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板材對室內空氣汙染及影響汙染因素

由 園田田 發表于 家居2021-06-18

一、板材汙染情況

1、汙染狀況。新裝修居室室內空氣中甲醛超標嚴重,超標80%,最高超標近10倍。苯系物超標情況各不相同,苯超標率僅2%,汙染不普遍,甲苯超標10%,二甲苯超標23%,即新裝修房屋中苯系物的汙染比例近四分之一,且以二甲苯和甲苯的汙染為主要特徵。統計分析證明甲醛與苯系物來自不同釋放源,而苯系物之間具有同源性。非新裝修居室中甲醛汙染仍十分嚴重,超標率為,高濃度汙染減輕,甲醛為長期汙染物。苯的超標率仍為,甲苯和二甲苯的超標率均降至,汙染已不具普遍性,苯系物不具有長達數年的汙染時效。透過檢測戶不同裝修時間居室中濃度,發現濃度隨裝修時間的延長逐漸降低,具有汙染普遍性,組分中基本都是毒性物質。

2、甲醛釋放規律。甲醛的釋放是長期過程,若保持不超過24小時的換氣頻率,半年左右可以入住,若不能經常性的通風換氣,年時汙染仍會十分嚴重,達不到入住標準。隨著甲醛濃度的增大,釋放速率逐漸減小,這種變化是由於兩點原因所致:一是甲醛外界環境濃度不斷變化,二是板材內部遊離甲醛濃度發生衰減。以甲醛為幹建材中的典型物質,在板材釋放初期,幹建材如細木工板中的遊離甲醛濃度較高,且在板材內分佈均勻。即使板材表面濃度因為擴散有所降低,也能很快得到補償,從而維持板材表面甲醛濃度的穩定性。因此可以看出,在釋放初期,甲醛在板材內部的擴散傳質作用較小,在環境中的對流傳質起主要作用。這個過程的甲醛擴散速率,是釋放初期甲醛釋放速率的決定步驟。

隨著釋放的進行,環境中甲醛濃度逐漸升高,濃度梯度減小,甲醛在環境中擴散的傳質阻力增大,即擴散速率逐漸降低,但擴散仍在持續進行。板材內部甲醛的散發速率增大,使板材內部遊離甲醛很快擴散至板材表面,維持平均濃度平衡。當環境中甲醛濃度趨於飽和,甲醛在環境中的擴散,趨於停滯板材內部。甲醛的擴散減慢,總體上甲醛釋放速率幾乎降至0。這與很多因素有關,如板材初始遊離甲醛含量、環境通風時間等。若通風間隔時間短,則甲醛環境濃度始終處於未飽和狀態,甲醛將持續釋放,這時決定因素主要是板材中游離甲醛濃度。

板材內部甲醛濃度逐漸降低,濃度梯度減小,甲醛分佈不均勻,擴散係數將減小,因此,甲醛在板材內部擴散速率逐漸減小。這個階段甲醛的釋放速率受甲醛在板材內的擴散和甲醛在板材外的擴散兩方面速率的影響,而速率的決定步驟是內部擴散速率,後者嚴重製約了甲醛整個過程的釋放,因此,此階段整體釋放速率,勢必比釋放初期時的速率慢。

3、苯系物釋放規律。裝修材料中的苯系物主要來源於裝修時所使用的油漆、溶劑等,其釋放是逐步進行的,其濃度隨時間逐漸遞減,直至釋放完個,從而也證明了裝修材料中無苯系物的長期釋放沁釋放數年以上。釋放苯系物的油漆等材料多塗敷於物體外表面,釋放表面積大,無材料內部的轉移過程,因而釋放迅速。因此就苯系物而言,裝修後的房屋保持經常的通風換氣,基本3個月以上、最好6個月就可達到苯系物允許範圍的入住條件,當然入住後要至少每小時通風換氣一次,直至1年。要達到完全合格的入住條件,要綜合考慮甲醛的汙染情況。

4、甲醛釋放本質。板材在使用後,就發生單體遊離式和複合分解式甲醛的同時釋放,但單體遊離式釋放的量佔主要比例,不會少於70%;複合分解式釋放的甲醛佔較少比例。這也說明,板材中甲醛的釋放還是以遊離甲醛的釋放為主。外界的溫度、溼度、酸鹼等條件,若變化較大,轉向有利於分解反應的方向進行時,複合分解式甲醛的釋放會增加。分解反應對甲醛釋放量的貢獻會更大一些。既然板材使用後,會發生分解反應釋放甲醛,那麼甲醛的釋放期,比之前按出廠時遊離甲醛含量計算的釋放期限,還要漫長,對人類健康的威脅也更嚴重。室內各種揮發性有機物的釋放,並沒有引起二次汙染物的生成。

5、甲醛來源。裝修材料,尤其是木製板材中甲醛的釋放,主要來源於其加工過程中,所使用的脈醛樹脂膠粘劑。一是樹脂合成過程中存在的未參加反應的遊離甲醛。二是樹脂固化過程中,條件改變引起的經甲基和二亞甲基醚鍵斷裂,而釋放出甲醛。三是製品在使用過程中受溫度、溼度、酸鹼、光照等環境因素影響,發生降解而釋放出甲醛。此外,在高溫、高溼度條件下,木材中的半纖維素分解,木素中一些甲氧基鍵斷裂,也會釋放出甲醛。當然,這部分含量與脈醛樹脂的釋放量相比,是微乎其微的。所以,板材中甲醛的主要來源,還是脈醛樹脂膠載劑。

6、甲醛釋放機理。根據目前甲醛釋放機理的不同,遊離甲醛的存在方式,有兩種單體遊離式和複合分解式。以單體遊離式存在的甲醛,主要來源於加成反應的可逆性和反應的不徹底性。它以甲醛的單體形式遊離,存在於液體膠粘劑中,與樹脂的大分子鏈無化學鍵結合,通常所指的板材的遊離甲醛含量,即為單體遊離甲醛的含量。合成樹脂時加入的固化劑,通常會帶來酸性環境而加速樹脂的降解,增加甲醛的釋放量。由於樹脂固化後,固化劑仍殘留在膠層中,不能被釋放或中和,導致分解釋放甲醛的可能性始終存在,即使人造板中游離單體式甲醛濃度為零,製品仍有可能釋放甲醛。

二、影響甲醛汙染的因素分析

1、細木工板中甲醛的濃度。從釋放初期到年後,並無顯著減弱,釋放仍舊強烈,且具有相似的釋放規律。從中也證明了,甲醛釋放的長期性。從甲醛的釋放規律研究可以看出,細木工板中甲醛表現為短時間內劇烈釋放,曲線急劇上升,約小時箱內甲醛濃度就已達到留以上,與國家標準相比已超標5倍以上;24小時後甲醛釋放呈緩慢上升狀態,曲線趨於平緩,當板材在氣候箱中放置約一天,甲醛濃度趨於穩定。

2、板材的不同來源。對甲醛的釋放規律無顯著影響。

3、溫度。溫度變化不能改變甲醛的釋放趨勢,但改變了甲醛的釋放速率,高溫下甲醛釋放速率加快,使箱內甲醛濃度提前飽和,10℃下168小時還未完全飽和,還有釋放空間,20℃下168小時箱內甲醛濃度基本飽和,而30℃下箱內甲醛濃度大約需要120小時就能達到飽和。高溫環境對甲醛的釋放有促進作用。甲醛主要來源於生產板材所使用的樹脂膠薪劑,即甲醛與尿素的合成產物。尿素與甲醛加成反應是放熱反應,反應越完全樹脂中游離甲醛含量越少。降低溫度可使反應向著放熱方向進行,因此環境溫度若低,對這個輕甲基化反應是有利的相反,溫度升高,使經甲基化反應逆向進行,即促使產物分解釋放出遊離甲醛,遊離甲醛濃度升高,釋放速率加快,這就是高溫促進甲醛釋放的主要原因。其次,溫度升高也會促進甲醛的揮發、擴散,同樣會加快釋放速率。升高溫度尤其時30℃以上時,會引起固化後的服醛樹脂分解而放出甲醛,並且隨處理溫度的上升而加劇分解的力度,最理想的溫度是在20℃左右。在較為封閉的室內,短時間內甲醛濃度會非常高,室內環境汙染非常嚴重,因此高溫環境下進行短時通風、經常開窗換氣對降低室內空氣汙染、改善室內空氣品質作用是非常大的,也是極為必要的。

4、溼度。對板材內甲醛的釋放有一定影響,即溼度越大,甲醛釋放越多。究其原因,溼度越大,空氣中的水蒸氣含量越高,而水蒸氣對甲醛是有吸收作用的,所以這會加速板材內甲醛的釋放此外,服醛樹脂耐水性差,若溼度大,會加速樹脂中存在的親水性基團如輕甲基、二亞甲基醚鍵等的斷裂,從而釋放出甲醛。即使短時間內揮發不出,但遊離甲醛也會滯留在板材中,逐漸釋放,加重汙染。因此,溼度對甲醛釋放的直接影響從表現上看或許不是十分強烈,但它的潛在影響很嚴重,是主要影響因素之一。可見溼度的改變對甲醛的釋放規律未有顯著影響。溼度的增加對甲醛釋放速率的影響雖不十分顯著,但也有一定的促進作用。溼度對甲醛釋放的影響應該主要體現在能增加複分解式甲醛釋放這點上。甲醛釋放初期,主要以釋放大量遊離甲醛為主見後面中內容,所以溼度對甲醛釋放影響不十分顯著,僅以水蒸氣對甲醛的少量吸收為主要影響形式,這個結論與實驗結果相吻合。當甲醛進入釋放後期時,遊離甲醛濃度降低,溼度升高增加複分解式甲醛釋放,這種影響在甲醛釋放濃度較低時會十分明顯。因此溼度對甲醛釋放的影響會在板材等釋放源的釋放後期更加顯著。由於甲醛釋放期很長,無法明確界定釋放前期、後期的時間界限。在日常的室內環境中,相對溼度對人體最感舒適,對人體健康也最為有益。所以在此範圍內,降低溼度以減慢甲醛的釋放速率,減少短時內室內空氣甲醛的汙染,若配合經常通風換氣,對改善室內空氣質最有一定作用。

5、通風。未通入新風時,甲醛的釋放符合密閉狀態下甲醛的釋放規律,一小時曲線呈急劇上升,8小時後,由於通入不同量的新鮮空氣,甲醛的釋放受到影響。由於新風通入的稀釋作用,短時內,箱內甲醛濃度下降,且通入新風量越大下降越嚴重,同時,這種下降又引起了板材甲醛釋放的力劇,使甲醛釋放速率加快。新風通入量越大,濃度降得越低,就意味著再次釋放的初始濃度低,因此這段時介內甲醛的釋放速率增加就越大反之亦然。20小時後釋放都趨於平緩,各新風量條件下箱內甲醛濃度基本達到一致且釋放趨於極其緩慢至飽和。從以上規律可以看出,新風的通入或實際居住環境內的短時通風只能使屋內的甲醛濃度暫時下降,一段時間後甲醛濃度仍然會達到最大值即室內飽和值。所以通風間隔時間若較長,則通風起不到根本改善室內空氣質量的作用,汙染將依然存在。但是,經常通風換氣會促進甲醛的釋放,使相同時間內甲醛釋放的總濃度增加,縮短材料中甲醛的釋放期。

6、表面密封。表面全部遮蓋對甲醛釋放起抑制作用,封閉了其釋放通道,而部分遮蓋只是略微延緩了甲醛的釋放,對減弱、抑制其釋放意義不大。

總之,板材來源不是影響板材中甲醛釋放規律的因素,而溫度、溼度、新風量以及板材暴露面積都是影響甲醛釋放的因素。

三、影響苯系物汙染的因素

1、時間。不同裝飾材料中苯系物隨時間的釋放情況相似,基本隨時間呈緩慢上升狀態,沒有釋放的突躍高峰。油漆苯系物超標情況較突出, 細木板沒有苯系物超標項專案,各項值均很低,因此可以推斷細木板不是室內空氣汙染的主要汙染源,室內空氣苯系物的主要汙染源是油漆、乳膠漆、桌布等,因此裝飾材料的不同對苯系物濃度的貢獻是不同的,但釋放規律未因材料的不同而改變。

板材對室內空氣汙染及影響汙染因素

2、溫度。升高溫度對苯釋放的促進是隨時間持續增強的,而對甲苯和二甲苯是釋放前期影響較大,隨時間作用減弱,但在釋放期中總會對釋放有一定促進作用。這種作用是與它們各自的釋放速率和規律相關的。通常甲苯和二甲苯的釋放速率明顯快於苯,因此它們剛開始釋放就比較強烈,在高溫的作用下促進效果明顯而苯釋放速率較慢,前期釋放濃度很低,溫度的影響不會特別明顯。釋放並不強烈,而隨時間釋放越來越強烈後,溫度的影響也變得越來越大。總之,升高溫度對苯系物各個時期的釋放均有促進作用,而促進作用最大的時期是苯系物自身釋放最強烈的時期。究其原因是因為苯系物主要來源於油漆等裝修材料的溶劑、稀釋劑中,所以升高溫度會促進苯系物的揮發,因此釋放加快。升溫隨使它們的釋放增強,濃度增大,但沒有苯的變化那麼明顯,所以各溫度下的釋放仍屬於同一總體空間。溫度是苯系物釋放的影響因素,能使苯系物各時期的釋放均加快,但溫度不能改變苯系物的釋放規律。

3、溼度。溼度的改變對苯系物的釋放稍有影響,但幅度不大。

板材對室內空氣汙染及影響汙染因素

4、通風。新風的通入不是直接影響苯系物釋放的因素。居室進行空氣交換會降低室內苯系物的濃度,使人們免於長期生活在高濃度的苯系物中而使健康受到損害,但這只是簡單的物理過程,通風並不能加快裝修材料中苯系物的釋放,不能使材料中苯系物的釋放期縮短,這與通風對甲醛的作用是不同的。

5、密封影響。由於苯系物主要的釋放源是油漆、塗料、桌布等,而這些材料都是塗敷或貼上在牆壁或傢俱表面,不同於細木板,這些材料的使用就意味著全部暴露,其外血不可能再覆蓋其它材料,因此暴露面積必然是苯系物釋放的影響因素,釋放濃度定與暴族而積成正比。

6、釋放面積。裝修的房屋若要降低苯系物的汙染,最佳辦法就是減少油漆等材料的負載量,減小苯系物釋放面積。

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