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本文作者：宋偉作者單位：首都經濟貿易大學環(huán)境工程系

1引言

家具是室內或建筑環(huán)境中常見的功能元素。統(tǒng)計顯示，人類超過87%的生命都在室內或建筑環(huán)境中度過［1］，即不可避免地長久與家具相伴。一般來說，常見的家具主要有木家具(如實木、板式、竹藤)、軟體家具(沙發(fā)、床墊)以及其他家具(金屬、玻璃、石材)。其中，板式家具對室內空氣質量影響最為嚴重，其所產生的主要化學有害物質是甲醛。甲醛是“病棟癥候群”(SBS)重要致因之一，已被國際癌癥研究署(IARC)定為致癌物質。具體來說，其還有多方面危害:例如，引起皮膚過敏或危害呼吸、神經或生殖系統(tǒng)。

研究甲醛釋放要追溯板材的制造過程，而人造板為實木與膠粘劑熱壓而成。膠粘劑的主要成分為縮醛樹脂，常由過量甲醛和尿素、苯酚、三聚氰胺等物質縮聚制得，因此經常存在一定量未完全聚合的游離甲醛。板材飾面涂料的主要成分盡管是聚乙烯醇，但也常會加入一定量甲醛為佐劑［3］。一方面，如果封邊或貼面質量不理想，板材中的游離甲醛便會在使用過程中不斷釋放出來。另一方面，由于甲醛含于板材內部，故甲醛釋放具有一定的長期性和頑固性:即使在空氣流通較好的情況下，釋放完全也常需要3－15年;并且，歷經長時間使用者常與剛熱壓成型者之釋放相差不大，有時甚至有所增加。

一般來說，通風是改善室內空氣的有效手段。但上世紀70年代后，能源危機迫使人類提高建筑物密閉性，導致以我國北方為代表的寒冷地區(qū)室內空氣質量嚴重下降。王琨曾經對寒冷地區(qū)室內裝修和家具導致的甲醛污染進行了研究，涵蓋商用與民用住宅;但是，相關研究缺乏對家具產品釋放的針對性［4－5］。事實上，室內裝修多在入住之前進行，故只要在施工后通風一段時間便能有效移除污染;但是，新家具常為現買現用，缺乏通風處理的機會;加之寒冷地區(qū)室內通風不暢，在一定程度上可近似為密閉。如此一來，甲醛缺乏衰減的機會，將長時間以高濃度存在于室內。綜上，家具才是危害室內空其質量的主要隱患。長久以來，多數研究僅關注基本建材的釋放，很少有人對家具成品進行測試。故為確定有人員入住后的寒冷地區(qū)特征室內空氣質量，有必要模擬類似環(huán)境并以板式家具為研究主體進行釋放測試，并據此結果對相關人群的衛(wèi)生保健提出指導建議。

2材料與方法

2．1材料

由于樣式規(guī)整，故選取某中密度纖維板柜子作為被試:規(guī)格(0．9×0．45×1．8)m3，板厚0．02m，表面積12．5m2。北京某家具廠生產，出廠時間在一個月內。該家具屬于中檔產品，能在一定層面反映當前普遍的產品質量。具體來說，E1級板材匯銀板，全部用PU漆生產;出廠后至測試之前，用塑料薄膜密封以阻止計劃外釋放。

2．2測試方法

(1)儀器設備。測試設備:自行研制的30m3環(huán)境艙;采樣設備:QC－2型大氣采樣儀，氣泡吸收管，聚四氟乙烯膠管。(2)樣品預處理:為保證測試時濃度變化平滑溫度，避免拆封后直接測試。將樣品置于與測試條件類似的環(huán)境艙內，預處理2周。(3)啟動環(huán)境艙:清理環(huán)境艙過濾裝置，用膠棉拖把依次蘸取去離子水、有機溶劑、去離子水擦洗艙內壁。徹底清洗后啟動環(huán)境艙，設置溫度23℃，相對濕度45%，承載率0．4m2/m3，以30L/min通風≥5h至穩(wěn)定，保證艙內清潔空氣混合均勻。(4)進樣:根據相關建材預測試驗結果，在保證濃度能達穩(wěn)定前提下，將測試定為3日。第1日8:00測試環(huán)境艙背景濃度，8:30關閉通風，開艙進樣。家具擺放方式為:面朝艙內壁面裝設的風扇，柜門開90度。關上艙門，開始計時。此時，艙內風扇依然工作，保證艙內主流空氣在測試階段混合均勻，家具表面氣速約0．1－0．3m/s。(5)采樣:采樣口位于艙門兩側，平行采樣。為客觀反應主流空氣濃度，測點應遠離任何壁面;故從采樣口艙內一面拉出兩根聚四氟乙烯膠管，將采樣點延伸至管口樣品和風扇之間?？紤]到兒童受到的影響比成人嚴重，將采樣高度定為兒童呼吸帶所處的1．3m左右。

由于釋放速率會隨時間衰減，故采樣頻率要配合釋放特性安排;根據相關預測實驗結果，暫定測試時間為3日:第1日10:30－18:30，每1h采樣1次;第2日6:30－18:30，每2h采樣1次;第3日6:30－18:30，每4h采樣1次。測試全程共采樣品22組44個，每組以2平行樣的均值作該時刻濃度。另外，根據環(huán)境艙傳感器的監(jiān)測結果記錄每次采樣時的溫濕度。

2．3分析方法

(1)儀器設備。ShimadzuUV1700型紫外可見分光光度計，比色管，比色皿。(2)試劑。標線試劑:10mg/mL甲醛標樣(中國標準化研究院);富集試劑:酚試劑，硫酸高鐵銨，濃鹽酸，蒸餾水。(3)方法。考慮到國際通行的HPLC方法成本較高且使用不便，故根據我國HJ/T167－2004《室內環(huán)境空氣質量監(jiān)測技術規(guī)范》中推薦的“酚試劑分光光度法”進行分析。分析發(fā)現，樣品整體趨勢穩(wěn)定且平行度較好，故認為全部有效。

3結果與討論

3．1結果描述

首先，對數據進行直觀分析。背景濃度為0．006mg/m3，符合該環(huán)境艙設計性能。進樣之后，甲醛濃度迅速上升:首日(0－10h)起于0．025而止于0．107mg/m3，次日(22－34h)出現峰值0．186mg/m3:第二日最后3樣的變異系數CV=2．69%＜5%，符合“艙穩(wěn)定濃度”［6］的要求;因此，可以認為該家具的甲醛釋放行為已經達到穩(wěn)定，艙穩(wěn)定濃度取3樣均值0．182mg/m3。甲醛濃度在測試時段的濃度足跡可參見圖1值得一提，第三日(46－58h)濃度開始下降而止于0．124mg/m3。由于測試條件為密閉且環(huán)境艙性能良好(不會出現大幅度漏氣)，故第二日出現的最高濃度應為理論上的艙穩(wěn)定濃度。第三日的濃度下降可能另有原因，具體將在下文討論。這樣來看，該家具的艙穩(wěn)定濃度超過GB/T18883－2002《室內空氣質量標準》中推薦的甲醛限值0．1mg/m3幅度為82%，可能對室內空氣質量和使用人群造成嚴重危害。

從測試數據中還可發(fā)現一些問題。一方面，溫度在測試全過程始終保持23℃左右，可視為穩(wěn)定而不予討論。另一方面，圖2表示了艙內相對濕度RH的變化。可以看出，盡管設定RH為45%，但測試過程中卻發(fā)生了較大變化。首先，RH在進樣后立即下降到42%左右，直到2h為止仍低于設定值，這可能是因為打開艙門的行為破壞了艙內的穩(wěn)態(tài)所致。但是，RH在隨后卻逐漸上升，到第二日最后3樣已超過80%且變異系數同樣＜5%，表現出與甲醛濃度類似的發(fā)展趨勢。另外，第三日數據仍與甲醛濃度的變化類似，出現一定程度下降。

3．2濃度時變分析

應注意一個現象，首日的濃度上升比較規(guī)則，而次日的濃度上升則不很規(guī)則;這與一些文獻中的建材測試結果存在差異。究其原因，可能與家具建材的區(qū)別———結構造型有關。因為根據傳質理論，建材釋放分內部擴散和外部對流兩個過程;其中，對流傳質主要受到環(huán)境中氣流運動的影響。與一般測試人造板時的規(guī)則擺放方式不同，家具本身結構比較復雜，更容易影響氣流的速度與分布。如此一來，每塊板材的釋放行為可能會根據具體結構而在不同程度上區(qū)別于單獨測試時的情況:例如，在有些位置會形成死角，不利于甲醛自由地運動到主流空氣中;而有些位置又會由于結構關系使得原本氣速得到提升，促使甲醛釋放。

3．3濕度時變分析

室內微氣候指室內熱濕環(huán)境，及室內溫濕度。從測試結果看出，家具主要會影響室內相對濕度，分析這個問題要追溯制造家具的原材料。板式家具主要由木材、膠粘劑、涂料等原材料組成:一方面，這些原材料本身含濕量大，遠高于環(huán)境艙內水平;盡管家具中的涉濕材料等會逐漸固化，但該家具的制造時間較新，故含濕量不一定較低。根據生產廠家提供的信息，該家具所用中纖板含水約15%;故若被試質量約200kg即含水30kg，這使得艙內帶入的水分負荷率至少為(30/30)=1m2/m3。相對艙內氣相原本的水蒸氣水平而言，如此大的濕度擾動是不應忽略的;其會形成顯著的濕度梯度而為室內增濕。另一方面，木材、板材、漆膜等均屬于多孔介質，能夠通過吸附或脫附作用影響環(huán)境中的含濕量。綜上，家具可能對室內微氣候造成一定影響。

下面對家具影響濕度的可能機理進行分析。

(1)宏觀方面。測試初期，家具內外濃度梯度較大而使艙內水蒸氣處于稀釋狀態(tài)，故濕度上升較快。一段時間后，艙內環(huán)境條件在吸附等過程的作用下逐漸穩(wěn)定，故濕度終現下降;但畢竟為密閉測試且存在有無家具的區(qū)別，故從數據也可看出，濕度在60%左右的降幅已經趨緩，即可能難以回落到45%的設定水平。

(2)微觀方面。研究發(fā)現［7］，相對濕度與板材甲醛釋放常呈現正相關，這在測試結果的直觀分析中已經可以看出。造成這種現象一般原因包括:a．弱酸性自來水(pH=6)與例如脲醛樹脂膠粘劑中未反應的游離二甲醇低聚物反應，釋放甲醛;b．膠粘劑中的羥甲基脲與木材中的纖維素在酸性條件下生成羥甲基醚，釋放甲醛;c．濕度上升導致膠粘劑水解。釋放甲醛。d．濕度上升使木材的半纖維素加速分解以及木素中某些共聚體甲基斷鏈，均會釋放甲醛;e．濕度上升使木材本身、膠粘劑、固化劑等固體界面對甲醛的吸附能力會迅速降低，附于其表之甲醛分子迅速脫附，進而使甲醛濃度上升。

值得注意，由于濃度梯度會使得甲醛不斷釋放，故一般考察濕度對甲醛濃度影響時均關注穩(wěn)定濃度。研究發(fā)現，板材界面存在分配系數;在一定溫濕度下，一旦固氣兩項濃度按該數值達到穩(wěn)定，便不會再發(fā)生變化。一般來說，分配系數會受到環(huán)境因素的影響;以往研究對溫度的影響關注較多，而對濕度關注較少。在此，認為濕度可能對分配系數產生影響。

3．4建模

從濃度曲線可以發(fā)現，甲醛在前兩日隨時間的釋放行為與指數函數比較相似。因此，采用常用于描述建材釋放的指數衰減模型C(t)=a*exp(b*t)+c進行擬合，得到密閉條件下家具甲醛濃度的時變模型為:（略）。由于前兩日因濃度尚未穩(wěn)定而使?jié)穸鹊淖饔貌缓芮逦?，故可采用第三日的數據研究濕度和濃度的關系。第三日中，盡管穩(wěn)定濃度變化，但可看成是分配系數變化導致的，而非濃度梯度的直接作用。對膠合板測試的結果表明［2］，濕度和穩(wěn)定濃度呈二次多項式關系。因此，嘗試使用二次多項式對第三日的濃度和濕度數據進行擬合，得到密閉條件下家具甲醛穩(wěn)定濃度的隨濕度的變化模型為:（略）。從兩個模型的相關系數可以看出，模型與測試結果吻合良好。結合圖3、圖4發(fā)現，模型與測試結果吻合良好，故可以近似描述和模擬甲醛隨時間和濕度的釋放行為。

4結論與建議

為研究寒冷地區(qū)特征室內家具甲醛釋放特征，模擬實際使用條件對某家具了進行測試。研究發(fā)現，僅一件市售中檔家具便會造成嚴重的室內空氣污染;另外，分析了濃度和環(huán)境因素的變化與作用機制。綜上，可以對寒區(qū)特征室內的家具使用提出一些建議。一般來說，寒區(qū)室內相對濕度較低。為緩解過于干燥帶來的不適，居民普遍使用加濕儀來創(chuàng)造適宜的室內空氣質量。但是，此舉恰會加劇板式家具的甲醛釋放。因此，建議寒區(qū)室內人員在使用家具時，要適當控制相對濕度:既保證舒適，又規(guī)避高濕對甲醛釋放輔助作用。另外，由于被迫形成的密閉條件使甲醛難以衰減，還可以根據具體情況選取一些空氣凈化裝置。