，項目研究主要內(nèi)容是VOCs快速檢測方法，單位推廣是國營松江膠合板廠（即雙象木業(yè)），針對其產(chǎn)品開展的研究。同時，該廠產(chǎn)品在省內(nèi)市場銷售量大，開展其研究對本地市場產(chǎn)品環(huán)保性能提升具有指導(dǎo)意義。

本研究以室內(nèi)裝修中常用的強化地板為研究對象，擬通過1 m3氣候箱法對強化地板VOCs進(jìn)行采集，探究其在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件（溫度23 ℃，相對濕度50%）下的釋放規(guī)律，并結(jié)合我國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 3230—2020、LY/T 3229—2020，評價其對室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響。

1材料與方法

1.1材料

試驗材料由黑龍江省哈爾濱市雙象木業(yè)有限公司提供，為同一批次生產(chǎn)的淺橡木浸漬紙層壓木質(zhì)地板，基材為高密度纖維板，裝飾層和耐磨層為浸漬紙，底面有平衡紙，膠黏劑使用脲醛樹脂，規(guī)格為1 220 mm×196 mm×12 mm （長 × 寬 × 厚）。根據(jù)以往的研究[24-25]，人造板產(chǎn)品在工廠加工后VOCs質(zhì)量濃度會達(dá)到最高，之后會有VOCs釋放量衰減的過程，并逐漸達(dá)到平衡狀態(tài)。為了更好地研究其VOCs釋放規(guī)律，選用的強化地板均為工廠當(dāng)天生產(chǎn)，運至實驗室冷藏，確保其釋放趨勢不受影響。將板材裁成1 000 mm×196 mm的長方形，板材邊緣和底部用鋁箔膠帶密實封邊，防止邊部產(chǎn)生高揮發(fā)性有機氣體釋放。

1.2設(shè)備

1）1 m3氣候箱。由東莞市升微機電設(shè)備科技有限公司生產(chǎn)，艙體體積尺寸為1 578 mm×800 mm×800 mm（深×寬×高），內(nèi)部為不銹鋼材料，配備空氣循環(huán)系統(tǒng)，具有溫濕度調(diào)控裝置。

2）IAQ-Pro型采樣泵。由美國SENSIDYNE公司生產(chǎn)，流量范圍為100～600 mL/min，可設(shè)定采樣時間，采樣結(jié)束后自動停止。

3）吸附管（采樣管）。由英國Markes公司生產(chǎn)，不銹鋼管內(nèi)裝填料為200 mg吸附劑Tenax-TA。

4）TP-5000通用型熱解析儀（老化儀器）。由北京北分天譜儀器技術(shù)有限公司生產(chǎn)，可有效清除吸附管中殘留的氣體。

5）氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）。由德國Thermo公司生產(chǎn)，色譜柱規(guī)格為30 000 mm×0.25 mm×0.25 μm，可用于揮發(fā)性有機化合物的分析。

1.3測試方法

在試驗前，先對采樣艙進(jìn)行高溫清潔。將2塊裁好的強化地板平行放置在1 m3氣候箱中心位置，根據(jù)GB/T 29899—2013設(shè)置氣候箱參數(shù)，相關(guān)參數(shù)設(shè)置見表1。

試驗周期為28 d，分別在第1、3、7、14、21、28天采樣，采樣前，用老化儀器將吸附管中的雜質(zhì)和殘余氣體去除。采樣時，采集氣體流量為200 mL/min，采集時間為15 min，共采集氣體體積為3 L。

使用熱解析脫附儀結(jié)合GC-MS，對采樣得到的VOCs進(jìn)行分離檢測。熱解析脫附儀載氣為氦氣，解析溫度為280 ℃，管路溫度為85 ℃，熱解析時間為5 min，進(jìn)樣時間為1 min；升溫階段控制初始溫度為40 ℃，保持2 min，5 min內(nèi)升至50 ℃，保持4 min，20 min內(nèi)再升至150 ℃，保持4 min，最后10 min內(nèi)升至250 ℃，保持8 min；進(jìn)樣口溫度250 ℃，分流流量30 L/min。采用EI電離，離子源溫度為230 ℃；質(zhì)量掃描范圍40～450 amu；輔助區(qū)溫度270 ℃。在計算VOCs釋放量時，采用外標(biāo)法，按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29899—2013對氣體進(jìn)行定量。通過面積歸一化法得到各VOCs平均質(zhì)量濃度和TVOC質(zhì)量濃度，試驗重復(fù)3次。

2結(jié)果與討論

2.1強化地板VOCs釋放水平

GB/T 29899—2013對總揮發(fā)性有機化合物（total volatile organic compounds，TVOC）的定義是非極性色譜柱分離、氣相色譜檢測的保留時間在正己烷至正十六烷（包括正己烷和正十六烷）之間的有機化合物總和。采用1 m3氣候箱法檢測該強化地板的TVOC釋放趨勢如圖1所示。在第1天時該強化地板TVOC釋放量為177.30 μg/m3，第28天時為59.58 μg/m3，從釋放初期到平衡狀態(tài)，釋放量下降了66.39%。根據(jù)傳質(zhì)原理[26]，各組分會自發(fā)地從高質(zhì)量濃度向低質(zhì)量濃度方向轉(zhuǎn)移，強化地板中的高質(zhì)量濃度VOCs逐漸擴散到低質(zhì)量濃度的外界環(huán)境中，在釋放初期，質(zhì)量濃度差較大，VOCs分子擴散速率更快，而后期質(zhì)量濃度差逐漸較小，VOCs分子擴散速率減慢，因此強化地板的TVOC釋放量隨時間的增加逐漸減小，在1～3 d釋放量下降最快，14 d后釋放量逐漸趨于平緩，28 d釋放量達(dá)到平衡狀態(tài)，該強化地板的VOCs釋放符合傳質(zhì)原理。

圖2反映各VOCs組分及其釋放量。在1 d 初始釋放時，烯類物質(zhì)占比最大，為36.77%，其次為烷類和芳香類，分別為22.98%、22.43%，占比最小的為醛酮和酯類物質(zhì)，分別為10.30%、7.51%；在28 d穩(wěn)定釋放時，烷類物質(zhì)釋放量占比最大，為32.17%，其次為醛酮類和芳香類物質(zhì)，分別為26.74%、22.59%，占比最小的為酯類和醇類物質(zhì)，分別為12.87%和5.61%。在1個檢測周期內(nèi)，各組分釋放量整體呈現(xiàn)下降趨勢：烯類和芳香類物質(zhì)釋放量逐漸下降且下降幅度較大，烯類物質(zhì)在28 d后可能不再釋放；醛酮類和烷類物質(zhì)釋放量均為在1～3 d略有下降，然后在3～7 d開始上升，7 d后又逐漸下降至平衡狀態(tài)，最終低于1 d時的釋放水平；酯類物質(zhì)釋放量在1～3 d增加，3 d后開始逐漸減少。

強化地板中的芳香類和醇類物質(zhì)來源生產(chǎn)加工過程中加入的脲醛樹脂膠黏劑，醛酮類物質(zhì)來自木材抽提物中脂肪酸的氧化分解和膠黏劑，烯類、烷類和酯類物質(zhì)來源木材本身的抽提物，但與烯類不同的是，烷類和酯類物質(zhì)由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生[27]。醛酮類、烷類和酯類這3類物質(zhì)的釋放過程中均為伴隨著化學(xué)反應(yīng)，因此這3類物質(zhì)的釋放量均升高后又再次下降，而芳香類和烯類物質(zhì)的釋放量持續(xù)下降。強化地板釋放的醇類物質(zhì)只有2-乙基-1-己醇一種，且含量較少，再加之強化地板是有一定厚度的，因此醇類物質(zhì)釋放無明顯規(guī)律。

2.2強化地板VOCs成分及主要污染物分析

強化地板釋放的VOCs成分見表3。

強化地板釋放的VOCs中，醛酮和烯類物質(zhì)種類最多，均有8種，其次是芳香類和烷類，均有7種物質(zhì)，再次是酯類物質(zhì)，有2種，最少的是醇類物質(zhì)，只有1種。這些物質(zhì)中大部分為有毒性或是對人體和環(huán)境有害的物質(zhì)。芳香類中，苯有致癌毒性，甲苯低毒，萘和乙苯是B類致癌物，苯并噻唑是高毒物質(zhì)，對二甲苯入或經(jīng)皮膚吸收后對人體有害；醛酮類物質(zhì)中，苯甲醛、苯乙酮對眼和皮膚有刺激性，苯乙酮對環(huán)境有危害，癸醛、辛醛和壬醛對眼睛、呼吸系統(tǒng)和皮膚有刺激性，己醛吸入或經(jīng)皮膚吸收后對身體有害；烷類物質(zhì)中，己烷對環(huán)境有危害，癸烷和十一烷吸入對身體有害；烯類物質(zhì)中，1-庚烯低毒且對身體和環(huán)境有危害；酯類物質(zhì)中，鄰苯二甲酸二甲酯低毒；醇類物質(zhì)中，2-乙基-1-己醇有中毒性。

根據(jù)LY/T 3230—2020《人造板及其制品揮發(fā)性有機化合物釋放量分級》，人造板及其制品揮發(fā)性有機化合物釋放量等級分為Ⅰ級和Ⅱ級，見表4。

此標(biāo)準(zhǔn)的釋放量分級中規(guī)定了TVOC、總?cè)┩惢衔?、苯和甲苯等幾類主要污染物的釋放限量，強化地板中上述物質(zhì)在1個周期內(nèi)的釋放限量見表5。

將強化地板主要污染物的釋放量與標(biāo)準(zhǔn)LY/T 3230—2020進(jìn)行對比，分析強化地板的主要污染物釋放水平。1 d時強化地板的TVOC釋放量最多，為177.30 μg/m3，低于Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)220 μg/m3，在28 d時釋放量最少，僅為59.58 μg/m3，遠(yuǎn)低于Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)；苯的釋放量穩(wěn)定在6.28～7.24 μg/m3，均低于Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)16 μg/m3；甲苯的釋放量在1 d最多，為19.29 μg/m3，在28 d釋放量最少，為2.10 μg/m3，均遠(yuǎn)低于Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)100 μg/m3；二甲苯僅在7 d前釋放，釋放量在3.91～4.59 μg/m3，遠(yuǎn)低于Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)100 μg/m3；萘僅在3 d釋放，釋放量為4.78 μg/m3，略高于Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)4.5 μg/m3，但符合Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)；強化地板不釋放聯(lián)苯、三聯(lián)苯和4-苯基環(huán)己烯這3種物質(zhì)。因此，雖然該強化地板釋放VOCs種類較多，但除第3天萘釋放量超標(biāo)外，1個周期內(nèi)主要污染物釋放量均符合Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，消費者可以放心使用。但是仍強烈建議強化地板放置28 d，待VOCs釋放平衡后，再進(jìn)行使用。

2.3強化地板對室內(nèi)環(huán)境影響綜合分析

LY/T 3229—2020《人造板及其制品VOCs釋放下的室內(nèi)承載量規(guī)范》中規(guī)定了室內(nèi)空氣污染評價方法，通過計算綜合指數(shù)，對室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行等級劃分，綜合指數(shù)分為3個區(qū)間，分別對應(yīng)3個空氣質(zhì)量等級，見表6。

綜合指數(shù)計算公式為

I=PQ。（1）

式中：I為綜合指數(shù)，兼顧污染物最大分指數(shù)和算術(shù)平均指數(shù)，保留小數(shù)點后兩位；P為最大分指數(shù)；Q為算術(shù)平均指數(shù)。

P的計算公式為

P=maxC1S1，C2S2……，CnSn。 （2）

式中：n為主要成分的數(shù)量；Ci為主要成分的質(zhì)量濃度；Si為VOCs主要成分i的特定值（特定值與表4釋放量分級中的限定值相同）。

Q的計算公式為

Q=1n∑ni=1CiSi。（3）

根據(jù)式（1）—式（3）計算強化地板1個周期內(nèi)的綜合指數(shù)，對強化地板VOCs釋放量進(jìn)行綜合評價，結(jié)果見表7。

圖3為強化地板一個周期內(nèi)的綜合指數(shù)變化趨勢。第1天的VOCs綜合指數(shù)為0.40，符合空氣質(zhì)量Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)空氣質(zhì)量優(yōu)良。在第3天時，綜合指數(shù)為0.54，符合空氣質(zhì)量Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)空氣質(zhì)量合格。在第3天后，綜合指數(shù)逐漸下降，均符合空氣質(zhì)量Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)空氣質(zhì)量優(yōu)良，強化地板VOCs對室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響隨時間的增加逐漸減小，室內(nèi)空氣質(zhì)量越來越好。因此，在與試驗條件相同的室內(nèi)環(huán)境中單獨鋪設(shè)該強化地板時，室內(nèi)空氣品質(zhì)為優(yōu)良，適合人們居住。

3結(jié)論

1）雙象強化地板TVOC釋放速率隨時間增加而減小，且在1～3 d速率下降最快，在14 d釋放速率逐漸緩慢，在28 d達(dá)到釋放平衡，符合傳質(zhì)原理。該強化地板釋放的VOCs種類有芳香類、烷類、醛酮類、酯類、烯類和醇類物質(zhì)。在釋放初期，強化地板釋放的VOCs主要組分是芳香類、烷類和烯類物質(zhì)，在釋放平衡后，VOCs主要組分為烷類和醛酮類物質(zhì)。

2）雙象強化地板釋放的VOCs中，主要污染物包括醛酮類化合物、苯、甲苯、二甲苯和萘。除3 d時釋放的萘含量超出LY/T 3230—2020《人造板及其制品揮發(fā)性有機化合物釋放量分級》中的Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)外，其他成分在一個周期內(nèi)均符合Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)。在釋放初期，TVOC釋放量雖符合Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，但考慮到室內(nèi)可能存在其他VOCs釋放源，會導(dǎo)致室內(nèi)環(huán)境TVOC質(zhì)量濃度過大，因此在房屋剛裝修好后，不建議立即居住。

3）根據(jù)LY/T 3229—2020《人造板及其制品VOCs釋放下的室內(nèi)承載量規(guī)范》對雙象強化地板1個周期內(nèi)的VOCs綜合指數(shù)進(jìn)行計算，并劃分室內(nèi)空氣質(zhì)量等級，得出該強化地板除3 d時符合空氣質(zhì)量Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)外，其余時間均符合Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，空氣質(zhì)量優(yōu)良。雙象強化地板VOCs對室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響隨時間增加逐漸減小，在VOCs釋放平衡后，消費者可以放心使用。

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