强化地板VOCs释放规律及其对室内空气质量影响评价

吕瑞雪 沈隽

摘要：探究強化地板VOCs（volatile organic compounds）的释放特性，评价其对室内环境的影响，为强化地板有害气体释放研究提供基础数据，并为生产者和消费者评估其对室内空气质量影响提供参考。选用双象强化地板，用1 m3气候箱法进行采样，通过GC-MS（气相色谱-质谱联用仪）对采样得到的VOCs进行分析，并根据林业行业标准LY/T 3230—2020《人造板及其制品挥发性有机化合物释放量分级》和LY/T 3229—2020《人造板及其制品VOCs释放下的室内承载量规范》，评价该强化地板对室内空气质量的影响。研究结果表明，该强化地板TVOC释放量随时间的增加而逐渐减小，且在第28天达到释放平衡。释放的VOCs成分主要为烯类、芳香类和烷类物质，还有少量的醛酮、酯类和醇类物质。1个周期内，双象强化地板只有第3天萘的释放等级不符合Ⅰ级标准，其余时间几类主要污染物释放量等级均符合Ⅰ级。强化地板VOCs综合指数在第3天后随时间的增加而减小，根据综合指数分级标准得出，强化地板第3天VOCs释放等级为Ⅱ级，室内空气质量合格，其余时间VOCs释放等级为Ⅰ级，室内空气质量优良。该强化地板的TVOC释放量随时间的增加逐渐减小，符合传质原理。在VOCs释放平衡后，释放量分级符合Ⅰ级标准，计算得出综合指数符合Ⅰ级标准，室内空气质量优良，消费者可以放心使用。

关键词：强化地板；挥发性有机化合物（VOCs）；释放规律；室内空气质量；综合指数

中图分类号：S784；{X828}文献标识码：A文章编号：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

基金项目：国家自然科学基金面上项目（31971582）；中央财政林业科技推广示范项目（黑【2021】TG18）

第一作者简介：吕瑞雪，硕士研究生。研究方向为木质材料与室内环境。Email： lrxue1117@163.com

*通信作者：沈隽，博士，教授。研究方向为人造板工艺学。Email： shenjunr@126.com

引文格式：吕瑞雪， 沈隽.强化地板VOCs释放规律及其对室内空气质量影响评价[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

随着生活水平的提高，人们越来越注重室内空气质量。挥发性有机化合物（volatile organic compounds，VOCs）作为一类有害气体的总称，影响室内空气质量，危害人体健康[1]，正在被越来越多的学者研究[2-4]。室内VOCs来源于各种建筑装饰材料、人造板和家具等[5]，例如室内装修中使用的胶合板、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质[6-8]。

强化地板也称浸渍纸层压木质地板，近年来，由于其具有更丰富的花色和纹理、耐磨、耐用、易于维护和可持续生产等特性，越来越受消费者的青睐[9]。但相比于实木地板，由于其在生产加工过程中会使用较多的胶黏剂，导致更多的VOCs释放[10]，因此，研究其VOCs释放规律及其对室内环境的影响有着重要意义。但是，目前国内外对强化地板释放的挥发性有害气体研究较少，且研究内容大多侧重于甲醛释放。如：贾潇然等[11]针对强化地板中甲醛的释放规律建立了回归模型；An等[12]探究了强化地板结构和加热条件对其甲醛和TVOC释放的影响；白莉等[13]用液相色谱法探究了强化地板的VOCs释放规律。

在VOCs研究中，廣泛应用小型释放舱进行气体采集[14-17]，本研究选用的1 m3气候箱是一种符合GB/T 29899—2013《人造板及其制品中挥发性有机化合物释放量试验方法 小型释放舱法》规定的小型释放舱。关于VOCs对室内空气质量影响研究方面，在20世纪末，沈晋明[18]提出要建立合适的室内环境标准，还要加入规范、标准的主观评价，后又提出了沈氏模型[19]；舒爱霞等[20]通过实例分析了综合指数评价法的可行性和有效性，蒋利群等[21]通过单因子指数和多因子指数评价模型，评估了中纤板对室内空气品质的影响。直至2020年，我国颁布并实施了林业行业标准LY/T 3230—2020《人造板及其制品挥发性有机化合物释放量分级》[21]和LY/T 3229—2020《人造板及其制品VOCs释放下的室内承载量规范》[22]，以此来提升产品质量和指导人造板及其制品在室内的正确使用。

本研究受2021年黑龙江省林业厅下达的中央财政林业科技推广项目资助，项目研究主要内容是VOCs快速检测方法，单位推广是国营松江胶合板厂（即双象木业），针对其产品开展的研究。同时，该厂产品在省内市场销售量大，开展其研究对本地市场产品环保性能提升具有指导意义。

本研究以室内装修中常用的强化地板为研究对象，拟通过1 m3气候箱法对强化地板VOCs进行采集，探究其在标准环境条件（温度23 ℃，相对湿度50%）下的释放规律，并结合我国林业行业标准LY/T 3230—2020、LY/T 3229—2020，评价其对室内空气质量的影响。

1材料与方法

1.1材料

试验材料由黑龙江省哈尔滨市双象木业有限公司提供，为同一批次生产的浅橡木浸渍纸层压木质地板，基材为高密度纤维板，装饰层和耐磨层为浸渍纸，底面有平衡纸，胶黏剂使用脲醛树脂，规格为1 220 mm×196 mm×12 mm （长 × 宽 × 厚）。根据以往的研究[24-25]，人造板产品在工厂加工后VOCs质量浓度会达到最高，之后会有VOCs释放量衰减的过程，并逐渐达到平衡状态。为了更好地研究其VOCs释放规律，选用的强化地板均为工厂当天生产，运至实验室冷藏，确保其释放趋势不受影响。将板材裁成1 000 mm×196 mm的长方形，板材边缘和底部用铝箔胶带密实封边，防止边部产生高挥发性有机气体释放。

1.2设备

1）1 m3气候箱。由东莞市升微机电设备科技有限公司生产，舱体体积尺寸为1 578 mm×800 mm×800 mm（深×宽×高），内部为不锈钢材料，配备空气循环系统，具有温湿度调控装置。

2）IAQ-Pro型采样泵。由美国SENSIDYNE公司生产，流量范围为100～600 mL/min，可设定采样时间，采样结束后自动停止。

3）吸附管（采样管）。由英国Markes公司生产，不锈钢管内装填料为200 mg吸附剂Tenax-TA。

4）TP-5000通用型热解析仪（老化仪器）。由北京北分天谱仪器技术有限公司生产，可有效清除吸附管中残留的气体。

5）气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）。由德国Thermo公司生产，色谱柱规格为30 000 mm×0.25 mm×0.25 μm，可用于挥发性有机化合物的分析。

1.3测试方法

在试验前，先对采样舱进行高温清洁。将2块裁好的强化地板平行放置在1 m3气候箱中心位置，根据GB/T 29899—2013设置气候箱参数，相关参数设置见表1。

试验周期为28 d，分别在第1、3、7、14、21、28天采样，采样前，用老化仪器将吸附管中的杂质和残余气体去除。采样时，采集气体流量为200 mL/min，采集时间为15 min，共采集气体体积为3 L。

使用热解析脱附仪结合GC-MS，对采样得到的VOCs进行分离检测。热解析脱附仪载气为氦气，解析温度为280 ℃，管路温度为85 ℃，热解析时间为5 min，进样时间为1 min；升温阶段控制初始温度为40 ℃，保持2 min，5 min内升至50 ℃，保持4 min，20 min内再升至150 ℃，保持4 min，最后10 min内升至250 ℃，保持8 min；进样口温度250 ℃，分流流量30 L/min。采用EI电离，离子源温度为230 ℃；质量扫描范围40～450 amu；辅助区温度270 ℃。在计算VOCs释放量时，采用外标法，按照国家标准GB/T 29899—2013对气体进行定量。通过面积归一化法得到各VOCs平均质量浓度和TVOC质量浓度，试验重复3次。

2结果与讨论

2.1强化地板VOCs释放水平

GB/T 29899—2013对总挥发性有机化合物（total volatile organic compounds，TVOC）的定义是非极性色谱柱分离、气相色谱检测的保留时间在正己烷至正十六烷（包括正己烷和正十六烷）之间的有机化合物总和。采用1 m3气候箱法检测该强化地板的TVOC释放趋势如图1所示。在第1天时该强化地板TVOC释放量为177.30 μg/m3，第28天时为59.58 μg/m3，从释放初期到平衡状态，释放量下降了66.39%。根据传质原理[26]，各组分会自发地从高质量浓度向低质量浓度方向转移，强化地板中的高质量浓度VOCs逐渐扩散到低质量浓度的外界环境中，在释放初期，质量浓度差较大，VOCs分子扩散速率更快，而后期质量浓度差逐渐较小，VOCs分子扩散速率减慢，因此强化地板的TVOC释放量随时间的增加逐渐减小，在1～3 d释放量下降最快，14 d后释放量逐渐趋于平缓，28 d释放量达到平衡状态，该强化地板的VOCs释放符合传质原理。

图2反映各VOCs组分及其释放量。在1 d 初始释放时，烯类物质占比最大，为36.77%，其次为烷类和芳香类，分别为22.98%、22.43%，占比最小的为醛酮和酯类物质，分别为10.30%、7.51%；在28 d稳定释放时，烷类物质释放量占比最大，为32.17%，其次为醛酮类和芳香类物质，分别为26.74%、22.59%，占比最小的为酯类和醇类物质，分别为12.87%和5.61%。在1个检测周期内，各组分释放量整体呈现下降趋势：烯类和芳香类物质释放量逐渐下降且下降幅度较大，烯类物质在28 d后可能不再释放；醛酮类和烷类物质释放量均为在1～3 d略有下降，然后在3～7 d开始上升，7 d后又逐渐下降至平衡状态，最终低于1 d时的释放水平；酯类物质释放量在1～3 d增加，3 d后开始逐渐减少。

强化地板中的芳香类和醇类物质来源生产加工过程中加入的脲醛树脂胶黏剂，醛酮类物质来自木材抽提物中脂肪酸的氧化分解和胶黏剂，烯类、烷类和酯类物质来源木材本身的抽提物，但与烯类不同的是，烷类和酯类物质由化学反应产生[27]。醛酮类、烷类和酯类这3类物质的释放过程中均为伴随着化学反应，因此这3类物质的释放量均升高后又再次下降，而芳香类和烯类物质的释放量持续下降。强化地板释放的醇类物质只有2-乙基-1-己醇一种，且含量较少，再加之强化地板是有一定厚度的，因此醇类物质释放无明显规律。

2.2强化地板VOCs成分及主要污染物分析

强化地板释放的VOCs成分见表3。

强化地板释放的VOCs中，醛酮和烯类物质种类最多，均有8种，其次是芳香类和烷类，均有7种物质，再次是酯类物质，有2种，最少的是醇类物质，只有1种。这些物质中大部分为有毒性或是对人体和环境有害的物质。芳香类中，苯有致癌毒性，甲苯低毒，萘和乙苯是B类致癌物，苯并噻唑是高毒物质，对二甲苯入或经皮肤吸收后对人体有害；醛酮类物质中，苯甲醛、苯乙酮对眼和皮肤有刺激性，苯乙酮对环境有危害，癸醛、辛醛和壬醛对眼睛、呼吸系统和皮肤有刺激性，己醛吸入或经皮肤吸收后对身体有害；烷类物质中，己烷对环境有危害，癸烷和十一烷吸入对身体有害；烯类物质中，1-庚烯低毒且对身体和环境有危害；酯类物质中，邻苯二甲酸二甲酯低毒；醇类物质中，2-乙基-1-己醇有中毒性。

根据LY/T 3230—2020《人造板及其制品挥发性有机化合物释放量分级》，人造板及其制品挥发性有机化合物释放量等级分为Ⅰ級和Ⅱ级，见表4。

此标准的释放量分级中规定了TVOC、总醛酮类化合物、苯和甲苯等几类主要污染物的释放限量，强化地板中上述物质在1个周期内的释放限量见表5。

将强化地板主要污染物的释放量与标准LY/T 3230—2020进行对比，分析强化地板的主要污染物释放水平。1 d时强化地板的TVOC释放量最多，为177.30 μg/m3，低于Ⅰ级标准220 μg/m3，在28 d时释放量最少，仅为59.58 μg/m3，远低于Ⅰ级标准；苯的释放量稳定在6.28～7.24 μg/m3，均低于Ⅰ级标准16 μg/m3；甲苯的释放量在1 d最多，为19.29 μg/m3，在28 d释放量最少，为2.10 μg/m3，均远低于Ⅰ级标准100 μg/m3；二甲苯仅在7 d前释放，释放量在3.91～4.59 μg/m3，远低于Ⅰ级标准100 μg/m3；萘仅在3 d释放，释放量为4.78 μg/m3，略高于Ⅰ级标准4.5 μg/m3，但符合Ⅱ级标准；强化地板不释放联苯、三联苯和4-苯基环己烯这3种物质。因此，虽然该强化地板释放VOCs种类较多，但除第3天萘释放量超标外，1个周期内主要污染物释放量均符合Ⅰ级标准，消费者可以放心使用。但是仍强烈建议强化地板放置28 d，待VOCs释放平衡后，再进行使用。

2.3强化地板对室内环境影响综合分析

LY/T 3229—2020《人造板及其制品VOCs释放下的室内承载量规范》中规定了室内空气污染评价方法，通过计算综合指数，对室内空气质量进行等级划分，综合指数分为3个区间，分别对应3个空气质量等级，见表6。

综合指数计算公式为

I=PQ。（1）

式中：I为综合指数，兼顾污染物最大分指数和算术平均指数，保留小数点后两位；P为最大分指数；Q为算术平均指数。

P的计算公式为

P=maxC1S1，C2S2……，CnSn。 （2）

式中：n为主要成分的数量；Ci为主要成分的质量浓度；Si为VOCs主要成分i的特定值（特定值与表4释放量分级中的限定值相同）。

Q的计算公式为

Q=1n∑ni=1CiSi。（3）

根据式（1）—式（3）计算强化地板1个周期内的综合指数，对强化地板VOCs释放量进行综合评价，结果见表7。

图3为强化地板一个周期内的综合指数变化趋势。第1天的VOCs综合指数为0.40，符合空气质量Ⅰ级标准，室内空气质量优良。在第3天时，综合指数为0.54，符合空气质量Ⅱ级标准，室内空气质量合格。在第3天后，综合指数逐渐下降，均符合空气质量Ⅰ级标准，室内空气质量优良，强化地板VOCs对室内空气质量的影响随时间的增加逐渐减小，室内空气质量越来越好。因此，在与试验条件相同的室内环境中单独铺设该强化地板时，室内空气品质为优良，适合人们居住。

3结论

1）双象强化地板TVOC释放速率随时间增加而减小，且在1～3 d速率下降最快，在14 d释放速率逐渐缓慢，在28 d达到释放平衡，符合传质原理。该强化地板释放的VOCs种类有芳香类、烷类、醛酮类、酯类、烯类和醇类物质。在释放初期，强化地板释放的VOCs主要组分是芳香类、烷类和烯类物质，在释放平衡后，VOCs主要组分为烷类和醛酮类物质。

2）双象强化地板释放的VOCs中，主要污染物包括醛酮类化合物、苯、甲苯、二甲苯和萘。除3 d时释放的萘含量超出LY/T 3230—2020《人造板及其制品挥发性有机化合物释放量分级》中的Ⅰ级标准外，其他成分在一个周期内均符合Ⅰ级标准。在释放初期，TVOC释放量虽符合Ⅰ级标准，但考虑到室内可能存在其他VOCs释放源，会导致室内环境TVOC质量浓度过大，因此在房屋刚装修好后，不建议立即居住。

3）根据LY/T 3229—2020《人造板及其制品VOCs释放下的室内承载量规范》对双象强化地板1个周期内的VOCs综合指数进行计算，并划分室内空气质量等级，得出该强化地板除3 d时符合空气质量Ⅱ级标准外，其余时间均符合Ⅰ级标准，空气质量优良。双象强化地板VOCs对室内空气质量的影响随时间增加逐渐减小，在VOCs释放平衡后，消费者可以放心使用。

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