家具甲醛污染探索

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本文作者：宋伟作者单位：首都经济贸易大学环境工程系

1引言

家具是室内或建筑环境中常见的功能元素。统计显示，人类超过87%的生命都在室内或建筑环境中度过［1］，即不可避免地长久与家具相伴。一般来说，常见的家具主要有木家具(如实木、板式、竹藤)、软体家具(沙发、床垫)以及其他家具(金属、玻璃、石材)。其中，板式家具对室内空气质量影响最为严重，其所产生的主要化学有害物质是甲醛。甲醛是“病栋症候群”(SBS)重要致因之一，已被国际癌症研究署(IARC)定为致癌物质。具体来说，其还有多方面危害:例如，引起皮肤过敏或危害呼吸、神经或生殖系统。

研究甲醛释放要追溯板材的制造过程，而人造板为实木与胶粘剂热压而成。胶粘剂的主要成分为缩醛树脂，常由过量甲醛和尿素、苯酚、三聚氰胺等物质缩聚制得，因此经常存在一定量未完全聚合的游离甲醛。板材饰面涂料的主要成分尽管是聚乙烯醇，但也常会加入一定量甲醛为佐剂［3］。一方面，如果封边或贴面质量不理想，板材中的游离甲醛便会在使用过程中不断释放出来。另一方面，由于甲醛含于板材内部，故甲醛释放具有一定的长期性和顽固性:即使在空气流通较好的情况下，释放完全也常需要3－15年;并且，历经长时间使用者常与刚热压成型者之释放相差不大，有时甚至有所增加。

一般来说，通风是改善室内空气的有效手段。但上世纪70年代后，能源危机迫使人类提高建筑物密闭性，导致以我国北方为代表的寒冷地区室内空气质量严重下降。王琨曾经对寒冷地区室内装修和家具导致的甲醛污染进行了研究，涵盖商用与民用住宅;但是，相关研究缺乏对家具产品释放的针对性［4－5］。事实上，室内装修多在入住之前进行，故只要在施工后通风一段时间便能有效移除污染;但是，新家具常为现买现用，缺乏通风处理的机会;加之寒冷地区室内通风不畅，在一定程度上可近似为密闭。如此一来，甲醛缺乏衰减的机会，将长时间以高浓度存在于室内。综上，家具才是危害室内空其质量的主要隐患。长久以来，多数研究仅关注基本建材的释放，很少有人对家具成品进行测试。故为确定有人员入住后的寒冷地区特征室内空气质量，有必要模拟类似环境并以板式家具为研究主体进行释放测试，并据此结果对相关人群的卫生保健提出指导建议。

2材料与方法

2．1材料

由于样式规整，故选取某中密度纤维板柜子作为被试:规格(0．9×0．45×1．8)m3，板厚0．02m，表面积12．5m2。北京某家具厂生产，出厂时间在一个月内。该家具属于中档产品，能在一定层面反映当前普遍的产品质量。具体来说，E1级板材汇银板，全部用PU漆生产;出厂后至测试之前，用塑料薄膜密封以阻止计划外释放。

2．2测试方法

(1)仪器设备。测试设备:自行研制的30m3环境舱;采样设备:QC－2型大气采样仪，气泡吸收管，聚四氟乙烯胶管。(2)样品预处理:为保证测试时浓度变化平滑温度，避免拆封后直接测试。将样品置于与测试条件类似的环境舱内，预处理2周。(3)启动环境舱:清理环境舱过滤装置，用胶棉拖把依次蘸取去离子水、有机溶剂、去离子水擦洗舱内壁。彻底清洗后启动环境舱，设置温度23℃，相对湿度45%，承载率0．4m2/m3，以30L/min通风≥5h至稳定，保证舱内清洁空气混合均匀。(4)进样:根据相关建材预测试验结果，在保证浓度能达稳定前提下，将测试定为3日。第1日8:00测试环境舱背景浓度，8:30关闭通风，开舱进样。家具摆放方式为:面朝舱内壁面装设的风扇，柜门开90度。关上舱门，开始计时。此时，舱内风扇依然工作，保证舱内主流空气在测试阶段混合均匀，家具表面气速约0．1－0．3m/s。(5)采样:采样口位于舱门两侧，平行采样。为客观反应主流空气浓度，测点应远离任何壁面;故从采样口舱内一面拉出两根聚四氟乙烯胶管，将采样点延伸至管口样品和风扇之间。考虑到儿童受到的影响比成人严重，将采样高度定为儿童呼吸带所处的1．3m左右。

由于释放速率会随时间衰减，故采样频率要配合释放特性安排;根据相关预测实验结果，暂定测试时间为3日:第1日10:30－18:30，每1h采样1次;第2日6:30－18:30，每2h采样1次;第3日6:30－18:30，每4h采样1次。测试全程共采样品22组44个，每组以2平行样的均值作该时刻浓度。另外，根据环境舱传感器的监测结果记录每次采样时的温湿度。

2．3分析方法

(1)仪器设备。ShimadzuUV1700型紫外可见分光光度计，比色管，比色皿。(2)试剂。标线试剂:10mg/mL甲醛标样(中国标准化研究院);富集试剂:酚试剂，硫酸高铁铵，浓盐酸，蒸馏水。(3)方法。考虑到国际通行的HPLC方法成本较高且使用不便，故根据我国HJ/T167－2004《室内环境空气质量监测技术规范》中推荐的“酚试剂分光光度法”进行分析。分析发现，样品整体趋势稳定且平行度较好，故认为全部有效。

3结果与讨论

3．1结果描述

首先，对数据进行直观分析。背景浓度为0．006mg/m3，符合该环境舱设计性能。进样之后，甲醛浓度迅速上升:首日(0－10h)起于0．025而止于0．107mg/m3，次日(22－34h)出现峰值0．186mg/m3:第二日最后3样的变异系数CV=2．69%＜5%，符合“舱稳定浓度”［6］的要求;因此，可以认为该家具的甲醛释放行为已经达到稳定，舱稳定浓度取3样均值0．182mg/m3。甲醛浓度在测试时段的浓度足迹可参见图1值得一提，第三日(46－58h)浓度开始下降而止于0．124mg/m3。由于测试条件为密闭且环境舱性能良好(不会出现大幅度漏气)，故第二日出现的最高浓度应为理论上的舱稳定浓度。第三日的浓度下降可能另有原因，具体将在下文讨论。这样来看，该家具的舱稳定浓度超过GB/T18883－2002《室内空气质量标准》中推荐的甲醛限值0．1mg/m3幅度为82%，可能对室内空气质量和使用人群造成严重危害。

从测试数据中还可发现一些问题。一方面，温度在测试全过程始终保持23℃左右，可视为稳定而不予讨论。另一方面，图2表示了舱内相对湿度RH的变化。可以看出，尽管设定RH为45%，但测试过程中却发生了较大变化。首先，RH在进样后立即下降到42%左右，直到2h为止仍低于设定值，这可能是因为打开舱门的行为破坏了舱内的稳态所致。但是，RH在随后却逐渐上升，到第二日最后3样已超过80%且变异系数同样＜5%，表现出与甲醛浓度类似的发展趋势。另外，第三日数据仍与甲醛浓度的变化类似，出现一定程度下降。

3．2浓度时变分析

应注意一个现象，首日的浓度上升比较规则，而次日的浓度上升则不很规则;这与一些文献中的建材测试结果存在差异。究其原因，可能与家具建材的区别———结构造型有关。因为根据传质理论，建材释放分内部扩散和外部对流两个过程;其中，对流传质主要受到环境中气流运动的影响。与一般测试人造板时的规则摆放方式不同，家具本身结构比较复杂，更容易影响气流的速度与分布。如此一来，每块板材的释放行为可能会根据具体结构而在不同程度上区别于单独测试时的情况:例如，在有些位置会形成死角，不利于甲醛自由地运动到主流空气中;而有些位置又会由于结构关系使得原本气速得到提升，促使甲醛释放。

3．3湿度时变分析

室内微气候指室内热湿环境，及室内温湿度。从测试结果看出，家具主要会影响室内相对湿度，分析这个问题要追溯制造家具的原材料。板式家具主要由木材、胶粘剂、涂料等原材料组成:一方面，这些原材料本身含湿量大，远高于环境舱内水平;尽管家具中的涉湿材料等会逐渐固化，但该家具的制造时间较新，故含湿量不一定较低。根据生产厂家提供的信息，该家具所用中纤板含水约15%;故若被试质量约200kg即含水30kg，这使得舱内带入的水分负荷率至少为(30/30)=1m2/m3。相对舱内气相原本的水蒸气水平而言，如此大的湿度扰动是不应忽略的;其会形成显著的湿度梯度而为室内增湿。另一方面，木材、板材、漆膜等均属于多孔介质，能够通过吸附或脱附作用影响环境中的含湿量。综上，家具可能对室内微气候造成一定影响。

下面对家具影响湿度的可能机理进行分析。

(1)宏观方面。测试初期，家具内外浓度梯度较大而使舱内水蒸气处于稀释状态，故湿度上升较快。一段时间后，舱内环境条件在吸附等过程的作用下逐渐稳定，故湿度终现下降;但毕竟为密闭测试且存在有无家具的区别，故从数据也可看出，湿度在60%左右的降幅已经趋缓，即可能难以回落到45%的设定水平。

(2)微观方面。研究发现［7］，相对湿度与板材甲醛释放常呈现正相关，这在测试结果的直观分析中已经可以看出。造成这种现象一般原因包括:a．弱酸性自来水(pH=6)与例如脲醛树脂胶粘剂中未反应的游离二甲醇低聚物反应，释放甲醛;b．胶粘剂中的羟甲基脲与木材中的纤维素在酸性条件下生成羟甲基醚，释放甲醛;c．湿度上升导致胶粘剂水解。释放甲醛。d．湿度上升使木材的半纤维素加速分解以及木素中某些共聚体甲基断链，均会释放甲醛;e．湿度上升使木材本身、胶粘剂、固化剂等固体界面对甲醛的吸附能力会迅速降低，附于其表之甲醛分子迅速脱附，进而使甲醛浓度上升。

值得注意，由于浓度梯度会使得甲醛不断释放，故一般考察湿度对甲醛浓度影响时均关注稳定浓度。研究发现，板材界面存在分配系数;在一定温湿度下，一旦固气两项浓度按该数值达到稳定，便不会再发生变化。一般来说，分配系数会受到环境因素的影响;以往研究对温度的影响关注较多，而对湿度关注较少。在此，认为湿度可能对分配系数产生影响。

3．4建模

从浓度曲线可以发现，甲醛在前两日随时间的释放行为与指数函数比较相似。因此，采用常用于描述建材释放的指数衰减模型C(t)=a*exp(b*t)+c进行拟合，得到密闭条件下家具甲醛浓度的时变模型为:（略）。由于前两日因浓度尚未稳定而使湿度的作用不很清晰，故可采用第三日的数据研究湿度和浓度的关系。第三日中，尽管稳定浓度变化，但可看成是分配系数变化导致的，而非浓度梯度的直接作用。对胶合板测试的结果表明［2］，湿度和稳定浓度呈二次多项式关系。因此，尝试使用二次多项式对第三日的浓度和湿度数据进行拟合，得到密闭条件下家具甲醛稳定浓度的随湿度的变化模型为:（略）。从两个模型的相关系数可以看出，模型与测试结果吻合良好。结合图3、图4发现，模型与测试结果吻合良好，故可以近似描述和模拟甲醛随时间和湿度的释放行为。

4结论与建议

为研究寒冷地区特征室内家具甲醛释放特征，模拟实际使用条件对某家具了进行测试。研究发现，仅一件市售中档家具便会造成严重的室内空气污染;另外，分析了浓度和环境因素的变化与作用机制。综上，可以对寒区特征室内的家具使用提出一些建议。一般来说，寒区室内相对湿度较低。为缓解过于干燥带来的不适，居民普遍使用加湿仪来创造适宜的室内空气质量。但是，此举恰会加剧板式家具的甲醛释放。因此，建议寒区室内人员在使用家具时，要适当控制相对湿度:既保证舒适，又规避高湿对甲醛释放辅助作用。另外，由于被迫形成的密闭条件使甲醛难以衰减，还可以根据具体情况选取一些空气净化装置。