随着社会的发展，越来越多的人了解并认识到人与生存环境协调发展以及环境保护的重要性。近年来，室内装饰材料的更新换代造成的空气污染问题接踵而来，其中人造板正是室内挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOCs)的主要来源之一，长期接触超标准量的有机污染物会对人体健康造成危害。

目前世界上人造板VOCs的采集法主要有气候箱法、实验室小空间释放法(简称FLEC法)以及干燥器盖法3种。其中气候箱法因能够最大程度地模拟室内环境而使用最为普遍，且其技术已处于世界先进水平，美国、日本以及欧洲等国家和地区均采用此法检测VOCs的释放量。气候箱法采用的舱体体积主要有美国的22.6 m³及德国和欧洲的1，12，40 m³等，工作原理基本相同(李辉，2010)。相关的国际标准有美国标准ASTM D5116—97《用小容积气候箱测定室内装饰装修材料及产品有机污染物释放量的标准方法》及美国ASTM D 6330—98 《在规定测试条件下用小容积气候箱测定人造板有机污染物(不包括甲醛)释放量的标准方法》，瑞士相关的检测标准规定使用1 m³气候箱进行检测(Afshari et al.，2003)。国内大多数研究者也使用气候箱法研究板材及家具VOCs的释放(李光荣等，2010；龙玲等，2011；李春艳等，2007)。我国标准HJ 571—2010《环境标志产品技术要求人造板及其制品》中规定，气候箱的舱体体积为1 m³(沈隽等，2012)。

气候箱法所需要的设备造价高，一般设备最低投入在125万～260万元间，并且检测周期长，给企业和科研机构采集板材释放VOCs带来一定的困难，因此有必要在气候箱法的基础上设计与研究出一种新型、高效、低投入的方法。国内外学者已经探究了一些外部因素，如温度、湿度、气流速度等对材料VOCs释放速度提高的作用(Wal et al.，1997；Sollinger et al.，1993；周连，2007)。国外有关高温快速法检测VOCs的释放相关研究已经逐步开展，并已建立了专门用来检测塑料基板VOCs释放的热解析法。Schmohl等(2006)、Wensing(2006)以及Kieliba等(2007)通过试验验证了热萃取法可以用来评估地板产品以及一些塑料产品挥发性有机化合物的释放，他们使用的是2种市售热萃取装置系统Gerstel TE2和Markes μ-CTE，但是这种方法是否适合于木质材料的检测目前仍然不清楚。

本文以高密度纤维板、中密度纤维板以及刨花板3种板材为研究对象，利用热萃取仪采样，气相质谱色谱联仪(GC-MS)检测板材释放VOCs的浓度及成分，探索人造板VOCs高温快速检测方法，掌握其快速释放检测机制，并对比分析快速检测法与气候箱法采集检测结果之间的相关性和可靠性，评估快速检测法适合于人造板VOCs释放的评定。

本试验采用3种市售常见人造板为材料，板材基本参数见表 1。

表 1 3种人造板基本参数 Tab.1 The parameters of three wood-based panels

表 1 3种人造板基本参数 Tab.1 The parameters of three wood-based panels 板材种类 Types 厚度 Thickness/mm 密度 Density/(g·cm-3) 高密度纤维板 High density fiberboard 12 0.88 中密度纤维板 Medium density fiberboard 9 0.74 刨花板Particle board 16 0.70

快速检测法与气候箱法所检测的3种板材试样分别取自于同一人造板样板，2种检测方法板材均采用双面释放，气候箱法试样暴露面积为1 m²(单面为800 mm×625 mm的矩形)，快速检测法试样暴露面积为5.65×10^-3 m²(半径R=60 mm)。为防止边部VOC的高度释放，试样的边部均用铝胶带密封。

1)微池热萃取仪(μ-CTE)英国 Markes国际公司生产的微池热萃取仪(μ-CTE)，可广泛用于各种不同材料的测试研究和分析，型号为M-CTE250。微池热萃取仪(μ-CTE)由4个微池组成(每个微池直径64 mm、深36 mm)，可同时测试4个样品的有机挥发物。通过设计改造，该仪器拥有恒定和均衡的气流控制、温度及湿度的可调节功能以及极低的舱体本底浓度。

2)气候箱 东莞市升威机电设备科技有限公司产，舱体体积为1 m³，内壁为不锈钢材料且密闭，该仪器拥有温度、湿度控制装置以及清新空气供给和循环装置。

热萃取仪与气候箱的主要参数设置见表 2。

表 2 热萃取仪与气候箱的参数设置 Tab.2 The parameters of the thermal extraction

表 2 热萃取仪与气候箱的参数设置 Tab.2 The parameters of the thermal extraction 试验参数 Experiment parameters 微池热萃取仪 Thermal extraction instrument 气候箱 Chamber 体积Volume/ m3 1.16×10-4 1 单位面积换气量 Specific air flow rate/ (m3·m-2h-1 ) 1 1 温度Temperature/℃ 60 23 湿度Relative humidity(%) 60 50

3)TP-5000热解析脱附仪 北京北分天普仪器技术有限公司产，可对Tenax-TA吸附管所吸附的物质解脱附并吹扫进样。载气为氦气，试验条件为解析温度280 ℃，管路温度100 ℃，解析5 min，进样1 min。

4)DSQⅡ气相质谱色谱联用仪器(GC/MS)采用美国Thermo公司生产的DSQ单四极杆气相质谱色谱联用仪，检测样品释放VOCs浓度及成分。试验条件为进样口温度为250 ℃，离子源电离，离子源温度为230 ℃，辅助区温度为270 ℃，质量扫描范围40～450 amu(原子质量单位)，溶剂延迟时间4.7 min。升温程序全程53 min，由40 ℃升至250 ℃，具体升温过程见图 1。

	图 1 GC/MS升温程序 Fig.1 The temperature program of GC/MS

5)Tenax-TA采样管 北京北分天普仪器技术有限公司产，采样管内含200 mg吸附剂，可高效吸附或者脱附挥发性有机气体。

本试验采用Tenax-TA采样管吸附定量(3L)的板材释放物质，用热解析脱附仪解析5 min，然后用气相质谱色谱联用仪(GC-MS)分析VOCs的主要成分，采用内标物定性定量法，内标物为氘代甲苯，浓度为200 ng ·μL^-1，加入量为 2 μL。

内标定量分析方法为：m_i=A_i×m_s/A_s(A_i和A_s分别为待测品和内标物质的峰面积，m_s为加入内标物物质的量)。GC-MS应用仪器自带软件对气相色谱图和质谱图进行分析，根据国家标准GB/T 18883—2002《室内空气质量标准》，试验保留匹配度大于750且保留时间在正己烷和正十六烷之间的挥发性有机化合物。

图 2为快速检测法测得的高密度纤维板、中密度纤维板和刨花板的TVOC释放速率。由图 2可知，3种板材TVOC释放速率在13天内均达到平衡状态，第1天3种板材TVOC释放速率差异最为明显，从高到低依次为高密度纤维板、中密度纤维板和刨花板，其释放速率分别为344，267和212 μg ·m^-2h^-1。3种板材TVOC释放速率随时间的延长逐渐下降，且下降趋势无明显差别，总体趋势为第1～5天下降较快，尤其是前3天下降趋势较大，第5天以后下降趋势逐渐减缓，最后趋于平衡，高密度纤维板、刨花板以及中密度纤维板的平衡浓度分别为52，43和35 μg ·m^-2h^-1。

	图 2 快速检测法3种板材TVOC释放速率 Fig.2 TVOC emission rate/time profiles of three wood-based panels

板材VOCs释放初期，板材内部VOCs含量较多、浓度大，与外界空气中VOCs浓度差最大，根据传质原理，VOCs会从浓度大的板材内部向外界空气中释放且速率最快；并且快速检测的检测条件为高温高湿，温度及湿度的提高对于VOCs初期释放速率的提高效果显著(Fang et al.，1999；Lin et al.，2009)。随着板材内VOCs的不断释放，板材内部与外界空气中VOCs浓度差逐渐减少，使得释放速率也逐渐减少直至平衡，因为最后板材内部与外界空气中的VOCs浓度达到一致，VOCs的释放就受到了限制(沈隽等，2012)。

但是3种板材的释放速率曲线均不平滑，原因可能是试验过程中采集和检测数据出现的随机误差和系统误差导致的，例如采集气体样本时使用的Tenax-TA吸附管未能老化彻底导致的结果略高，解析样本时未能将吸附管内的挥发性有机化合物物质脱附彻底造成检测结果偏低等。这类误差是不可避免的，只能尽可能地降低。

3种板材VOCs释放速率总体水平是高密度纤维板释放速率最大，其次是中密度纤维板，最后是刨花板。人造板VOCs的释放与板材的密度有关，密度越大，板材VOCs的释放速率越大(沈隽等，2009；刘玉，2010)。板材密度大，板材热压时的热传递速度就会减小，板材的渗透性也会降低，影响了板材内部蒸汽的对流，传热过程被延缓，这一系列影响作用的结果就使密度较大的板材在后期所需平衡时间延长，促进VOCs进一步释放；此外，板材密度大，原料用量以及含水量都会较大，其他相关因素如板材内部温度梯度、木材的细胞壁受力压溃以及水蒸气压力等作用会共同影响板材VOCs的释放(李爽，2013)。

图 3为快速检测法测得的高密度纤维板、中密度纤维板和刨花板的TVOC及各主要成分的初始释放速率和平衡释放速率。由图 3可知，释放量最大的是芳香烃和烯烃，其次是烷烃和醛类，酮类、酯类、醇类及其他化合物释放量相对较小。高密度纤维板、中密度纤维板和刨花板中芳香烃初始释放量占TVOC初始释放量的百分比依次为27%，25%和23%，烯烃初始释放量占TVOC初始释放量的百分比依次为26%，24%和25%，2种物质释放量均占TVOC释放量的50%以上。木材抽提物所含物质种类很多，主要包括萜烯类、脂肪酸类、萜烯类、黄铜类和木酚类等，因此烯烃类物质主要来自木材本身内部的提取物，烷烃类物质由木材抽提物成分发生化学反应而形成。芳香烃不是木材本身物质，推断芳香烃类化合物主要来自板材加工时所添加的物质，黄燕娣等(2007)通过检测胶合板和细木工板的挥发性有机化合物，认为人造板所释放的芳烃类化合物主要来自于生产过程中所使用的胶黏剂。木材内的不饱和脂肪酸在温度、自由基和紫外线等作用下发生自氧化作用，生成醛类物质，Makowski等(2005)研究表明，不饱和脂肪酸自然氧化降解是非醛类胶黏剂人造板中醛类物质的主要来源。酯类化合物可由木材纤维素、半纤维素中醇和酸反应形成。其他少量物质可能来自木材本身物质或是由木材中各种化合物在加工等外界条件改变时反应形成。

	图 3 3种板材TVOC及主要成分第1天和第13天释放速率 Fig.3 TVOC and the main components emission rate of three wood-based panels on 1st and 13th day

板材VOCs释放初期，各类化合物释放速率相差最大，最终VOCs释放达到平衡时，各化合物的释放速率相差较小。高密度纤维板、中密度纤维板和刨花板初期释放量均较大的芳香烃达到平衡时释放量分别下降了83%，79%和77%，烯烃释放量则分别下降了83%，85%和82%。人造板VOCs的释放是一个复杂的过程，如VOCs在板材内部的VOC扩散系数和其在空气中的扩散系数的影响因素就不同，VOCs在板材内部的反应受物理、化学等多种因素的影响，再加上快速检测法是在高温高湿条件下进行的，势必会造成各VOCs成分释放速率不同。

表 3为使用快速检测法与气候箱法测得的高密度纤维板、中密度纤维板和刨花板的TVOC及各主要成分的初始释放速率。由表 3可知，快速检测法测得的板材VOCs释放量均高于气候箱法，使用快速检测法测得的高密度纤维板、中密度纤维板以及刨花板的TVOC初始释放速率分别为使用气候箱法测得的TVOC初始速率的2.06，2.04以及1.79倍。使用快速检测法使得板材的各类化合物释放量均有不同程度的提高。使用2种检测法测得的板材VOCs释放主要物质基本相同，主要为芳香烃、烯烃、烷烃和醛类物质。此外，快速检测法使得高密度纤维板、中密度纤维板以及刨花板的烯烃类物质释放速率占TVOC释放速率的比例明显上升，分别为气候箱法中烯烃释放速率占TVOC释放速率比例的1.39，1.14和1.21倍，即烯烃类物质在高温高湿条件下释放速率明显加快。这是由于烯烃类物质来自木材本身内部抽提物，不需要经过化学反应而形成，随着温度的升高，这些抽提物的蒸发会立刻被加速，导致烯烃的释放速率提高。

表 3 快速检测法与气候箱法检测3种板材TVOC及主要成分初始释放速率 Tab.3 TVOC and the main components initial emission rate of the three wood-based panels tested by rapid

表 3 快速检测法与气候箱法检测3种板材TVOC及主要成分初始释放速率 Tab.3 TVOC and the main components initial emission rate of the three wood-based panels tested by rapid 初始释放速率Initial emission rate/(μg·m-2h-1) 高密度纤维板High density fiberboard 中密度纤维板Medium density fiberboard 刨花板Particle board 快速检测法Rapid testing method 气候箱法Chamber method 快速检测法Rapid testing method 气候箱法Chamber method 快速检测法Rapid testing method 气候箱法Chamber method TVOC 343.73 166.91 266.59 130.97 212.41 118.20 芳香烃Arene 91.61 57.76 66.13 42.20 48.76 38.63 烯烃Alkene 89.87 31.31 64.36 27.66 51.71 23.73 烷烃Alkane 58.55 39.23 40.65 34.19 30.65 20.98 醛Aldehyde 34.14 13.55 36.50 10.51 26.82 10.79 酮Ketone 21.36 6.04 13.25 0 17.34 5.64 酯Ester 18.43 10.66 14.18 9.74 12.56 7.30 醇Alcohol 12.89 3.13 15.86 4.29 13.90 4.76 其他Other materials 16.88 5.228 15.66 2.38 10.67 6.37

快速检测法是在高温高湿条件下进行检测的。之前相关研究证明温度的提高可以加快板材VOCs的释放，且对板材VOCs释放前期影响更为显著(李爽等，2013)，Fang等(1999)也通过试验证明了这一点。温度升高，一方面板材内部化合物蒸汽压会增大，提高了板材内部与外界空气的流动相化合物蒸汽压梯度，进而促进了挥发性有机化合物的释放；另一方面，温度的升高使挥发性有机化合物在材料内部的扩散系数增大，由传质原理可知扩散系数的增大会提高VOCs的释放(Reid et al.，1987)。相对湿度的提高同样会加快VOCs的释放，板材内水分的蒸发需要吸热，吸热便会阻碍挥发性化合物的蒸发，相对湿度较高的环境条件降低了板材内部与外界环境的水蒸气压力梯度，即降低板材内部水蒸气的蒸发，导致VOCs的释放速率相对提高；同时，多数VOCs为疏水性的，这些VOCs分子与水分子在板材内部会占据不同的孔隙，较高的环境相对湿度，水分子的释放减慢，占据板材内部孔隙变大，就会促进疏水性的VOCs分子释放出去。

图 4为使用快速检测法与气候箱法测得的高密度纤维板、中密度纤维板和刨花板的TVOC平衡时释放速率的相关性，每种板材分别检测2块不同试样，到得6组平衡浓度。由平衡释放量拟合得到直线y=1.171x-3.125 2，拟合度R²=0.985。由此可知，在本试验的条件下，使用快速检测法得到的TVOC释放平衡速率与气候箱法测得的TVOC平衡浓度有很好的相关性，即2种检测法检测人造板VOCs释放的平衡浓度具有很好的相关性。

	图 4 快速检测法与气候箱法检测3种板材平衡释放速率的相关性 Fig.4 The correlation of TVOC equilibrium emission rate tested by rapid testing method and the emission test chamber method

在温度60 ℃、相对湿度为60%的环境条件下进行的快速检测法检测板材VOCs释放仅13天达到平衡，而使用气候箱法检测需28天达到平衡，快速检测法的检测效率相对于气候箱法提高了1.15倍。与传统的气候箱法相比，快速检测法可以更快速、更便捷检测人造板VOCs的释放情况，且所得到的平衡值与气候箱法检测结果之间有很好的相关性，检测结果比较可靠。快速检测法可以推荐用来检测人造板VOCs的释放，有利于企业更快捷有效地掌握人造板挥发性有机化合物的释放情况，有针对性地解决生产中所出现的问题。

本文分别用快速检测法和气候箱法检测了高密度纤维板、中密度纤维板以及刨花板的挥发性化合物释放情况，分析了板材高温释放检测机制以及2种检测法之间的相关性。所得结论如下：

1)快速检测法测得的高密度纤维板、中密度纤维板和刨花板的TVOC释放速率在13天内均达到平衡状态，第1天3种板材释放速率差异最为明显，从高到低依次为高密度纤维板、中密度纤维板和刨花板。3种板材TVOC释放速率下降趋势无明显差别，总体趋势为第1～5天下降较快，第5天以后下降趋势逐渐减缓，最后趋于平衡。

2)快速检测法测得的高密度纤维板、中密度纤维板和刨花板的TVOC初始释放速率，释放量最大的芳香烃和烯烃，其次是烷烃和醛类，酮类、酯类、醇类及其他化合物释放量相对较小。板材VOCs释放初期，各类化合物释放速率相差最大，最终VOCs释放达到平衡时，各化合物的释放速率相差较小。

3)快速检测法测得的板材TVOC及各个化合物的初始释放速率均高于气候箱法所测。2种检测法测得的板材VOCs释放的物质基本相同，主要为芳香烃、烯烃、烷烃和醛类物质。快速检测法使得烯烃的释放速率加速较为明显。

4)快速检测法所得到的平衡值与气候箱法检测结果之间有很好的相关性，检测结果比较可靠，且检测效率提高了1.15倍，因此快速检测法可以推荐用来检测人造板VOCs的释放，有利于企业更快捷有效地掌握人造板挥发性有机化合物的释放情况。