新型有机建筑装饰装修材料烟毒性研究*

王洪波，罗显国

1.广东工程职业技术学院，广东 广州 510520

2.广东华标检测有限公司，广东 广州 510520

从大量火灾案例实际情况来看，烟气对人所造成的伤害比热量和燃烧造成的伤害程度更深，比例更高。火灾发生时，烟气通过呼吸道进入人体内引起的急剧性吸入染毒非常致命。随着材料工业的发展，新型有机材料的大量研发及应用使得火灾烟气中的有毒物质种类繁多、成分复杂。因此，分析和评定新型建筑材料燃烧过程中的毒性气体成分，对建设领域选材和降低火灾危害具有重要意义。

1 新型建筑材料概述

1.1 新型建筑材料定义

常用建筑材料包括土建材料、机电安装材料、装饰材料等，文章所称新型建筑材料主要指有机高分子材料。

1.2 新型建筑材料特点

新型建筑材料是建立在环境保护、资源节约、技术进步的新兴产业基础上的，是建筑、机械、冶金、化学、物理等多学科相互交叉及促进综合研发的成果，一般具备如下特点：

（1）质地轻。新型建筑材料主要以孔隙率高、表观密度小的原材料制成，可极大地减轻建筑物的自重，减轻建筑物的负荷，具有较好的抗压性和抗震性，以及不易开裂、防水性能好、使用寿命长的突出特点。

（2）强度高。新型建筑材料可减轻结构自重，减小结构体积，提高利用率。

（3）复合性。新型建筑材料是有机材料和无机材料的相互结合，能发挥材料在某些方面的性能优势，取长补短，提高材料性能和使用效益，代替单一化的建筑材料。

（4）环保性。新型建筑材料提倡材料循环利用，以减少环境污染。例如，以优质天然麦草为原料制造的板材，用无甲醛的黏合剂黏合，其与传统木质板材相比具有强度高和更美观的优点。

（5）多功能。新型建筑材料具有保温隔热、吸声、耐火、防潮、防霉、易洁、抗压等多种性能。

（6）标准化。新型建筑材料利于采用工业化生产方式，加工更加规范有序、成品误差小、品质优，产品系列化。

1.3 新型建筑材料分类

新型建筑材料可按使用功能、化学组成、建筑部位、工程类别进行分类。

（1）按使用功能分类，新型建筑材料可分为围护材料、功能材料、结构材料。

（2）按化学组成分类，新型建筑材料可分为复合建筑材料、无机建筑材料、有机建筑材料。

（3）按建筑部位分类，新型建筑材料可分为内墙材料、地面材料、结构躯体材料、外墙材料、顶棚材料。

（4）按工程类别分类，新型建筑材料可分为水利材料、道路材料、房屋建筑材料。

1.4 新型有机建筑装饰装修材料

新型有机建筑装饰装修材料是指用于装饰装修的新型有机建筑材料，一般指用于地面、顶棚、外墙面、内墙面的饰面材料。

地面的装饰类型有石材类、木质地板类、陶瓷地面等。

顶棚的装饰类型有平顶式顶棚、井格式顶棚等。

墙面的装饰类型有涂刷类、贴面类、抹灰内、卷材内、壁布、纸质壁纸、天然材质类壁纸、原质类、综合类等。

随着社会经济发展水平的提高，人们对居住条件的要求也越来越高，不仅要求建筑物有过硬的质量和完善的功能，还要求使用的材料美观且对人体无害。但由于装修材料所造成的建筑室内环境污染问题日渐突出，必须对建筑室内污染进行控制，加强建筑装修材料的质量控制，并限制其有害物质含量。减少室内污染，大力发展绿色建材，是建材行业发展的战略重点。

2 毒性气体分析方法对比

根据毒性气体检测标准，文章主要对一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氯化氢（HCl）、氟化氢（HF）、溴化氢（HBr）、氰化氢（HCN）、氮氧化合物（NOx，如 NO2）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）等气体进行分析。

2.1 傅里叶变换红外光谱法

红外光源被分束器分为相等的两束光束，两束光分别从一个固定的和可移动的镜子反射后重新结合在一起，产生干涉光束。当干涉光束通过需要检测的样品时，分子键的激发振动使得特定频率的辐射被样品吸收，对比所需检测的9种已知气体光谱，便可进行气体的定性。对比已知浓度的气体光谱，可利用吸收光谱面积和高度计算得出浓度。该方法能一次性对9种所需气体进行定性和定量。但是检测所需的仪器较为昂贵，且对于人员的检测技术、软件应用水平要求相对较高，对于设备维护的成本和人员要求也相对较高。

2.2 化学分析方法

对建筑材料燃烧时所产生的烟气中的氯化氢（HCl）、氟化氢（HF）、溴化氢（HBr）、氰化氢（HCN）、氮氧化合物（NOx）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）等气体浓度进行测试。首先，在塑料烟密度测试仪内的燃烧箱中产出烟气。其次，将烟气导入锥形瓶内的吸收液中吸收烟气，注意防止倒吸。最后，使用离子色谱、紫外分光等化学方法进行吸收液中气体离子的测定。烟气中的CO2和CO气体是由红外光谱法进行定性，并通过已知浓度气体的光谱对气体进行定量。采用化学分析方法时，因为使用了较多精密仪器，设备具有相当高的灵敏度，所以需要操作人员具备丰富的化学知识和熟练的操作手法，不然可能会引入较多不确定因素，使得测试结果受到较大的影响。

2.3 比色测量法

不同的建筑材料分别以相同的辐照水平条件发烟，所产生的烟气浓度不同，采用气体比色式检测管测试一定体积的样品，根据指示粉产生的变色强弱度来确定被测气体的单位体积含量。由于缺少HBr比色式检测管，将HBr当作HCl的一部分，将其中成分相加，以此计算毒性指数数值。该方法的优点是操作简便、设备简单，缺点是测试结果精准度不高。

3 新型有机建筑装饰装修材料烟毒性研究

3.1 试验试样

根据有机建筑装饰装修材料的不同用途进行分类，选择具有代表性的材料，包括竹木纤维集成墙板、新型壁纸、饰面板、装饰窗帘、PVC地板胶、强化木地板等。

3.2 试验仪器及用品

试验仪器及用品主要如下：CO、CO2气体检测仪；HF、HCN、S02、NO2气体检测管；气体检测管采集器、采气袋、采样泵、采样垫片。

3.3 试验方法

参照《塑料 烟生成 第2部分：单室法测定烟密度试验方法》（GB/T 8323.2—2008）要求建立燃烧模型，使用带有锥形辐射炉的燃烧仪器，以测定低辐照水平（25kW/m2）和高辐照水平（50kW/m2）条件下的发烟量，收集不同燃烧阶段的烟气进行分析，采用比色法和分光光度计比色等方法进行分析，如表1所示。

表1 烟气的危害及分析方法

4 新型有机建筑装饰装修材料烟毒性测试结果

（1）使用低辐照水平（25kW/m2）锥形辐射炉的燃烧仪产出的烟气成分结果如表2所示。其中HF检出限为0.5mg/L、H2S检出限为1mg/L、NO/NO2检出限为3mg/L、HCl检出限为1mg/L、SO2检出限为0.5mg/L。

表2 建筑材料烟气毒性成分及含量表

该辐照水平锥形辐射炉的燃烧仪实验过程中，实木复合地板、强化木地板产出较多的CO2及CO，生成剧毒性气体HCl的材料有PVC地板胶、壁纸、竹木纤维板、胶合板，检出HF的材料有壁纸、竹木纤维板、胶合板。

（2）使用高辐照水平（50kW/m2）锥形辐射炉的燃烧仪产出的烟气成分结果如表3所示。其中HF检出限为0.5mg/L、H2S检出限为1mg/L、NO/NO2检出限为3mg/L、HCl检出限为1mg/L、SO2检出限为0.5mg/L。

表3 建筑材料烟气毒性成分及含量表

该辐照水平锥形辐射炉的燃烧仪实验过程中，实木复合地板、强化木地板产出较多的CO2及CO，生成剧毒性气体HCl的材料有PVC地板胶、壁纸、竹木纤维板、胶合板，检出HF的材料有壁纸、竹木纤维板、胶合板。对比低辐照水平（25kW/m2）锥形辐射炉的燃烧仪产出的气体含量，该辐照水平条件下的烟毒性气体含量较高。

5 结束语

文章简单介绍了三种毒性气体测试方法，即傅里叶变换红外光谱法、化学分析方法以及比色测量法，并对新型有机建筑装饰装修材料在不同辐照水平条件下的烟气毒性展开了测试研究，使用化学分析方法和比色测量法进行了试验。研究发现，在不同辐照水平条件下材料的烟气毒性水平有部分差异。试验数据表明，有机类建筑装饰材料的烟气成分以CO2、CO为主，也生成部分剧毒性气体，如HCl。通过检测出的气体组分及体积分数，可计算得到烟气毒性指数，表征材料在火灾条件下的危险程度。