基于改良干燥器法的甲醛快速測試研究?

趙穎峰 賈 翀 沈宏濤 杜海慧 王立坤 王祥杰

（1.南京市產品質量監督檢驗院，江蘇 南京 210028；2.南京林業大學材料科學與工程學院，江蘇 南京 210037）

我國是家具、地板、門窗等木質制品制造大國[1-3]。這類木質制品主要由各類人造板如刨花板和纖維板等經過切削加工、膠合及涂飾等工藝制作而成[4-8]。由于使用含醛類膠黏劑，人造板和飾面材料是游離甲醛的主要載體，由此引起的室內甲醛污染一直是人們關注的熱點問題[9-12]。隨著GB 18580—2017《室內裝飾裝修材料 人造板及其制品中甲醛釋放限量》標準的頒布和使用，氣候箱法成為人造板及其制品甲醛釋放檢測的主要方法[13-17]。氣候箱法的檢測方法如下：將樣品放入溫度、相對濕度、空氣流速和空氣置換率控制在一定值的氣候箱內，從樣品中釋放的甲醛與箱內空氣混合，定期抽取箱內空氣，并將空氣中甲醛溶入水中，計算每立方米空氣中甲醛含量。氣候箱法檢測周期較長，需20～40 d，對于企業產品的質量控制具有滯后性和不可重復性，加大了生產方對品質控制的難度[18-20]。

國家標準還允許采用檢測時間相對較短的干燥器法以及萃取法進行甲醛釋放量的檢測。然而，干燥器法、萃取法與現行標準的氣候箱法相比，存在以下問題：1）由于二者原理不同，二者檢測結果的相關性較低，難以實現檢測結果之間的換算。干燥器法的檢測方法是樣品放入密閉的干燥器中，在干燥器底部放置盛有純凈水的結晶皿，計算24 h內溶入水中的甲醛含量。由于在檢測的24 h中，甲醛持續溶入水中，水中的甲醛含量呈持續增長態勢。而萃取法則是通過甲苯將板材中的所有甲醛幾乎全部萃取出來并測試，其與氣候箱法的箱體內甲醛含量維持平衡的態勢原理不同。2）干燥器法與萃取法操作復雜，對企業檢測人員的檢測知識和能力具有相對較高的要求；需要確保試驗過程中細節把控、讀數準確度和不同測試人員之間的一致度[21-25]。

綜上原因，結合氣候箱法測試的原理，本研究對傳統的干燥器法進行改良，提出了一種新的測試方法[8]，并與氣候箱法的試驗結果進行初步比對分析，擬尋求一種快速且可比對氣候箱法的人造板及其制品的甲醛釋放測試方法。

1 材料與方法

1.1 材料

飾面人造板，主要包括飾面刨花板，厚度為12～18 mm，含水率6%～10%，密度為0.6～0.7 g/cm3；飾面纖維板，厚度為15～18 mm，含水率為6%～10%，密度為0.7～0.9 g/cm3。試樣均為南京市質量監督檢驗院的送檢產品。

1.2 設備

試驗主要儀器與設備：自制改良的游離甲醛測試分析儀，主要由開孔干燥器、甲醛測試傳感器和大氣采樣器組成，其型號和廠家如下：開孔干燥器，PC-3 型，臺州藤原工具有限公司；甲醛測試傳感器，2FE5 型，達特傳感器有限公司；大氣采樣器，QC-2A型，北京市勞動保護科學研究所。

1.3 試驗方法

1.3.1 甲醛檢測儀搭建及原理

甲醛測試儀是通過電化學法對干燥器內的甲醛在有一定空氣交換率的前提下進行動態測試，其測試原理與現有的氣候箱法測試原理更加接近，因此測試結果的相關性會更高，圖1 為工作示意圖。

圖1 自制改良甲醛測試儀工作示意圖Fig.1 Working diagram of self-made modified formaldehyde tester

測試前，將待測板材加工成50 mm×50 mm的試樣后用保鮮膜密封待用。測試時，先將試件置于密閉干燥器中至甲醛讀數不再出現明顯波動，即視為穩定，然后通過大氣采樣器在設置好恒定流量（0.5 L/min）的前提下，在箱體內甲醛平衡后讀取空氣中甲醛釋放量的值。

1.3.2 傳感器穩定性測試分析

傳感器的穩定性測試按照以下兩個步驟進行：1）采用同一傳感器對同一張板材的不同部分進行重復測試，測試時將同一板材的試件鋸成兩部分，分別置于干燥器中進行測試，判斷傳感器的重復性；2）采用同一型號的不同傳感器對同一板材的同一試件進行測試，確定不同傳感器之間的差異。

1.3.3 與氣候箱法的對比研究

通過采用南京市產品質量監督院實際檢測的1 m3氣候箱法試件留樣，同步采用自制干燥器法進行測試，并對其測試結果進行直接比對，建立初步的線性關系。

2 結果與分析

2.1 同一傳感器對同一板材的測試結果

圖2 同一傳感器對同一板材的測試結果 Fig.2 Test results of the same sensor on the same decorative wood-based panel

圖2 為同一傳感器對同一張板材的A、B兩個試件做重復性試驗，在不同時間測定的甲醛釋放量值。由圖2 可知，通過試驗設計的甲醛檢測方法，用同一傳感器測試的結果相近。測試過程包括甲醛最大值的測定和0.5 L/min抽氣速率情況下游離甲醛的動態變化測試，結果表明，傳感器對于A、B兩個試件的測試結果較為接近，趨勢也基本相同，證明試驗所選的傳感器對于同一板材的游離甲醛測量具有一定的重現性。另一方面，通過空氣流速0.5 L/min的空氣抽吸量，干燥器內的甲醛測試值35 min內從一個峰值逐漸下降并趨于平衡，也比較符合理想的甲醛釋放變化曲率。因此，可以在一定程度上證明該型號的甲醛傳感器具有較好的靈敏度和重復性，值得進一步研究。

2.2 不同傳感器對同一板材的測試結果

圖3 為同型號不同傳感器對同一板材游離甲醛的測試值結果。由圖可知，兩個傳感器測試值之間存在一定差異，但整體趨勢比較接近，均為在受到空氣交換之后，游離甲醛的測試值呈現下降趨勢，最后趨于平衡。由于傳感器測量采用電化學法，每次在進行甲醛測量時會對電解質產生一定的消耗，從而造成數值上的差異，但是趨勢相同，從中可看出，同型號不同的傳感器對于干燥器內的甲醛測量具有可重復性，只需在每次測量之間進行誤差校正，即可得到相對理想的數值。

圖3 同型號不同傳感器對同一板材的測試結果 Fig.3 Test results of the same type and different sensors on the same panel

2.3 傳感器法和氣候箱法測試值對比分析

圖4 氣候箱法和傳感器法測試值比對圖 Fig.4 Comparison chart of test value between climate chamber method and sensor method

圖4 為傳感器法和氣候箱法測試值的比對圖。兩組測試值之間的規律及線性關系不明顯，但總體上兩種方法的測試值的變化趨勢較為一致。從初步研究結果來看，兩者數據具有一定的相關性，且基本可以通過傳感器法來反應氣候箱法的測試結果。由于本次試驗氣候箱的數據主要來源于企業的送檢產品，其氣候箱法甲醛測試值普遍較低，且氣候箱的測試方法比較繁雜，在測試過程中容易出現一定的誤差。此外，傳感器也會受到板材中其他有機化學揮發物釋放的影響干擾，從而造成測試值的波動，導致在同一水平段的氣候箱法測試值和干燥器法測試值之間缺乏較好的對應關系。為進一步指導實踐，使所用傳感器的測試值可對氣候箱法測試值進行估算，本文對氣候箱測試法的同一測試值進行了刪減，對比傳感器測試值，用excel軟件對其進行擬合，擬合結果如圖5 所示，即氣候箱法測試值y=-0.011 2x2+0.345 9x-0.009 8（x為傳感器測試值），擬合系數R2=0.815，具有一定的可參考性，建議可用于企業對于產品或原料的品控中的甲醛測試。

圖5 氣候箱法測試值和傳感器法測試值擬合結果 Fig.5 Fitting results of the test values of the climate chamber method and the sensor method

3 結論

1) 經對比研究表明，試驗所選用的甲醛傳感器具有較好的靈敏性和可重復性，可開展進一步研究。

2）分析對比測試值與氣候箱法數據，結果表明：氣候箱法測試值與傳感器法測試值具有一定相關性，但受到試驗試樣來源的影響，兩者相關性不大。經初步回歸分析擬合后，得出該試驗用的傳感器測試值(x)和氣候箱法測試值(y)之間的關系為：y=-0.011 2x2+ 0.345 9x-0.009 8，對于企業產品或原料的品控中的甲醛測試具有一定的可參考性。