据统计，全球近一半的人处于室内空气污染中，室内空气污染已引起35.7%的呼吸道疾病，22%的慢性肺病，15%的气管炎、支气管炎和肺癌(白志鹏等，2006)。因此，室内空气污染引起越来越多的人关注，其中挥发性有机化合物(volatile organiccompound，VOC)是室内的主要污染物之一。随着现代建筑物密闭性的不断提高，木质材料和其他合成材料在家具和室内装饰中被大量使用，室内VOC浓度远远高于室外。VOC被吸入人体后，由于其可溶性和沉淀性而在体内留存，对人体健康产生影响。室内环境中VOC产生的来源广泛且种类繁多，人造板是室内VOC的主要来源之一(陈峰，2010)。因此，有效地控制和降低人造板VOC释放量成为提高室内空气质量的关键，同时也是国内外学者研究的热点。

国内外已有学者从热压生产工艺和产品二次加工的角度研究其对人造板VOC释放的影响以达到降低VOC释放的目的(刘玉等，2008;张文超，2011;Kim et al.，2010)。实际上，外部环境因素(温度、相对湿度、气体交换率)对建筑材料VOC的释放也有很大影响。有研究表明，建材受环境因素影响程度因建材种类而异，相对湿度只对湿材料VOC释放有显著影响(Fang et al.，1999)。由于不同种类的VOC具有不同的沸点、亲/疏水性等特性，导致其具有不同的释放特性。Wolkoff(1998)发现不同种类VOC释放受温度和相对湿度影响程度不同。Sollinger等(1993)指出:温度变化对VOC释放的影响影响程度与VOC的沸点有关。国内也有学者对其进行了研究，但主要侧重点是对TVOC释放的影响，对人造板释放的不同种类VOC的影响鲜见报道。因此，环境因素对板材VOC释放的影响应该更深入的研究，以探求不同种类板材释放VOC在不同环境下的释放特性。

本文以胶合板为研究对象，采用小型环境舱法，气相色谱质谱联用仪(GC/MS)检测胶合板在不同温度(18，23，28 ℃)、相对湿度(35%，50%，60%，75%)和气体交换率(0.5，1，2 h^-1)条件下的VOC释放速率，探究胶合板释放TVOC、不同种类VOCs、主要VOC单体［甲苯、乙苯、对(间)二甲苯］在不同环境条件下的释放特性。

胶合板，黑龙江省某人造板厂生产，规格(长×宽×厚)为1 220 mm×2 440 mm×9 mm，密度0.64 g·cm^-3，含水率8%，单板层数7层，单板厚度1.3 mm，甲醛释放等级E1级。环境舱体积为15 L，按照承载率为1 m²·m^-3的要求，试样锯割面积为0.015 m²(123 mm×123 mm)。采用单面释放的方法，为防止边部VOC的高度释放，胶合板的边部和不要求释放的另一面用铝胶带密封。

1)15 L小型玻璃环境舱，舱体密闭，配有控温、控湿装置和清洁气体供给与循环系统，环境舱气密性良好。试验前，舱体本底TVOC浓度小于20μg·m^-3，各单体浓度均小于2 μg·m^-3，符合标准HJ571—2010中关于环境舱法检测板材挥发性有机化合物释放的相关标准要求。小型环境舱参数设置见表 1。

表 1 小环境舱参数设置 Tab.1 The parameters of small environment chamber

表 1 小环境舱参数设置 Tab.1 The parameters of small environment chamber 试验参数Experiment parameters 15 L环境舱 15 L environment chamber A B C 体积Volume/m3 0.015 0.015 0.015 承载率Loading ratio/(m2·m-3) 1 1 1 气体交换率Air exchange rate/h-1 1 1 0.5/1/2 湿度Relative humidity(%) 35/50/60/75 50 50 温度Temperature/℃ 23 18/23/28 23 换气量Chamber air flow/(m3·h-1) 0.015 0.015 0.007 5/0.015/0.03 单位面积换气量Specific air flow rate/(m3·h-1 m-2) 1 1 0.5/1/2

2)TP-5000热脱附仪(北京北分天普仪器技术有限公司)、DSQ Ⅱ气质联用仪(GC-MS)(美国thermo公司)。热脱附- GC-MS试验条件如下。

热解析脱附仪:载气为氦气，解析温度280 ℃，管路温度85 ℃，热解析5 min，进样时间1 min。

GC-MS:色谱柱为25 m×0.25 mm×0.25 μm DB-5石英毛细管柱;升温程序为初始40 ℃、保持2 min，以2 ℃·min^-1升至50 ℃、保持4 min，再以5 ℃·min^-1升至150 ℃、保持4 min，最后以10 ℃·min^-1升至250 ℃、保持8 min;进样口温度250 ℃，分流流量30 L·min^-1，分流比率30。采用EI电离，离子源温度230 ℃;质量扫描范围40～450 amu(原子质量单位);辅助区温度270 ℃。

3)Tenax-TA采样管(北京北分天普仪器技术有限公司产)，不锈钢管内装200 mg吸附剂Tenax-TA。

根据我国室内空气质量标准(GB 18883—2002)的定义，即利用Tenax-GC或Tenax-TA采样，非极性色谱柱(极性指数小于10)进行分析，保留时间在正己烷和正十六烷之间的挥发性化合物称为TVOC。本试验中TVOC含量为保留时间在正己烷和正十六烷之间的挥发性化合物含量的总和。

分别在不同环境条件下检测胶合板释放的挥发性有机化合物。Tenax-TA采样管收集气体，采集气体流量为150 mL·min^-1，采集40 min，收集气体6 L。收集好气体后，采用热解析脱附仪解析5 min，然后利用GC-MS，采用内标法(内标物氘代甲苯)，应用仪器自带软件对谱图进行分析。利用内标曲线计算得到5天内该胶合板在不同温度、相对湿度、气体交换率条件下的舱体TVOC浓度变化趋势。舱体内VOC浓度与板材单位面积释放量关系如下:

式中: SER为板材单位面积单位时间内释放VOC质量，μg·m^-2 h^-1;C为舱体质量浓度，μg·m^-3;q为单位面积换气量，m³·h^-1m^-2。

由图 1可以看出，温度越高，TVOC释放速率越大，并且释放速率下降越快。在28 ℃条件下，释放速率从第1天到第2天下降了51.6%。第1天TVOC释放速率相差最大，在28 ℃条件下的速率是在18 ℃下的2倍左右。随着TVOC的释放，3种温度条件下的TVOC释放速率差异变小，TVOC释放逐渐趋于平衡。在温度为18，23，28 ℃条件下第5天舱体TVOC质量浓度分别为35.70，41.06，45.48 μg·m^-3。由此可见，释放前期，温度对其影响显著，后期减弱。Fang等(1999)也通过试验证明了温度对材料VOC释放的影响只在VOC释放初期显著，随着VOC的释放，温度对其影响程度减弱。温度影响VOC释放的原因是温度影响材料内部扩散系数和VOC蒸汽压。温度与VOC在材料内部扩散系数关系式简化如下:

式中: D为材料内部扩散系数，m²·h^-1;D_ref为23 ℃时材料内部扩散系数;E为由试验确定的系数，一般取9 000 K;T为热力学温度，K。由此可以看出:温度增加，VOC在材料内部扩散系数增加，根据传质理论，扩散系数的增加会促进VOC释放。

	图 1 不同温度条件下板材TVOC释放速率 Fig. 1 TVOC emission rate/time profiles at different temperatures

温度与蒸汽压关系式如下:

式中: P为化合物蒸汽压，atm;T为热力学温度，K;a，b，c均是大于零的参数。因此，当温度升高时，板材内部化合物蒸汽压升高，使板材和舱体内空气流动相的边界层化合物蒸汽压梯度增大，从而促进VOC释放。在VOC释放初期，扩散系数和蒸汽压共同影响VOC释放。在释放后期，由于舱体不断通风，使板材内部VOC浓度降低，蒸汽压影响效应逐渐减弱，只有扩散系数影响效应起主要作用(Fang et al.，1999)。提高VOC在材料内部的扩散系数使VOC加速释放的增加量要小于通过提高温度(23 ～35 ℃)使VOC加速释放增加量的10%，即扩散系数影响效应较蒸汽压影响效应弱(Reid et al.，1987)。另外，随着板材内部VOC的不断释放，板材内VOC浓度逐渐降低，VOC释放速率变小，温度对低浓度VOC的释放速率的影响程度偏小。因此，在释放初期，温度对VOC释放影响显著，释放后期影响程度减弱。

由图 2可以看出，相对湿度越大，TVOC释放速率越大。第1天TVOC释放速率相差最大，相对湿度为50%，60%，75%条件下的TVOC释放速率分别是相对湿度为35%条件下的1.6，1.8，2.9倍。随着TVOC的释放，释放速率差异越来越小，直至趋于平衡。湿度为35%，50%，60%，75%条件下的第5天舱体TVOC浓度分别为31.98，41.06，49.79，61.34 μg·m^-3，即前期影响明显，后期减弱。TVOC浓度在相对湿度为50%～60%范围内变化最小，60%～75%范围内变化最大，35%～50%范围内居中。由此可以推测，TVOC释放速率会随着相对湿度的增大而升高，但是在不同的相对湿度范围内，受相对湿度影响程度不同。增加相对湿度能够加快TVOC释放的原因是湿度影响环境水蒸气压。增加相对湿度会提高环境水蒸气压，从而降低环境水蒸气压与板材内部水蒸气压梯度，使板材内部水蒸气蒸发速率变小。而板材内部水蒸气蒸发的过程需要吸收热量，吸收热量的同时会阻碍VOC的释放，因此，在高湿度条件下板材内部水蒸气蒸发对VOC释放的阻碍作用要低于在低湿度条件下的阻碍作用(Lin et al.，2009)。

	图 2 不同相对湿度条件下板材TVOC释放速率 Fig. 2 TVOC emission rate/time profiles at different RH

相对湿度能够影响挥发性化合物释放的另外一个原因是，相对湿度的变化能够改变板材内部水分子和VOC分子占据板材内孔隙空间的比例。由于大多数VOC属于疏水性化合物，如芳烃类、烷烃类、酯类等化合物，而且板材属于多孔性材料。因此水分子和VOC分子会各自占据一定的孔隙空间。当提高外部环境的相对湿度时，板材内部水分子向外蒸发的速率变小，占据的孔隙空间相对较大，而使VOC所占据的孔隙空间变小，促使VOC分子从板材内部向外释放。因此提高相对湿度能够促进疏水性化合物的释放。对于板材内部存在少量的亲水性化合物来说，相对湿度提高的提高不会使亲水性化合物分子所占的孔隙空间变小，反而会因和水分子的结合作用，使其释放速率变小。

由图 3可看出，增大气体交换率能加快TVOC的释放。气体交换率越大，TVOC释放速率下降越快。气体交换率为2 h^-1条件下，TVOC释放速率从第1天到第2天释放速率下降了43.7%，之后释放速率逐渐趋于平稳。气体交换率为0.5，2，2 h^-1条件下的舱体第5天浓度分别是46.68，41.06，31.29 μg·m^-3。增加气体交换率能促进VOC释放的原因是:增大气体交换率能降低舱体TVOC浓度，从而使板材和舱体内的空气流动相的边界层浓度梯度增大，因此，VOC分子通过边界层进入空气的速率加快。增加气体交换率加速了VOC释放，同时降低舱体了平衡浓度，说明随着TVOC的释放，气体交换率对板材TVOC的释放并没有减弱。原因是本试验检测VOC释放时间过短，在释放后期，气体交换率对TVOC释放速率的影响会逐渐减弱，以后可进一步深入试验。

	图 3 不同气体交换率条件下板材TVOC释放速率 Fig. 3 TVOC emission rate/time profiles at different ACH

将在不同环境条件下释放的挥发性化合物分类，发现芳烃类化合物释放量最大，其次是烷烃类和相对湿度能够影响挥发性化合物释放的另外一烯烃类化合物，释放少量的是酯类和醛酮累化合物。在不同环境条件下释放的主要挥发物芳烃和烷烃类化合物的释放速率变化见图 4～6。

	图 4 不同温度条件下烷烃、芳烃释放速率 Fig. 4 Arene and alkane emission rate/time profiles at different temperatures

	图 5 不同相对度条件下烷烃、芳烃释放速率 Fig. 5 Arene and alkane emission rate/time profiles at different RH

	图 6 不同气体交换率条件下烷烃、芳烃释放速率 Fig. 6 Arene and alkane emission rate/time profiles at different ACH

由图 4～6可以看出，芳烃类释放速率高于烷烃类化合物，是烷烃类化合物的10～20倍。芳烃类化合物的释放特性与TVOC释放特性相似。在释放初期，芳烃类释放速率下降快，第2天速率下降1/3左右，第3天速率下降约一半，之后释放逐渐趋于平稳。但是烷烃类释放并没有明显的表现出此特性，从释放初期到后期，释放速率较平稳。因此，建材释放的任何一类化合物或一种化合物的释放特性都不能概括TVOC的释放特性，除非该类化合物的释放速率远远高于其他化合物。芳烃类化合物受到温度、相对湿度、气体交换率影响程度比烷烃类化合物大。温度主要是依靠材料内部化合物蒸气压来影响VOC释放速率的。烷烃类化合物释放速率低，在材料内部的蒸气压受温度影响程度弱，导致温度对该类化合物影响不明显。由于湿度影响板材内部VOC释放都是主要依靠影响板材内部水蒸气蒸发来影响释放速率的。烷烃类化合物释放速率小，板材内部水蒸气蒸发对烷烃类化合物释放的阻碍作用比芳烃类化合物小，因此，烷烃类化合物受到相对湿度影响程度小。气体交换率影响烷烃类化合物释放速率不明显的原因是，烷烃类化合物释放速率小，板材和舱体内含有的该化合物浓度均低于芳烃类化合物，造成板材和舱体内的空气流动相边界层的烷烃类化合物浓度梯度低于芳烃类化合物，导致烷烃类化合物受气体交换率的影响程度小。

甲苯、乙苯和对(间)二甲苯是板材所释放的芳烃类化合物的主要单体。由图 7可以看出，甲苯释放量最大，其次是对(间)二甲苯，乙苯释放量最小，但是乙苯和对(间)二甲苯释放量相差较小，二者远远低于甲苯。在8种不同环境条件下，第1天3种单体释放速率相差最大，甲苯释放速率是乙苯和对(间)二甲苯的6～8倍。第5天，释放趋于平衡，3种单体释放速率相差变小。由此可以推测，3种单体的释放特性不一样，甲苯释放速率前期高后期低，乙苯和对(间)二甲苯释放速率在整个释放过程中较平稳。在本试验中，甲苯释放速率最大，对(间)二甲苯居中，乙苯最小。VOC单体在空气中的扩散系数与环境温度、压力和单体性质等有关。VOC单体在空气中的扩散系数计算公式如下:

式中: D_a为VOC单体在空气中的扩散系数，m²·h^-1;T为热力学温度，K;m为VOC单体分子质量，g·mol^-1;m_a为空气分子质量，g·mol^-1;$\bar V$和${\bar V_{\rm{a}}}$分别表示VOC单体和空气的扩散体积，m³·mol^-1;P为气相压力，atm。由式(4)可知:由于甲苯、乙苯、对(间)二甲苯在相同的环境条件下释放，3种单体在空气中的扩散系数取决于单体的分子质量和分子扩散体积。VOC单体在板材内部和空气中的扩散系数、在板材内的初始浓度以及在板材内部的化学反应等因素共同影响VOC单体释放速率。因此，在物理和化学因素的共同影响下，3种单体的释放速率会有差异。温度、相对湿度和气体交换率对3种单体的影响程度没有明显的差异，均是释放前期显著，释放后期减弱。

	图 7 第1天与第5天甲苯、乙苯、对(间)甲苯在不同环境条件下的释放速率 Fig. 7 Ethylbenzene, Toluenem, and p-xylene emission rate in different conditions

本文通过检测胶合板5天内在不同温度、湿度和气体交换率条件下的VOC释放速率，分析了该胶合板在不同环境条件下的VOC释放特性。

1)提高温度、相对湿度和气体交换率能加速板材TVOC释放。释放初期影响显著，后期影响减弱。环境因素对芳烃类化合物影响比烷烃类化合物明显，对甲苯、乙苯和对(间)二甲苯影响程度没有明显的差异。

2)芳烃类释放速率高于烷烃类化合物，2种化合物释放特性不一致。甲苯、乙苯和对(间)二甲苯是胶合板释放的主要单体，3种单体的释放特性亦不一致。因此，任何一类化合物或单体的释放特性都不能概括TVOC的释放特性，除非该类化合物或该单体的释放速率远远高于其他类化合物或单体。

3)板材散发VOC种类繁多，性质各异，受环境影响程度不同，与有机物的化学性质、沸点、亲水疏水性等有关。除甲苯、乙苯、间(对)二甲苯以外的VOC单体在不同环境条件下的释放特性需要进一步研究。