家具中有害物质甲醛与相关标准适用性的探讨

文/罗菊芬 在2003年上海市质量技术监督局对上海市十个 区县家具产品的专项整治中,抽查家具产品221件, 其中甲醛释放量超标的就有99件,占抽检产品数的 44.8%;在2004年上半年上海市家具产品专项整治 中,抽查木家具产品262件,其中甲醛释放量超标的 有88件,占抽检产品数的33.6%。这些家具置入居室 内,不可避免地给室内环境带来一定程度的污染, 直接影响室内人员的身体健康。消费者对此反映强 烈,政府主管部门也非常重视。 一、家具中的有害物质 研究表明,家具中有害物质归纳起来包括:甲 醛、其它挥发性有机化合物 (VOC)、可溶性重金属 与放射性元素。其中甲醛是家具内有害物质最主要 的一种,本文就此类物质在家具中释放量的检测标 准适用性进行探讨。 1.甲醛的认识 甲醛 (HCHO),又称蚁醛。在医药上,浓度为 35%或37%以上的甲醛水溶液又称福尔马林,外观为 无色或略带黄色的透明液体,是一种易挥发的物质。 当空气中含有少量游离甲醛时会引起眼睛刺痛,并 有流泪症状。甲醛浓度升高时,人会感到咽喉痛痒、 鼻痛、胸闷、咳嗽、呼吸困难、软弱无力和头痛等 症状。长期工作或生活在高浓度甲醛环境中,人会 慢性中毒并可导致消化系统障碍、视力障碍、甚至 神经麻痹、呼吸道粘膜及眼睛结膜溃烂等。1980年 12月,美国国家劳动安全卫生研究院(NIOSH)与美 国产业安全局 (OSHA)共同发出警告:甲醛应作为 癌症重要诱因加以控制。家具中游离甲醛的释放是 一个缓慢的过程,因此对室内环境的污染和对人的 危害影响都是长期的。 2.家具中甲醛的来源 家具中甲醛来源大约有以下五个方面:第一、 家具基材中残留一部分未进行反应的游离甲醛,或 者说是固化了的树脂因降解而产生了一部分不稳定 的甲醛;第二、家具贴面材料(三聚氰胺浸渍纸等) 复合时所产生的残留;第三、家具进行各种形式的 贴面时所用的胶粘剂 (脲醛树脂等)中含有甲醛; 第四、家具进行各种涂饰时,涂料中含有甲醛;第 五、家具中除木制材料外,其它覆面材料、填充材 料带有甲醛,如织物、皮革、海绵等。 3.家具中甲醛释放的机理 家具一般是由多种材料混合加工制成的组合体, 它的甲醛释放机理较单纯的板材更为复杂。研究结 果发现,家具中的甲醛必须在家具人造板部件的内 部环境与家具存放空间存在压差,以及有供空气流 通通道的情况下释放。假设家具是置于大气环境中 的一个独立系统,家具外表面成为家具与大气环境 家具中有害物质甲醛 与相关适用性的探讨 学术 STUDY ssm /2007/11 23 两个系统的分界面。假定两个系统是相互独立的。 如下图所示: 气体的理想状态方程为P/ρ=KT/m(P为气体压 强,其中,ρ为气体密度,T为气体温度,m为分子 质量,K为玻尔长度系数 (K=1.88×1023J/K),从中 不难看出,当ρ为常量时,压强P取决于温度T。当 外界温度升高时,家具内的气体压力增大,在释放 气体通道存在的情况下,家具系统内的甲醛就会向 外界释放,这种压差原理造成家具中甲醛的释放。 如下表: 家具中甲醛释放的通道有两个,即人造板的端 面和平面。从大量的试验证实 (1990年中国林业出 版社出版的联邦德国E.罗法埃尔的《 人造板和其他 材料的甲醛散发》和1996年南京林业大学博士生导 师周定国指导的博士论文《 刨花板甲醛散发的研 究》),甲醛散发的主要通道不是平面,而是端面, 端面的散发量至少是平面的2倍以上。因此家具人造 板的每一个零部件都应封边,这样既能有效地降低 甲醛释放量,又增添家具的美观和防止家具吸湿膨 胀变形。 4.家具的主体构造 目前市场上的家具从材料上分为金属家具、木 家具与软体家具三大类。制作家具的原材料主要有: 木制型材、木制人造板、金属材料、纺织品、皮革、 玻璃、硬质塑料、人造石、泡沫塑料等。从结构或 制作工艺上分为:板式家具、框架式家具、传统工 艺家具。从使用功能分:柜类家具、桌类家具、床 类家具、椅凳类家具等。从使用场合分:卧房家具、 客厅家具、房家具、厨房家具、办公家具、学校 家具、宾馆家具等。传统工艺家具一般用开榫或开 槽连接,板式家具一般用五金件连接,开榫连接的 几乎没有,开槽连接的有少量,这种连接方式要求 人造板有较高的密度,否则影响质量。家具部件的 开榫、开槽或零部件的不封边给家具中甲醛释放提 供了通道。 二、相关标准的适用性 GB18584-2001《 室内装饰装修材料 木家具中有 害物质限量》是目前家具中有害物质生产、经营、 检测等唯一依据的强制性标准。其规定:用GB/T 17657-1999《 人造板及饰面人造板理化性能试验方 法》中4.12规定的24h干燥器法,从木家具中按不同 种类的材料面积百分比,总共取10块规格为长 (150±1)mm、宽(50±1)mm的样板进行测试;测 试时每块样板的三个端面用不含甲醛的材料封边, 留一小边(50±1)mm不进行封边处理;试样 制备应在2h内完成;在24h收集过程中控制 温度为 (20±2)℃,其甲醛释放量应小于 等于1.5mg/L。 1.起草的背景 GB18584-2001是国家质量监督检验检 疫总局于2001年12月10日发布的,2002年 01月01日起实施。该标准发布与实施时间相隔不到 一个月,过渡期也仅6个月,如此短的过渡期情况甚 少。国家在什么情况下采取这种紧急措施的呢?起 因是20世纪末到21世纪初,人们的生活水平有了显 著的提高,居住面积增加了,所购的家具功能也细 化了。不仅有成套的卧房家具,还有客厅家具 (软 体沙发、厅柜、茶几)、餐厅家具 (餐桌餐椅、餐边 柜、酒柜)、书房家具 (书架、书柜)、厨房家具 (底柜、吊柜)、卫浴家具 (浴室柜、浴室镜)等, 而这些家具80%以上是由人造板构成或人造板和木 制型材混合构成。但另一方面,白血病病人不断增 多,尤其是儿童。根据家具中刺激性气味投诉逐年 上升情况以及相关部门对这种刺激性气味 (甲醛) 超过一定浓度时严重影响人体的健康研究结果,国 务院总理温家宝和副总理李岚清分别作了批示,要 求技术监督部门抓紧制定有关的法律法规及标准。 国家质量监督检验检疫总局于2001年7月下达了制定 1.大气系统 2.家具系统与大气系统之间的假想界面 3.家具系统 现象 产生的结果 温度现象 温度升高,加快板内分子运动,促使甲醛向外界释放 承载率现象 承载率增大,家具内部的甲醛浓度升高,迫使甲醛向外界释放 气压波动现象 气压降低,有利于甲醛向外界释放 湿度现象 空气中相对湿度增加,造成树脂分解,从而散发甲醛 海拔现象 海拔越高,越有利于甲醛释放 通风现象 室内通风强度越大,越有利于甲醛释放 学术STUDY 24 ssm /2007/11 《 室内建筑装饰装修材料 有害物质限量》10项强制 性系列国家标准的任务,家具中有害物质标准就是 其中之一。起草小组汇集家具大型企业、大专院校、 研究所、检验机构等专家,在2001年12月初上报了 该标准的《 报批稿》。 2.标准的不完善性 该标准从2002年01月01日实施以来,虽然对规 范家具市场、维护消费者的健康等方面取得了积极 的作用,但是由于该标准制定时间紧,家具面广, 又是第一次制定家具中 有害物质的标准,存在 经验不足等问题;虽然 起草小组收集了很多相 关资料,但是方案的选 择方面,由于当时我国 的实验室条件限制,无 法进行充分的试验验证, 因此造成了该标准的不 完善性。这种不完善性 表现在: 第一、适用范围狭 窄。GB18584-2001明确 适用范围为室内使用的 各类木家具产品。而按 照现在家具行业的规定, 金属材料与木制材料混 合制作的家具都叫金属 家具,还有沙发这种软 体家具,里面的框架由大量的人造板支撑,这些家 具都或多或少地存在有害物质,尤其是甲醛,而这 些家具产品不能直接用该标准作为生产、销售、检 验、监督抽查或消费仲裁的依据。 第二、取样数量的规定。该标准规定每件出厂 合格的产品,试件数量共10块,试件规格:长 (150±1)mm,宽(50±1)mm。显然,家具产品大 小不一样,释放的甲醛也不一样多,大的如五门大 衣柜,大型老板桌、会议桌等,小的如椅子、茶几、 床头柜等,这些大小不一样的家具放在相同的空间 里,装载度 (指所测样品表面暴露在室内空间内的 总面积与所在室内空间容积之比)是不一样的,它 们的装载度相差几倍乃至几十倍,释放甲醛的数量 也不是一个等级,而对每件产品不管其大小都取同 样数量的样块做测试,明显不合理。 第三、取样规定未细分。该标准规定:若产品 中使用数种木制材料,则分别按每种材料的部件占 整件家具的面积百分比取样。这句话初看其指导意 思清楚,我们在该标准的审核会议上也没找出其不 恰当处,但是在实际操作中就出现问题了。比如在 该标准实施之初,某个实验室曾经对昆山某板业公 司送检的一件全刨花板基材进行检测,并且采用相 同饰面材料制作的木制 文件柜做过比较试验。 虽然该文件柜用的是同 种材料制成,但用了两 种不同厚度规格的刨花 板,一种是用做文件柜 的两块搁板,厚28mm, 另一种是用做该文件柜 面板、旁板、底板、背 板等部件,厚16mm。相 同检验人员用三种 取样试验:第一种方法 是10块试样样块全部从 厚28mm的搁板上取样, 试验结果:该产品的甲 醛释放量为11.6mg/L;第 二种方法是10块试样样 块全部从厚16mm的面板 上取样,实验结果:该 产品的甲醛释放量为0.6mg/L;第三种方法是把不同 厚度规格的同种板材也认为是不同种材料,按它们 占该产品的面积百分比取样,通过测量计算,厚 28mm的搁板占20%,取两块试样;厚16mm的其它部 件占80%,取8块试样,并且在上面两种方法取样的 相同搁板和面板上取样,试验结果为0.9mg/L。可见 在实际操作中,不同材料、同种材料不同角度的取 样,实验结果相差很大。标准取样规定的不明确直 接影响到测试结果的准确性。 第四、试样存放的规定不充分。该标准规定: 应在实验室内制备试样。试样制备后,应在2h内开 始试验,否则应重新制作试件。从甲醛释放的机理 看,甲醛的释放与温度、相对湿度有着密切的关系。 学术 STUDY ssm /2007/11 25 我认为该规定存在以下几方面影响试验结果的因素: 一方面,检验的产品没有一个调制的过程,并且对 试件存放的环境条件没有规定。比如,要检验的产 品应在实验室什么样的温度、相对湿度等条件下放 多长时间开始取样,在什么环境温度湿度下取样等。 如在高温下送检的样品,马上取样做试验,或较高 的实验室环境存放样品,其试验结果会偏离正常使 用时释放的甲醛量;另一方面,试件制作有几个过 程:有测量计算面积比阶段、锯样阶段、试样封边 阶段,规定中缺少每个过程的时间和试样温度规定。 如该标准所言:试件锯完后其端面应立即采用熔点 为65℃的石蜡或不含甲醛的胶纸条封闭。从我们实 验室检验人员处了解到,假如采用熔点为65℃的石 蜡封边,如封边后没有足够的时间使其边部冷却, 实验结果会明显偏高;并且“ 试样制备后应在2h内 开始试验”这句话表述不确切,该试验的开始宜从 测量计算试件面积比开始,不宜从收集甲醛开始。 第五、试验方法破坏性较大。该标准对取样的 规定是:按产品所使用的各种材料的面积百分比取 样,样块规格:长(150±1)mm,宽 (50±1)mm, 共取10块,而且每种材料取样时,其边材至少要去 掉50mm。这样操作,对于用材品种较多的家具而 言,试验几乎是毁坏性的。针对木材越来越缺乏的 地球,环境意识越来越重视的人们,这种试验方法 显然是不经济的。 三、对标准修订的 建议 对GB 18584-2001中 的适用范围和试验方法 进行修订时,建议增加 以下几个方面的: 采用模拟家具使用环境 的模拟舱,对家具中的 有害物质进行检验。所 谓模拟家具使用环境的 模拟舱,就是用来模拟 家 具 使 用 环 境 的 气 候 箱,测定家具试件向空 气中释放达稳定状态时 的甲醛量。采用这种方 法,具有较多优点:可 以有效地避免该标准的适用范围狭窄、对家具产品 破坏性检验、对不同材种不同理解等方面所存在的 不足;测试前试件的平衡处理;气候箱试件暴露的 面积(承载率);气候箱的温度和相对湿度;每小时 空气的变化 (空气置换率);气候箱内空气的环境; 试样应放置在模拟舱多长时间,开始对气候箱内的 空气取样测试 (美国ASTM标准E 1333-96规定是 16h～20h)等等。 另在设计制造或购买这种模拟舱时应考虑到: 气候箱表面材料对甲醛和家具中常见的有害气体无 吸附性;补充气体应有过滤装置和计量空气流量装 置;应有空气循环装置;取样口的合理分布和数量 安排等。 (作者单位:上海市质量监督检验技术研究院建材所) 参考文献: [1]中华人民共和国国家标准GB18584-2001《 室 内装饰装修材料 木家具中有害物质限量》 [2]周定国 刨花板甲醛散发的研究 南京林业大 学博士论文,1996年 [3]刘晓红 家具有害物质释放及室内空气质量的 研究 南京林业大学博士论文,2003年 [4]上海市家具质量监督检验站 2003年上海市木 家具生产企业质量专项整治工作结果的;2004 年上半年上海市木家具生产企业质量专项整治工作 结果报告 ! 学术STUDY 26ssm/ 2007 / 11