人造板甲醛释放测定方法—1m³ 测试室法

6.2.3甲醛释放测试———测试室方法

6.2.3.1概述

测试室方法测试人造板甲醛散发量是在实验室方法基础上的一大进 步。测试室方法具有如下一些特点：

①试件的幅面不受限制，可以直接用 4′×8'(1220mm×2440mm)   幅面的工业产品进行测试，也可以把用人造板制 造的家具搬进测试室。如果测试室的容积足够大，还有可能把人造板墙体 建在测试室内，完全模拟墙体的真实使用条件来进行测试，从而得到与实 际使用情况非常接近的测试结果；

②在测试室内，完全可以人为设计出人 造板在真正使用时可能碰到的自然条件，比如温度、湿度、通风、装载度 和光照等，在这些条件的单独或共同作用下获得的被测人造板的甲醛散发 情况不会失真，有较高的可信度。借助测试室多种可变的参量选择，还可 以研究分析若干影响人造板甲醛散发量的因子，优化选择最佳参数；

③鉴于测试室方法所提供的测试值的科学合理性，人们就可以用同一条件的试件，分别用测试室方法和实验室方法对其进行多次反复对比试验，从而找 到二者之间存在的某种数学关系，并由此根据测出的实验室测试值推导出测试室方法的相应值，反之亦然(图6-6~6-8)。

图 6-6测试室法与气体分析法的关系

图 6-7测试室法与穿孔法的关系

图 6-8测试室法与干燥器法的关系

测试室方法的起源，应当追溯到1962年Wittmann设计的一种气体分析箱和他提出的测试方法。这种方法的具体做法如下：从大幅面人造板 上切割下两块尺寸为530mm×440mm×厚度的试件，放在温度为70℃、 相对湿度为50%的气候箱中2h,  从气候箱中抽吸出60L 含有从试件中散 发出来的甲醛的气体导入装有吸收液的洗瓶中，甲醛被吸收液所吸收，再用碘量法确定吸收液的甲醛量，从而可以评价试件的甲醛散发等级。尽管Wittmann 方法与今天的测试室方法 相比显得过于简单，但其在测试室 方法的建立和发展方面起到了推动 和促进作用。

当今世界上，许多国家颁布了 用测试室方法测量人造板(尤其是 建筑用人造板)甲醛散发量的标准。 比如，美国制定的《用大容量测试 室在给定条件下确定木材制品甲醛 散发量的标准试验方法》(E1333—  90)中规定用容积为22.6m³(800ft3) 的测试室。联邦德国建筑检测技术 委员会也颁布了人造板甲醛散发的 等级划分依据，规定必须用测试室 方法检测，检测条件如下：

测试室容积   35~40m³

 室内温度   23±1℃

相对湿度    43%±3%

 换气数        1次/h

装载度     1m²板面积/m³ 空间

在上述条件下测出的测试室空气中甲醛达到的“平衡浓度”,即为测试值。如果试验开始后的240h仍  没有达到“平衡浓度”,则240h后测试出来的数值被认为是有效的测试值。

丹麦标准规定，E15 等级板子的检测应当用测试室方法。室内温度为 23℃,相对湿度为45%,板子装载度为2.25m² 板面积/m³ 空间，换气数为 0.25次/h, 允许的最大甲醛浓度为0.15mg/m³(0.12ppm)。

荷兰标准规定，从刨花板散发出来的最大甲醛浓度为0.1ppm(1.2mg/m³), 该限制需用测试室方法检测。测试条件为：温度23℃,相对湿度50%,换气数为0.25次/h,  装载度为1m² 板面积/m³ 空间。

本书介绍的测试室方法包括3种不同容量规模的测试室，即1m³、 20m³和40m³。其中20m³ 和40m³合并在一起介绍，因为二者的测试条件 与操作过程基本上是相同的。而1m³测试室法主要是供科学研究用，在欧洲一些国家的工厂也有应用者但并不普及。在这一节还介绍了一种MKST   方法。它是为简化大型测试室方法的操作程序和降低试验成本而提出来的。

据作者所知，目前世界上拥有大型测试室的国家还不多，对于测试室方法以及对人造板甲醛散发这一日益重要的课题的研究和获得的成果，位 居前列的联邦德国WKI 木材研究所和联邦材料研究所(BAM) 成为国际上 公认的检测机构。我国在该领域的研究水平已基本与国际接轨，并已建立 了完善的有关甲醛释放的法律文件、测试标准和培训基地，总体水平达到 国际先进行列。

应当指出，标准也不是一成不变的。测试室方法的试验条件也会随着 技术的不断进步和实际需要的改变而进行某些调整。1989年，联邦德国卫生局在其颁发的《人造板测试程序》中对用测试法检测板子的甲醛散发量 的工作条件作了规定(表6-1中BGA 部分)。欧洲共同体也对此作出了 相应的限制(表6-1中EG 部分)。书中不专列章节详述，在此作一说明。 由于本书的主要参考资料已过去了较长的时间，有些方法已经修改、修订 或者放弃。世界各国的标准法规、仪器和评价均有了较大的变化，作者友 善地提醒请各位读者在决定是否采用本书中所提的方法时，请事先查阅有 关资料的变化情况。

表6-1 测试室工作条件对比 (BGA 和EG 规程)

 6.2.3.2   1m³  测试室法

·概述

1m³ 测试室法是由欧洲国家提出并加以发展的一种测量人造板甲醛散 发量的方法。这种方法适合于胶合板、中密度纤维板和刨花板及其他用氨基类树脂胶合的人造板材的甲醛散发量的测试。对于经过表面装饰和油漆 涂饰处理的板材和构件用1m³ 测试室法测量。其甲醛散发量尤可显出简单 方便的特性。除了常见的测量人造板平面的甲醛散发量外，用1m³ 测试室 法还可以测量板材端面的甲醛散发特性。

在欧洲，尤其在联邦德国，1m³ 测试室法是比较有名的。德国WKI 木 材研究所和联邦政府材料研究所(BAM) 长期以来，对用1m³ 测试室法测量各种人造板的甲醛散发值，以及1m³ 测试室法与其他多种测试方法(包括实验室方法和大容量测试室方法)之间的关系进行了卓有成效的研究， 发表了大量的论文。

1m³ 测试室法的工作原理如下：

在一个容积为1m³(1000mm×1250mm×800mm)的测试室内，放入待测的人造板试件。测试室内保持给定的工作条件，比如，温度、相对湿度、换气数和装载度等。分“静态”(测试室内空气不与外界交换)和“动态”  (测试室内空气与外界交换)两种状态测量测试室内空气中的甲醛浓度，直至达到平衡。确定“平衡浓度”的方法是从测试箱内抽取一定量的包含 有由被测试件散发出的甲醛的空气，将其通入装有蒸馏水的洗瓶，甲醛为 吸收液所吸收，再用光度分析法确定吸收液的甲醛量并换算成测试室中的 甲醛浓度。当测试室内空气中的甲醛浓度不再发生有统计意义的变化或者 测试时间已超过240h, 此时测出的甲醛浓度被视为“平衡浓度”,最后以 每m³ 室内空气中的甲醛量(mg) 表征，1m³ 测试室法的测试值(mg/m³),   也 可以换算成ppm。

操作步骤

·仪器

最早的1m³ 测试室法试验装置是很简单的，据有关杂志的文章介绍。

1m³测试室法装置构成如下：测试箱，内 部尺寸为1000mm×1250mm ×800mm,   框架由高级合金钢管焊接而成，其中嵌入5mm 厚的硬聚氯乙烯(PVC) 板被用作 墙体材料(左右两侧),前后两面用有机玻璃作材料，以便在试验进行过程中对室内进行观察。箱内装有风扇以使空 气在箱内可均匀分布稳定流通。箱内的温度和相对湿度以及通风换气情况均有 专门的分部件产生、控制和显示。

当前，在欧洲国家1m³ 测试室法已 经实行了标准化(VOC),   并由专门的设 备制造商生产测试仪器，其工作原理如 图 6 - 9 所 示 。

图 6 - 9  根 据VOC  标 准 制 造 的 1m³ 测 试室法试验装置

在欧洲，还有一种容量更小的测试室方法(又称小测试室法),其内 部体积为0.02m³。小测试室法的工作条件与1m³ 测试室法基本相近(见表 6-2)。小测试室方法与1m³ 测试室法可以组合在一起使用(图6-10)。

图6- 10 小测试室法与1m³ 测试室

1.气候室；2.无油压缩机：3.空气准备系统(包括3.1.过滤器，3.2.干燥系统；3.3.活性炭系统；3.4微过滤器)；4.1.减压器(6.5-8.0-1.0bar),4.2. 减压器(1.0一0.2bar);

5.  带有针阀的流量计；6.1.加热水浴；6.2.加热空气 流通器；7.贮水瓶；8.液位计(非接触式);9.磁性阀；10.用名贵钢材制造的1m³ 测试室；

11. 阀门；12.用玻璃制造的20L小测试室[根据抽提标准： DIN12491(6X)]；13.T/r·F 气候传感器；14.试件夹持装置；15.试件；16.排气（1bar=105Pa)

由荷兰MCN  公司提出的微型测试室快速测试法(缩写为MKST 法 ) 。 也属于小测试室法的范畴。 MKST法的测试装置如图6- 11所示。

图6- 11 MKST法测试仪

1.泵：2. 甲醛吸收液；3.空气流量汁；4.压差测量计；5.加湿器；6、7.湿度和温度测量计；8.阀门；9.绝对压力计；10.测 试 室

· 测试过程

从工业化大幅面产品上截取500mm×500mm×任意厚度的试 样两块，不考虑板子端边的面积，两块试件的平面面积正好等于 1m²(0.5m×0.5m×4=1m²),        即装载度为1m²/m³ 。将试件放入箱内，按表6-2 所列的测试条件进行测试。

表6-2 1m³测试室法与小测试室法工作条件

 1m³ 测试室法分为空气交换和无空气交换两种测试状态。

有空气交换的状态：连续测定或者每隔24h 测定一次测试箱内空气中 的甲醛浓度。取样即把从箱内排出的空气通过洗瓶，使空气中所含的甲醛 为洗瓶中的吸收液所吸收。若是间隔取样，则从测试箱排出的空气中抽取 0.1m³ 分流，以不超过2L/min 的速度输入装有吸收液的洗瓶，让空气中的 甲醛为吸收液所吸收。测试期间，箱内空气压力维持在103×10³Pa 。吸收 液用光度分析法进行定量分析。

无空气交换的状态：这里所指的无空气交换不考虑在空气取样时抽取 的箱内空气。此时不考虑测试箱内的相对湿度。每隔24h 最多抽取0.05m³ 的空气作为试样(不能取量太多),以防止破坏测试箱内空气中甲醛平衡 浓度的形成。抽取空气试样后，代之以新鲜空气补充。以下的甲醛吸收和 定 量 。

· 甲醛定量分析和计算

用 1m³ 测试室法时的甲醛定量分析一般用光度分析法。具体操作程序 如 下 ：

从吸收瓶中取出10ml 吸收液，加入浓度为0.4%的10ml 乙酰丙酮溶 液和10ml 醋酸铵溶液(浓度20%),充分摇匀后被放入温度为40℃的水浴中10min。取出后在室温下冷却1h。继而在412nm 波长下用分光光度计 测出其消光值。测试时用蒸馏水作为空白试液进行对比测量(将空白对比 试液在412nm 处的消光值调为零)。

1m³ 测试室法的测试结果用如下公式计算。

C=f×E                                                (6-3)

式 中 ：

C———甲醛浓度；

E———测出的试液消光值；

f———标定曲线的斜率。

因为整个测试持续的周期比较长，故应把每次抽样得到的结果描在方 格坐标纸上，直至到达平衡浓度，则此时的值即为最终的测试结果。

试验结果表明，1m³ 测试室法对测试时间比较敏感，随着时间的加长， 相关的测试值会发生变化。无论是有空气交换状态还是无空气交换状态， 1m³ 测试室方法的测试时间至少要持续48h 。如果测试经过贴面处理的刨 花板，尤其当贴面材料本身含有甲醛时，则整个测试时间将持续得更长一些(图6-12、6-13)。

时间

图6- 12 不同换气数条件下，E₂ 级刨花板在 1m³ 测试箱内形成的甲醛浓度与测试 时间的关系室内装载度(1m²/m³)

时间

图6- 13 不同室内装载度条件下，E. 级刨花 板在1m³ 测试箱内形成的甲醛浓度 与测试时间的关系无空气交换

从图6-12和图6-13还可以看出，换气次数和箱内装载度对1m³ 测试 室法的最终结果也有着重要的影响。此外，测试箱内温度、相对湿度以及 箱内空气流动的状态都对最后的测试值产生大小不一的作用，至少对测试 精度有公开或潜在的干扰。

在研究家具油漆可能造成的甲醛散发特征时，1m³ 测试室法常常被采 用。比如，用各种不同的油漆涂饰以脲醛胶胶合板制成的座椅，分别用气 体分析法和1m³ 测试室法评价其甲醛散发等级，结果如表6-3所示。

1m³ 测试室法作为20m³ 或40m³ 测试室法的浓缩有其独特的价值，但 它不能取代大容量测试室方法。研究结果已经表明，1m³ 测试室中空气的 甲醛浓度达到平衡所需的时间与20m³ 测试室法条件时几乎是一样的。这 一点也不奇怪，因为两种测试方法的室内装载度是一样的，均为1m²/m³。

表6-3 脲醛胶胶合板座椅用不同油漆涂饰时的甲醛散发特征

注 ：A.  测试时试件的端面未作封闭处理；B.   测试时试件的端面已作封闭处理。

通过研究人们发现，对同一种材料来说，用1m³ 测试室法和20m³ 测 试室法测试出来的二者结果之间存在着密切的线性关系： Y=a+bE。比如：

对中密度纤维板进行试验，其结果有如下一元线性回归方程：

Y=0.01+1.12×E,    相关系数达0.99             (6-4)

式 中 ：

Y—— 用 1m³ 测试室法得到的结果(mg/m³);

E———用 2 0m³ 测试室法得到的结果(mg/m³)。

这意味着，用1m³ 测试室法确定的中密度纤维板甲醛散发值要比 用20m³ 测试室法确定时高出10%~20%。另外，研究中还发现，幅面为 0.5m×1m  的试件用1m³ 测试室法测试，而幅面为1m×2m 的同种试件用20m³ 测试室法测试，就板子端面散发出来的甲醛而言，前者竟是后者的两 倍。典型的20m³ 测试室法与1m³ 测试室法测试结果的线性回归关系如图 6-14所示。

测试室法(20m) 值(ppm)

图 6 - 1 4 1m³ 测试室法和20m³ 测试室法二者测试结果之间的一元线性回归关系

(Y=a+bE)

1m³ 测试室法与实验室方法二者测试结果的对比也常见于论文中，但 尚未发现有如20m³ 与 1m³ 两种测试室法之间那样紧密的数学关系。表6-4 表示了分别用20m³ 测试室法、1m³ 测试室法、气体分析法和穿孔法对几种 材料甲醛散发值的测试结果对比。

表6 - 420m³和 1m³测试室法、气体分析法和穿孔法对不同材料甲醛散发值测试结果 的对比

注：穿孔法因被测的3种MDF板和2种刨花板本身工艺条件不同，碘量法滴定：所含甲醛量亦 有较大差异。