基于改良干燥器法的甲醛快速测试研究∗

赵颖峰 贾 翀 沈宏涛 杜海慧 王立坤 王祥杰

（1.南京市产品质量监督检验院，江苏 南京 210028；2.南京林业大学材料科学与工程学院，江苏 南京 210037）

我国是家具、地板、门窗等木质制品制造大国[1-3]。这类木质制品主要由各类人造板如刨花板和纤维板等经过切削加工、胶合及涂饰等工艺制作而成[4-8]。由于使用含醛类胶黏剂，人造板和饰面材料是游离甲醛的主要载体，由此引起的室内甲醛污染一直是人们关注的热点问题[9-12]。随着GB 18580—2017《室内装饰装修材料 人造板及其制品中甲醛释放限量》标准的颁布和使用，气候箱法成为人造板及其制品甲醛释放检测的主要方法[13-17]。气候箱法的检测方法如下：将样品放入温度、相对湿度、空气流速和空气置换率控制在一定值的气候箱内，从样品中释放的甲醛与箱内空气混合，定期抽取箱内空气，并将空气中甲醛溶入水中，计算每立方米空气中甲醛含量。气候箱法检测周期较长，需20～40 d，对于企业产品的质量控制具有滞后性和不可重复性，加大了生产方对品质控制的难度[18-20]。

国家标准还允许采用检测时间相对较短的干燥器法以及萃取法进行甲醛释放量的检测。然而，干燥器法、萃取法与现行标准的气候箱法相比，存在以下问题：1）由于二者原理不同，二者检测结果的相关性较低，难以实现检测结果之间的换算。干燥器法的检测方法是样品放入密闭的干燥器中，在干燥器底部放置盛有纯净水的结晶皿，计算24 h内溶入水中的甲醛含量。由于在检测的24 h中，甲醛持续溶入水中，水中的甲醛含量呈持续增长态势。而萃取法则是通过甲苯将板材中的所有甲醛几乎全部萃取出来并测试，其与气候箱法的箱体内甲醛含量维持平衡的态势原理不同。2）干燥器法与萃取法操作复杂，对企业检测人员的检测知识和能力具有相对较高的要求；需要确保试验过程中细节把控、读数准确度和不同测试人员之间的一致度[21-25]。

综上原因，结合气候箱法测试的原理，本研究对传统的干燥器法进行改良，提出了一种新的测试方法[8]，并与气候箱法的试验结果进行初步比对分析，拟寻求一种快速且可比对气候箱法的人造板及其制品的甲醛释放测试方法。

1 材料与方法

1.1 材料

饰面人造板，主要包括饰面刨花板，厚度为12～18 mm，含水率6%～10%，密度为0.6～0.7 g/cm3；饰面纤维板，厚度为15～18 mm，含水率为6%～10%，密度为0.7～0.9 g/cm3。试样均为南京市质量监督检验院的送检产品。

1.2 设备

试验主要仪器与设备：自制改良的游离甲醛测试分析仪，主要由开孔干燥器、甲醛测试传感器和大气采样器组成，其型号和厂家如下：开孔干燥器，PC-3 型，台州藤原工具有限公司；甲醛测试传感器，2FE5 型，达特传感器有限公司；大气采样器，QC-2A型，北京市劳动保护科学研究所。

1.3 试验方法

1.3.1 甲醛检测仪搭建及原理

甲醛测试仪是通过电化学法对干燥器内的甲醛在有一定空气交换率的前提下进行动态测试，其测试原理与现有的气候箱法测试原理更加接近，因此测试结果的相关性会更高，图1 为工作示意图。

图1 自制改良甲醛测试仪工作示意图Fig.1 Working diagram of self-made modified formaldehyde tester

测试前，将待测板材加工成50 mm×50 mm的试样后用保鲜膜密封待用。测试时，先将试件置于密闭干燥器中至甲醛读数不再出现明显波动，即视为稳定，然后通过大气采样器在设置好恒定流量（0.5 L/min）的前提下，在箱体内甲醛平衡后读取空气中甲醛释放量的值。

1.3.2 传感器稳定性测试分析

传感器的稳定性测试按照以下两个步骤进行：1）采用同一传感器对同一张板材的不同部分进行重复测试，测试时将同一板材的试件锯成两部分，分别置于干燥器中进行测试，判断传感器的重复性；2）采用同一型号的不同传感器对同一板材的同一试件进行测试，确定不同传感器之间的差异。

1.3.3 与气候箱法的对比研究

通过采用南京市产品质量监督院实际检测的1 m3气候箱法试件留样，同步采用自制干燥器法进行测试，并对其测试结果进行直接比对，建立初步的线性关系。

2 结果与分析

2.1 同一传感器对同一板材的测试结果

图2 同一传感器对同一板材的测试结果 Fig.2 Test results of the same sensor on the same decorative wood-based panel

图2 为同一传感器对同一张板材的A、B两个试件做重复性试验，在不同时间测定的甲醛释放量值。由图2 可知，通过试验设计的甲醛检测方法，用同一传感器测试的结果相近。测试过程包括甲醛最大值的测定和0.5 L/min抽气速率情况下游离甲醛的动态变化测试，结果表明，传感器对于A、B两个试件的测试结果较为接近，趋势也基本相同，证明试验所选的传感器对于同一板材的游离甲醛测量具有一定的重现性。另一方面，通过空气流速0.5 L/min的空气抽吸量，干燥器内的甲醛测试值35 min内从一个峰值逐渐下降并趋于平衡，也比较符合理想的甲醛释放变化曲率。因此，可以在一定程度上证明该型号的甲醛传感器具有较好的灵敏度和重复性，值得进一步研究。

2.2 不同传感器对同一板材的测试结果

图3 为同型号不同传感器对同一板材游离甲醛的测试值结果。由图可知，两个传感器测试值之间存在一定差异，但整体趋势比较接近，均为在受到空气交换之后，游离甲醛的测试值呈现下降趋势，最后趋于平衡。由于传感器测量采用电化学法，每次在进行甲醛测量时会对电解质产生一定的消耗，从而造成数值上的差异，但是趋势相同，从中可看出，同型号不同的传感器对于干燥器内的甲醛测量具有可重复性，只需在每次测量之间进行误差校正，即可得到相对理想的数值。

图3 同型号不同传感器对同一板材的测试结果 Fig.3 Test results of the same type and different sensors on the same panel

2.3 传感器法和气候箱法测试值对比分析

图4 气候箱法和传感器法测试值比对图 Fig.4 Comparison chart of test value between climate chamber method and sensor method

图4 为传感器法和气候箱法测试值的比对图。两组测试值之间的规律及线性关系不明显，但总体上两种方法的测试值的变化趋势较为一致。从初步研究结果来看，两者数据具有一定的相关性，且基本可以通过传感器法来反应气候箱法的测试结果。由于本次试验气候箱的数据主要来源于企业的送检产品，其气候箱法甲醛测试值普遍较低，且气候箱的测试方法比较繁杂，在测试过程中容易出现一定的误差。此外，传感器也会受到板材中其他有机化学挥发物释放的影响干扰，从而造成测试值的波动，导致在同一水平段的气候箱法测试值和干燥器法测试值之间缺乏较好的对应关系。为进一步指导实践，使所用传感器的测试值可对气候箱法测试值进行估算，本文对气候箱测试法的同一测试值进行了删减，对比传感器测试值，用excel软件对其进行拟合，拟合结果如图5 所示，即气候箱法测试值y=-0.011 2x2+0.345 9x-0.009 8（x为传感器测试值），拟合系数R2=0.815，具有一定的可参考性，建议可用于企业对于产品或原料的品控中的甲醛测试。

图5 气候箱法测试值和传感器法测试值拟合结果 Fig.5 Fitting results of the test values of the climate chamber method and the sensor method

3 结论

1) 经对比研究表明，试验所选用的甲醛传感器具有较好的灵敏性和可重复性，可开展进一步研究。

2）分析对比测试值与气候箱法数据，结果表明：气候箱法测试值与传感器法测试值具有一定相关性，但受到试验试样来源的影响，两者相关性不大。经初步回归分析拟合后，得出该试验用的传感器测试值(x)和气候箱法测试值(y)之间的关系为：y=-0.011 2x2+ 0.345 9x-0.009 8，对于企业产品或原料的品控中的甲醛测试具有一定的可参考性。