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室內空氣凈化涂料甲苯凈化性能的測試方法研究,由于過度裝修而導致的室內空氣污染問題日趨嚴重
2019年07月10日    閱讀量:4684    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

近年來,人們對居住和辦公環境的舒適性與美觀性的要求越來越高,但隨之而來的由于過度裝修而導致的室內空氣污染問題也日趨嚴重,甲苯作為室內空氣污染的主要污染物之一,經呼吸道和消化道吸收,可致使人慢性中毒,長期處在甲苯超標的環境中,可引發神經衰弱綜合征、肝腫大等疾病。


針對日益突出的室內空氣污染問題,各類空氣凈化類產品便應運而生。目前,市場上的甲苯凈化類產品主要有活性炭、空氣凈化器、甲苯凈化涂料和甲苯凈化壁紙等,在眾多的甲苯凈化產品中,甲苯凈化涂料具有成本低、涂布面積大等優點,發展潛力很大中國建材網cnprofit.com


但是市場上的甲苯凈化涂料產品種類眾多,質量良莠不齊,因此如何評價產品的凈化性能成為人們關注的重點[ 2]。目前涂料行業比較常用的測試方法為 JC/T 1074—2008《室內空氣凈化功能涂覆材料凈化性能》,但是經過長期的實踐,發現該方法有許多不足與不科學之處,針對這些問題,本文做出了一系列系統的研究,并最終研究出一套高效科學且行之有效的測試方法。


1 試驗部分

1 . 1 儀器與原料

試驗艙:1 250 mm× 1 000 mm× 800 mm,1# 艙、2#艙,自制;采樣器:G ilair PLU S ,美國吉利安公司;氣相色譜-熱解吸儀:Agilent 7890B -G erstel TD S 3,美國安捷倫公司;甲苯:國藥集團化學試劑有限公司;凈味內墻涂料:樣品 A、樣品 B ,自制。


1 . 2 試驗過程

1 . 2 . 1 關于對比艙的選擇

由于試驗艙本身對甲苯有吸附或者試驗艙不能百分之百完全密封亦或者其他原因,導致甲苯在試驗艙內有部分衰減,在計算時需要將這部分衰減除去。

J C / T 1 0 7 4 —2 0 0 8 的測試原理是設置 2 個試驗艙,一個艙為樣品艙,艙內放樣板;另一個艙為對比艙,艙內放空白玻璃板,測試時向 2 個艙內注射相同量的甲苯。以對比艙內甲苯的自然衰減量表示樣品艙內甲苯的自然衰減量。


該方法用公式表示為 Q =(N 1 - N 1 ')/N 1 × 1 0 0 %(其中:Q 表示甲苯凈化效率,N 1 表示對比艙內甲苯的終止濃度,N 1 ' 表示樣品艙內甲苯的終止濃度,終止濃度為 2 4 h 后艙內的甲苯濃度)。方法中對比艙的終止濃度 N 1 可以理解為艙內的初始濃度減去自然衰減量后的濃度,由于測試時向 2 個艙內注射相同量的甲苯,且以對比艙中甲苯的自然衰減量表示樣品艙中甲苯的自然衰減量,故該值也可以表示樣品艙中的初始濃度減去自然衰減量后的濃度,該值與樣品艙中的終止濃度 N 1 ' 的差值即為樣品的甲苯凈化量。


該方法是基于 2 個艙完全一致的前提下做的,但是在實際中很難做到 2 個艙體完全一致,這是由于市場上并沒有制式的試驗艙,試驗所用的試驗艙均為自制,且制作試驗艙的材料均為未經過表面處理的鋼化玻璃,玻璃表面對甲苯具有較強的吸附作用,并且很難保證 2 個艙體對甲苯的作用完全一致,極有可能出現甲苯在樣品艙和對比艙內的自然衰減率不一致的情況,在這種情況下該試驗的試驗基礎就不存在了,導致試驗無法進行。


大多數實驗室根本無法做到 2 個艙完全一致,這就使得該方法的操作性很差。本文摒棄這種方法,而是利用樣品艙自身作為對比,即艙體內甲苯的初始濃度(n 0)減去該艙甲苯的自然衰減量再減去最后的終止濃度(n 1)即為甲苯的凈化量,用公式表示為 r =(n 0 - n 0 × R - n 1)(/ n 0 - n 0 × R )× 1 0 0 %(其中:r 表示樣品的凈化效率,n 0 表示艙內的初始濃度,R 表示艙的自然衰減率,n 1 表示艙內的終止濃度),這樣就避免了因為2 個艙體的不同引起的試驗誤差。


  1. 2 . 2 關于甲苯濃度測試方法的選擇


標準中規定采用溶劑解吸法,即通過活性炭吸附環境艙中的甲苯,以二硫化碳為溶劑將活性炭上吸附的甲苯解吸出來,然后用 F I D - G C 進行分析;在該方法中,二硫化碳有毒,對操作人員及環境均有不良影響,且操作較為繁瑣,容易引入誤差[3 ],故本文摒棄這種方法,選用熱解吸法。


熱解吸法采用 T e n a x - T A 吸附管采集環境艙中的甲苯,采樣結束后,將采樣管置于熱解吸裝置上加熱,使其中的甲苯從吸附管中解吸出來,然后用 F I D - G C進行分析。熱解吸法靈敏度較高,易解吸,不使用有毒的有機溶劑,可減少環境污染和對試驗人員的危害,易于實現自動化[4 ],且 T e n a x - T A 吸附管具有循環使用等特點,故本文選用熱解吸方法。

1 . 2 . 3 氣相色譜- 熱解吸儀條件


1)氣相色譜條件

色譜柱:D B - 1 3 0 1(6 0 m × 0 . 3 2 m m × 1 μ m);柱溫:初溫 6 5 ℃ 保持 1 8 m i n ,以 3 0 ℃ / m i n 升至 2 1 0 ℃ 保持5 m i n ;檢測器溫度:3 0 0 ℃ 。


2)熱解吸儀條件

熱解吸室條件:解吸溫度 2 8 0 ℃ ;解吸時間 1 5m i n ;解吸氣體流量 5 0 m L / m i n 。

冷進樣口條件:冷卻溫度- 1 0 0 ℃ ;解吸溫度 2 8 0℃ ;解吸時間 1 5 m i n 。

傳輸線溫度:3 0 0 ℃ 。


1 . 2 . 4 標準曲線的繪制

以甲醇為稀釋溶液配制甲苯的標準系列溶液,編號為 1 ~ 8 ,使其濃度分別為 0 . 0 2 5 μ g /μ L 、0 . 0 5 μ g /μ L 、0 . 2 5 μ g /μ L 、0 . 5 μ g /μ L 、1 . 0 μ g /μ L 、2 . 0 μ g /μ L 、4 . 0μ g /μ L 和 8 . 0 μ g / m L ,然后分別取 2 μ L 配制好的標準溶液,在有 1 0 0 m L / m i n 的氮氣的吹掃下注入 T e n a x -T A 吸附管中,吹掃 3 m i n 后取下。將制備好的吸附管標準系列置于氣相色譜- 熱解吸儀中進行分析。以甲苯含量為橫坐標,峰面積為縱坐標,繪制標準曲線,并計算回歸方程。


1 . 3 試驗艙穩定性的考察

在進行試驗之前要對試驗艙的穩定性進行考察,只有在試驗艙的自然衰減率穩定的前提才能進行試驗。首先在艙內放入 4 塊空白玻璃板,然后用玻璃膠將艙門密封,待玻璃膠完全固化之后,向艙內注入 3 . 0μ L 左右的甲苯,1 h 后采集艙內的氣體并測試其濃度,此濃度定為初始濃度(n 0),2 4 h 后再次采集艙內的氣體并測試其濃度,此濃度定為終止濃度(n 1),據此計算出的衰減率即為該艙體的自然衰減率,自然衰減率公式為 R =(n 0 - n 1)/ n 0× 1 0 0 % 。進行多次重復性試驗以驗證自然衰減率的穩定性。


1 . 4 樣品測試

將樣品攪勻,然后用 2 0 0 μ m 的濕膜制備器將樣品均勻刮涂到 4 塊規格為 5 0 0 m m × 5 0 0 m m × 4 m m 的玻璃板上,在溫度為(2 0 ± 2)℃ 、相對濕度為(5 0 ± 1 0)%的環境中放置 7 d 。7 d 后將樣品 A 放入 1 # 艙,樣品 B放入 2 # 艙,并用玻璃膠分別將艙門密封,待玻璃膠完全固化后,向艙內注入 3 . 0 μ L 左右的甲苯,1 h 后采集艙內的氣體。采用 T e n a x - T A 吸附管采樣,采樣流速為0.2 L /mi n ,采樣量為 6 L ,此濃度定為初始濃度(n 0);24 h 后再次按照相同的方法采集艙內的氣體并測試其濃度,此濃度定為終止濃度(n 1),并根據公式 r =(n 0- n 0 × R - n 1)(/ n 0 - n 0 × R )× 100%計算其凈化效率。采樣之前開啟風扇 30 mi n ,采樣時關閉。


2 結果與討論

2. 1 甲苯標準溶液的實際濃度

制備的甲苯標準溶液的實際濃度見表 1 和圖 1。

甲苯標準溶液的實際濃度

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甲苯濃度的標準曲線

由圖 1 可知:甲苯濃度在該范圍內具有很好的線性,能夠滿足分析測試的要求。


2. 2 試驗艙的穩定性

對 2 個試驗艙分別進行多次衰減率測試,結果見表 2。

通過表 2 可以發現:每個艙的自然衰減率都能維持在一個穩定的狀態,故各個艙的自然衰減率可以看成是一個定值,不需要每次都去測試,這樣就大大節省了工作時間,提高了工作效率。同時還發現,1# 艙和 2#艙的自然衰減率并不相同,如果按照 J C /T 1074—2008中的方法,則該試驗根本無法進行,但是如果按照本文所提出的試驗方法,則無需考慮 2 個艙的自然衰減率不同的問題,可以使試驗順利進行下去。

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試驗艙的衰減率測試


2. 3 樣品測試結果

樣品 A 和樣品 B 的測試結果見表 3。

通過表 3 可以發現,2 個樣品的甲苯凈化效率均小于指標要求的 30%,說明 2 個樣品的甲苯凈化性能均不合格,這是由于目前能夠實現甲苯凈化的產品極少,即便能夠凈化,其凈化性能也較差,目前的污染物凈化技術對于像甲苯這樣穩定性較高的污染物還不能有好的作用,盡管如此,通過試驗還是可以發現,利用樣品艙自身做對比,這樣只需一個試驗艙就可以完成試驗,節省了一個艙,提高了資源的利用率;同時利用熱解吸法測甲苯濃度,該方法更加科學穩定,且只需要采一次樣,提高了工作效率。


2.4 觀點與建議

1)應當理性地看待實驗室中所測得凈化效率的問題,涂料的凈化效率是實驗室特定條件下測得的,而實際居室內房間的情況要復雜得多,不可能和實驗室的條件一樣,故涂料的凈化效率并不能代表其在房間內的凈化效率。同時,家中會有家具等各種各樣的釋放源,若甲苯的釋放速率高于凈化材料的凈化速率,則測出的甲苯含量不僅不會降低,反而還會升高,只有材料的凈化速率大于甲苯的釋放速率時才有可能達到凈化的效果。

2)在未來要選擇經過表面處理過的試驗艙,減少其表面的吸附,同時盡可能增加密封性,從而使結果更加準確。

3)僅僅用凈化效率和凈化性能持久性來評判產品的凈化效果較為片面。材料對甲苯的凈化速率和總凈化量也各有不同,在將來有必要增加凈化速率和總凈化 量 的 測 試 ,以 便 給 消 費 者 在 購 買 凈 化 產 品 時提供更為全面的指導,同時促使企業繼續提高產品性能。


3 結語

1)選擇用樣品艙自身作為對比,避免了因為樣品艙和對比艙 2 個艙體的不同而引起的試驗誤差,同時只需一個試驗艙就可以完成試驗,節省了一個艙,提高了資源的利用率。

2)采用熱解吸法測試甲苯濃度,該方法更加科學穩定,在試驗過程中不使用有毒的有機溶劑,減少了環境污染和對試驗人員的危害,且操作簡單,易于實現自動化,大大節省了時間成本和人力物力成本。

3)運用樣品艙自身作為對比和選用熱解吸法測試樣品的凈化性能,取得了良好的效果,并可以省去許多不必要的操作步驟,提高了工作效率。


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