地毯中易挥发有机物主要来源的试验研究

顾婷 杨小灿 王琦 谢婷 吴永丽

（天津市产品质量监督检测技术研究院地毯研究中心，天津 300211）

随着人们生活品质的不断提高，地毯逐渐成为室内装饰中不可缺少的一部分。近年来我国地毯需求量不断增加，地毯在家居住宅、飞机、酒店、办公等场所的应用越来越广泛，地毯行业市场规模呈稳定增长趋势[1]。与此同时，地毯释放的挥发性有机物（VOCs）会严重影响人体的健康，是室内环境污染的主要来源之一[2]，地毯中释放的VOCs 主要有甲醛、乙醛、辛醛、壬醛、苯乙烯、4-苯基环己烯、4-乙烯基环己烯、2-乙基己醇、苯、甲苯、二甲苯、丁基羟基甲苯、乙酸乙酯、己内酰胺、2-乙基己酸等有机化合物，这些有机化合物在室温条件下就会挥发和扩散，人体长时间暴露于多种挥发有机化合物混合的环境下，极易产生头晕、胸闷等症状，严重者可致呼吸衰竭而死[3,4]。随着人们对健康和室内居住品质关注度的不断提高，地毯产品的环保性能成为人们购买时的重要考量因素。因此，国家制定了GB 18587-2001《室内装饰装修材料 地毯、地毯衬垫及地毯胶粘剂有害物质释放限量》[5]对重点关注的挥发性有机物和总挥发性有机物的限量进行了规定。国际上ISO 10580:2010《弹性铺地物、纺织铺地物和层压板铺地物—易挥发性有机化合物（VOC）释放量的测定方法》[6]对挥发性有机物的测定方法进行了阐述，为消费者购买地毯和其他铺地物材料提供标准指导，同时有利于激发低释放量铺地物的市场需求。研究地毯原材料对地毯VOC 的释放贡献，可以为企业进行更加经济、环保的地毯选材和工艺优化提供基础参考。檀永超[7]从原材料方面对簇绒地毯VOC 性能进行了剖析，通过分析VOC 来源有效降低簇绒地毯VOC 含量，优化了车内环境。薛振荣等[8]为解决针刺地毯刺激性气味问题，分析了针刺地毯各原材料的气味来源，气味主要源于各部件原材料及其在生产过程中热降解产生的小分子物质，进而优化了原材料及改进工艺参数，降低针刺地毯气味。娄金分等[9]对某车型地毯材料进行拆分并进行VOCs 气味测试，发现原材料中所用再生海绵释放的VOCs 较大，影响再生海绵中气味的物质主要来源于海绵生产过程中使用的各种助剂及胶粘剂。

目前市场上应用比较广泛的地毯主要有拼块地毯、机织地毯、簇绒地毯、手工枪刺胶背地毯。地毯是由多种原材料复合而成，原材料的品类众多、质量参差不齐。拼块地毯主要是由毯面纤维、底基布、胶乳、助剂等组成[10]。机织地毯主要是由毯面纤维、底基布、胶乳、助剂等组成[11]。簇绒地毯主要是由毯面纤维、第一底基布、第二底基布、胶乳、助剂等组成[12]。手工枪刺胶背地毯主要是由毯面纤维、底基布、胶乳、助剂等组成[13]。每种原材料都会在一定程度上释放挥发性有机物，因此本文对地毯组成成分进行拆分，对每一种原材料VOCs 进行分析，找出原材料中对地毯成品VOC 贡献较大的原材料，为企业选择环保原材料提供一定的依据。

1 试验部分

1.1 主要仪器及试剂

VOC 释放舱：1 m3，东莞市升微机电设备科技有限公司；热解吸-气相色谱-质谱联用仪：TD100-Agilent7980A-5957C，美国安捷伦科技有限公司；高效液相色谱仪：1260Inf inity，美国安捷伦科技有限公司；分析天平：ML204型，感量为0.1 mg，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；甲醇：分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司；乙腈：分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司；甲醛-2,4-二硝基苯腙：纯度99.9%，坛墨质检科技股份有限公司；乙醛-2,4-二硝基苯腙：纯度99.8%，坛墨质检科技股份有限公司；甲醇中甲苯：浓度2 000 μg/mL，坛墨质检科技股份有限公司；苯：纯度99.9%，坛墨质检科技股份有限公司；ε-己内酰胺：纯度99.5%，坛墨质检科技股份有限公司；2-乙基己酸：纯度99.9%，坛墨质检科技股份有限公司；1-甲基-2-吡咯烷酮：纯度100%，广州佳途科技股份有限公司；萘：纯度99.7%，广州佳途科技股份有限公司；壬醛：纯度97.3%，坛墨质检科技股份有限公司；辛醛：纯度99.5%，坛墨质检科技股份有限公司；4-苯基环己烯：纯度96.1%，北京曼哈格生物科技有限公司；苯乙烯：纯度99.9%，广州佳途科技股份有限公司；乙酸乙烯酯：纯度99.56%，坛墨质检科技股份有限公司；2-乙基己醇：纯度99.7%，坛墨质检科技股份有限公司；4-乙烯基环己烯：纯度98.3%，广州佳途科技股份有限公司；二甲苯：纯度99.57%，坛墨质检科技股份有限公司；丁基羟基甲苯：纯度99.5%，广州佳途科技股份有限公司；试验用水为三级水。

1.2 样品及原材料

拼块地毯样品来自地毯生产企业A，该样品包含6 种原材料，分别为背胶、底基布、降粘剂、增塑剂、稳定剂、纱线，由企业A 的下级供应商供应。

簇绒地毯样品来自地毯生产企业B，该样品包含7 种原材料，分别为1 号背胶、2 号背胶、1 号纱线、2 号纱线、第一底布、第二底布、底基布，由企业B 的下级供应商供应。

所有原材料从生产车间组装成成品前的一批原材料中获取。

样品及原材料用铝箔袋包装密封并邮寄至实验室进行测试。

1.3 甲醛、乙醛试验方法

1.3.1 甲醛、乙醛标准溶液的配制及标准曲线的制备

分别称取适量的甲醛-2,4-二硝基苯腙、乙醛-2,4-二硝基苯腙，用乙腈溶解并转移至100 mL 容量瓶中，得到甲醛、乙醛单体浓度分别为40 μg/mL 混合标准溶液A，然后将混合标准溶液A 稀释5 倍，得到标准溶液A1，将A1 稀释5 倍得到标准溶液A2，将标准溶液A2 稀释5 倍得到标准溶液A3，将A3 稀释5 倍得到标准溶液A4，将A3 稀释10 倍得到标准溶液A5。将5 阶标准溶液用高效液相色谱仪进行分析并制作标准曲线。

1.3.2 甲醛乙醛的测定

将试样放入温度23℃、相对湿度50%的1 m3环境舱内持续释放24 h，设置采样泵流量300 mL/min，采样体积10 L，然后连接除臭氧柱及DNPH 硅胶取样柱，取样结束后用乙腈洗脱样品并上机分析，用1.3.1 节制备的标准曲线进行定性定量分析。

1.4 TVOC 及VOC 单体试验方法

1.4.1 TVOC 标准溶液的配制及标准曲线的制备

依据标准ISO 16000-6:2011《室内空气-第6 部分：利用Tenax TA 的主动取样，加热解析和气相色谱MSD/FID 的方法对室内和检测舱的空气中的易挥发有机化合物进行测定》中规定TVOC 为用Tenax -TA 取样，在非极性毛细管柱上正己烷至正十六烷之间包括正己烷和正十六烷在内的易挥发有机化合物的总和，易挥发有机化合物的总和是使用甲苯响应因子将易挥发有机化合物面积转化为甲苯质量单位。

将甲醇中甲苯进行稀释，得到浓度为20 μg/mL、50 μg/mL、100 μg/mL、200 μg/mL、500 μg/mL、1 000 μg/mL 甲苯标准溶液。将6 阶不同梯度浓度溶液用热脱附-气相色谱-质谱联用仪分析并制备TVOC 的标准曲线。

1.4.2 VOC 混合标准溶液配制及标准曲线的制备

分别称取适量标准物质苯、ε-己内酰胺、2-乙基己酸、1-甲基-2-吡咯烷酮、萘、壬醛、辛醛、4-苯基环己烯、苯乙烯、乙酸乙烯酯、2-乙基己醇、4-乙烯基环己烯、二甲苯、丁基羟基甲苯，用甲醇溶解，转移至100 mL 容量瓶中，得到各单体浓度1 000 μg/mL 混合标准溶液B。分别移取混合标准溶液B 2 mL、5 mL、10 mL、20 mL、50 mL 于100 mL 容量瓶中，得到5 阶不同梯度浓度溶液。将5 阶不同梯度浓度溶液用热脱附-气相色谱-质谱联用仪分析并制备各单体的标准曲线。

1.4.3 试验方法

将试样放入温度23℃、相对湿度50%的1 m3环境舱内持续释放24 h，然后采集样品。将Tenax-TA 吸附管取样端与测试舱连接，吸附管的另一端与取样泵连接，流速为50～200 mL/min，取样体积≦5 L，记录采样温度。将采样后的吸附管置于热解吸装置中，经温度为280℃解吸10 min，使解吸气体由进样阀快速进入气质联用仪中进行色谱分析，试样含量以外标法进行计算。

2 拼块地毯VOC 来源分析

2.1 样品测试

将一块50 cm×50 cm 拼块地毯样品放入1 m3环境试验舱内，按1.3 节及1.4 节所述的试验方法对样品进行测试。

2.2 原材料测试

按照生产企业A 试验样品的各个主要原材料包括背胶、底基布、降粘剂、增塑剂、稳定剂、纱线的使用质量及表面积参数，使用同一批原料制备测试试样。按照1.3 节及1.4 节所述的试验方法对各原材料进行测试，根据美国加利福尼亚州环境保护署空气资源管理委员会规定的有毒空气污染物目录进行分析，分析结果如表1 所示。

表1 拼块地毯主要原材料测试结果

检测结果表明，该拼块地毯样品中是TVOC 的主要来源的原材料为降粘剂、稳定剂，样品中检出的主要受关注的VOC 有甲醛、萘、壬醛、辛醛、2-乙基己醇、二甲苯。其中对甲醛贡献比较大的原材料为背胶和降粘剂，对萘贡献较大的原材料为背胶和稳定剂，对壬醛贡献较大的原材料为降粘剂、稳定剂、增塑剂、背胶，对2-乙基己醇贡献较大的原材料为降粘剂、增塑剂、稳定剂，对二甲苯贡献较大的原材料为背胶、稳定剂。

此外，样品中还有含量较多的烷烃类化合物，如十二烷、十五烷，对十二烷贡献较大的原材料为降粘剂、增塑剂，对十五烷贡献较大的原材料为降粘剂、稳定剂。

3 簇绒地毯VOC 来源分析

3.1 样品测试

将一块50 cm×50 cm 簇绒地毯样品放入1 m3环境试验舱内，按1.3 节及1.4 节所述的试验方法对样品进行测试。

3.2 原材料测试

按照生产企业B 试验样品的各个主要原材料包括1 号背胶、2 号背胶、1 号纱线、2 号纱线、第一底布、第二底布、底基布的使用质量及表面积参数，使用同一批原料制备测试试样。按照1.3 节及1.4 节所述的试验方法对各原材料进行测试，根据美国加利福尼亚州环境保护署空气资源管理委员会规定的有毒空气污染物目录进行分析，分析结果如表2 所示。

表2 簇绒地毯主要原材料测试结果

检测结果表明，该簇绒地毯样品中是TVOC 主要来源的原材料为1 号背胶、2 号背胶，样品中检出的主要受关注的VOC有甲醛、苯、辛醛、4-苯基环己烯、苯乙烯、甲苯、2-乙基己醇、4-乙烯基环己烯。其中甲醛来源于背胶，苯、4-苯基环己烯、苯乙烯主要来源于1 号背胶和2 号背胶，辛醛主要来源于1 号背胶、底基布，甲苯主要来源于2 号背胶，2-乙基己醇主要来源于1 号背胶、第二底布。

4 结束语

地毯中受关注的易挥发有机物主要有2-乙基己醇，甲醛、壬醛等醛类物质，苯、二甲苯等苯类物质，苯乙烯等烯烃类物质，这些物质的主要来源是降粘剂、稳定剂等助剂及背胶等。地毯是由多种材料复合而成的结构，原材料的好坏直接影响了地毯的易挥发有机物的释放水平。随着工业的不断进步，相信更多环保的材料会应用于地毯行业。