高溫條件下環境測試艙內VOC采集方法優化研究

王曉明 景艷

（上海建科檢驗有限公司 201108）

0 前言

2015年秋季，毒跑道事件頻發，引發了劇烈的社會反響。在此之前，我國早于2012年已經實施了《合成材料跑道面層》GB/T 14833—2011，《體育場地使用要求及檢驗方法第6部分：田徑場地》GB/T 22517.6—2011，但是上述兩項標準為推薦性標準，并非強制執行、且標準滯后、檢測項目不完善。這兩份標準中面層有害物質的檢測項目僅限于面層中的苯系物、游離甲苯二異氰酸酯以及重金屬項目檢測，缺乏有害物質釋放量項目檢測。毒跑道事件在一定程度上也反映了這兩份標準的滯后性。

因此，在隨后半年內，上海、深圳等地相繼發布地區標準，希望有效控制當地跑道安全問題。國標委于2018年針對校園內跑道原料及成品生產指標實施了強制性《中小學合成材料面層運動場地》GB 36246—2018，與GB/T 14833—2011及GB/T 22517.6—2011相比，國標除了增加跑道原材料有害物質檢測以外，還填補了跑道成品環保性能驗收的空白。跑道釋放量合格與否成為成品最終驗收的重中之重。新標準的實施也要求施工方及原料生產商提高自身產品的環保性能，這在很大程度上控制了跑道生產過程中的不合理現象。

隨著GB 36246—2018的推行，在原材料檢測之外，全國各地的檢測機構相繼開辦了跑道成品的有害物質釋放量這一項目。跑道有害物質釋放量檢測對于各機構來說都是一種比較先進的檢測技術，尤其是高溫條件下采集環境艙內空氣在此之前接觸較少，以往我國大部分環境測試艙法都是參考室內溫濕度去平衡，不涉及戶外高溫。而學校跑道大部分鋪設在室外，在夏季高溫天氣受環境的影響，短期內可能會釋放大量有害氣體，加大跑道周邊空氣污染，導致出現毒跑道事件，因此高溫采集TVOC勢在必行。本次對比試驗著重于用Tenax-TA吸附管在高溫下運用不同方法采集環境測試艙內空氣。

1 小型環境測試艙系統簡介

環境艙提供一個封閉的環境，用以模擬材料和制品的釋放過程，從而評估其對空氣質量的影響。一般將內體積在1m3及以下的環境艙均稱作小型環境艙，其結構包括艙體、空氣供給系統和尾氣系統三個部分。為保證環境艙系統自身的釋放和吸收作用很小，系統中接觸艙內空氣的部分必須用惰性材料制成（一般為不銹鋼或玻璃）。

2 GB 36246—2018中環境測試艙的要求

GB 36246—2018《中小學合成材料面層運動場地》中附錄I中提出小型環境測試艙為60L的密封艙，要求測試條件為空氣溫度（60±2）℃，空氣相對濕度（5±2）%，空氣交換速率（1±0.01）h-1，試樣表面空氣流速0.1-0.3m/s，材料/艙載荷比 0.4m2/m3。

樣品在環境測試艙內平衡（24±1）h之后進行艙內空氣采樣。

3 三種采集艙內空氣的對比及分析

3.1 采集環境艙內氣體的方法介紹

GB 36246—2018《中小學合成材料面層運動場地》中附錄I中提出采集艙內氣體中的污染物時，吸附管與環境艙的出氣口直接相連，無連接管，在必要時采用串聯吸附管來收集有害物質。本次研究探討吸附管與高溫環境艙相連接時有無介質是否會對試驗結果產生影響。確定最佳采樣方式后，比較不同采樣流速及時間，驗證最佳采樣條件。本文研究過程中環境艙條件參考GB 36246—2018中的要求。

3.2 預制型跑道有害物質采集與分析

本次試驗選擇預制型橡膠跑道作為實驗對象，由于預制型橡膠跑道大部分都有較高的釋放量及明顯的目標物質，可以清晰對比三種采樣方式的優缺點。

除了跑道相關以外，目前涉及到采樣管采樣方式的標準，比如GB 18587—2001，GB/T 50325—2010（2013）都沒有明確規定具體的采樣方式，因此各檢測機構在檢測環境艙樣品時采取的采樣方式不盡相同，這在一定程度上影響了市場的健康發展。GB 36246—2018則明確了跑道樣品測試時用采樣管直接采樣，為了確保檢測的準確性，必須要比較各種采樣方式的異同。

因此這次實驗采用無連接管；有連接管，包括10cm乳膠管以及10cm特氟龍管三種采樣方法進行對比，采集氣體并分析后分別得出的數據如圖1～圖3所示。

圖1 無連接管的串聯Tenax-TA管數據分析譜

圖2 連接管為10cm乳膠管串聯Tenax-TA管數據分析譜

實驗樣品TVOC檢出種類及檢出量較大，為了直觀比較三種采樣方式異同，選擇譜圖中較高的四個峰進行定性及定量。圖1～圖3左側為串聯管前一根，右側為串聯管后一根。1號物質為苯乙烯，CAS號100-42-5，沸點在146℃。2號物質為1，3-二異丙苯，CAS號為99-62-7，沸點在203.2℃。3號物質為 1，2，4-三乙苯，CAS 號為 877-44-1，沸點在 220℃～222℃。4號物質為2，6-二叔丁基對甲酚，CAS號為128-37-0，沸點在265℃。

圖3 連接管為10cm特氟龍管串聯Tenax-TA管數據分析譜

由圖1～圖3得出，采用乳膠管連接采樣口時，采集到的4種物質總量最小，采用無連接管采集的TVOC濃度與特氟龍管連接相比較多，同時對于低沸點物質吸附性更好。

在實際采樣過程中，由于艙內處于高溫狀態，采樣管直接伸入艙內，所采集的揮發性物質可能會穿透采樣管，導致檢測結果偏低。在2016年版本的上海團體標準中，并未明確表明如何采集艙內氣體，為了避免穿透現象，需要采用乳膠管在艙體和采樣管之間進行連接。

4 采樣條件優化

由于GB 36246—2018并沒有明確規定采樣流速及采樣時間。因此，本次實驗保持采樣體積一定，選取4種采樣流速及采樣時間進行吸附管串聯采樣，具體如表1所示。優化實驗選擇兩組塑膠跑道樣品，分別進行四次測試，經質譜分析后共比較17種VOC濃度變化，見表2。

表1 實驗采樣條件

由表2可知，總采樣量為4L時，采樣流速為0.1L/min、采樣40min時，采集到的VOC種類最多，含量最高。隨采樣流速逐漸增加，吸附管采集到的VOC逐漸降低。GB 36246—2018中明確了總揮發性有機化合物的標準樣品為苯、甲苯、對（間）二甲苯、鄰二甲苯、苯乙烯、乙苯、乙酸丁酯、十一烷。因此選取樣品1中檢出的甲苯、對二甲苯、苯乙烯為例，單個物質及TVOC檢出量呈遞減態勢。

根據實際檢測過程中遇到的問題，采樣流速對揮發性有機化合物的影響是很明顯的。當流速過高極易造成有害物質無法附著在吸附劑上，導致檢測數據偏小。但是對于測試時間考慮，GB 36246—2018標準中要求在1h內結束對于有害物質的采樣，其中包含甲醛，二硫化碳及有害物質釋放。在規定時間內對三種檢測項目需要進行采集，綜合考慮下采用0.2L的采樣流速。

5 總結

由上述的兩次實驗結果來看，對于高溫下有害物質已經有了客觀的采集方式。對于高溫條件，吸附管需要串聯并且伸入環境艙內進行采集有害物質。同時高溫下，采樣流速不能過高導致有害物質無法附著在吸附劑上引發檢測結果的偏低。

表2 四種采樣條件下樣品預制型樣塊VOC檢出情況