全 文 ：第 51 卷 第 2 期
2 0 1 5 年 2 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 2
Feb．，2 0 1 5
doi:10．11707 / j．1001-7488．20150212
收稿日期: 2014 － 04 － 25; 修回日期: 2014 － 06 － 30。
基金项目: 国家自然科学基金项目“人造板挥发性有机化合物快速释放检测与自然衰减协同模式研究”(31270596)。
* 沈隽为通讯作者。
3 层实木复合地板 VOC释放及快速检测*
赵 杨1 沈 隽1 崔晓磊1，2
(1．东北林业大学材料科学与工程学院 哈尔滨 150040; 2．青岛农业大学 青岛 266109)
摘 要: 【目的】为了降低人造板挥发性有机化合物 ( VOC)的检测成本、增强可靠性，提高产品环保水平和
工作效率，提出一种新型的 VOC 快速检测方法。【方法】以 3 层实木复合地板为研究对象，建立单因素试验
方案，合理搭配各环境条件，快速采样装置与气质联用仪结合使用，对其在不同温度、相对湿度和空气交换率
与负荷因子之比条件下释放的 VOC 进行检测和分析，一方面探索 3 层实木复合地板释放 VOC 的主要成分及
释放规律，另一方面分析各环境因素对 3 层实木复合地板释放的 VOC 达到稳定期时浓度的影响。根据板材
VOC 的释放规律，确定快速释放法在最佳环境条件下得到的 VOC 量值，同时，利用传统气候箱法表征板材自
然衰减过程中 VOC 释放量值，将 2 种方法测得数据进行对比，分析快速检测法与传统气候箱法的相关性。
【结果】芳香烃和酯类是 3 层实木复合地板的主要挥发性有机释放物，除了部分烷烃、烯烃和醛酮类化合物
外，板材还释放少量的醚、醇和酸类化合物。在测试期间，酯类和芳香烃类化合物的质量浓度变化趋势明显。
温度和相对湿度增加会使平衡时的 TVOC 释放量增大，但当温度越高，湿度对平衡条件下 TVOC 的释放量影
响越小。空气交换率与负荷因子之比越小，处于稳定散发阶段的实木复合地板释放的 TVOC 浓度值越大。
【结论】快速检测法和传统气候箱法测得 3 层实木复合地板 TVOC 释放水平趋势基本一致，并且检测物相
同。随着时间的延长，TVOC 的释放量逐渐下降至稳定趋势。3 层实木复合地板释放的主要挥发物酯类和芳
香烃类来源于板材表面加工过程中使用涂料的有机溶剂，建议选择环保型涂料。温湿度的协同作用影响 3
层实木复合地板 VOC 释放量，高温高湿条件对 3 层实木复合地板中 VOC 的释放量有显著影响。而且，空气
交换率与负荷因子之比对高温高湿条件下 3 层实木复合地板释放的 TVOC 量影响较大。快速检测法 VOC 释
放速率快于传统气候箱法，且该方法性能可靠，可用于人造板材挥发性有机化合物的快速检测，便于企业有
针对性地解决生产过程中出现的问题，提高产品质量。
关键词: 3 层实木复合地板; 快速检测法; 挥发性有机化合物; 气候箱法
中图分类号: 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2015)02 － 0099 － 06
Investigation of VOC Ｒeleased from Three-Layer Parquet by Using
A New Ｒapid Detection Method
Zhao Yang1 Shen Jun1 Cui Xiaolei1，2
(1 ． College of Materials Science and Engineering，Northeast Forestry University Harbin150040;
2 ． Qingdao Agricultural University Qingdao 266109)
Abstract: 【Objective】To reduce the testing cost and enhance the research reliability and efficiency， this paper
introduced a new rapid detection method for testing VOC released from three-layer parquet． The M-CTE thermal extractor
was explored to analyze the effect of environmental factors about release characteristics of VOC on the stable phase and to
find the correlation between the rapid detection and 1 m3 traditional climate box method． 【Method】This paper established
a single factor experiment matched to the appropriate environmental conditions and to analyze the release rule of VOC
under different temperature，relative humidity，ratio of air exchange rate and loading factor by using rapid sampling device
and GC-MS conjunctively． On the one hand，the main components and release characteristics of the VOC released from
three-layer parquet were probed． On the other hand， the influence of various environmental factors on VOC under
equilibrium condition was analyzed． According to the release rule，the best condition was determined by rapid detection
method． Meanwhile，the 1m3 traditional climate box method was used to characterize the concentration released during the
林 业 科 学 51 卷
process of natural attenuation． The data measured from the two kind of method was compared and the correlation was
established． 【Ｒesult】Ｒesults showed that: as the main components of VOC emission released from three-layer parquet，
aromatics and esters had obvious changing trend in concentration． Besides some parts of alkanes，alkenes，aldehydes and
ketones，small amounts of ethers，alcohols and acids were also found． Furthermore，the TVOC equilibrium concentration
increased with the raise of temperature and relative humidity，but the higher the temperature，the less impact of humidity
on it． Ｒatio of air exchange rate and loading factor had remarkable effect on TVOC emissions under high temperature and
high moisture condition，the smaller the ratio of air exchange rate and loading factor，the larger the TVOC concentration
were found from three-layer parquet in the stage of stable emission． 【Conclusion】By comparing the data of 1 m3 traditional
climate box method，we found the trend of VOC release was basically consistent and they had the same compounds． With
the time going，the release quantity of TVOC gradually fell to a stable trend． The main components of VOC，esters and
aromatic hydrocarbons，were derived from the organic solvent on surface working． Thus，environment friendly coating was
recommended． High temperature and high moisture had a significant impact on release quantity of VOC from three-layer
parquet by rapid detection method due to the synergy effect of temperature and humidity． The release quantity of VOC was
apparently affected by the ratio of air exchange rate and loading factor under high temperature and moisture． The release
rate of VOC tested by rapid detection method was apparently fast and reliable． Therefore，the new method could be used
for rapid detection of VOC released from wood-based panels to deal with specific problems in the manufacturing process
and improve the quality of products．
Key words: three-layer parquet; rapid detection; volatile organic compounds(VOC); small chamber method
近年来，在室内装饰装修中大量使用胶合板、刨
花板和纤维板等人造板，由此引起的室内空气污染
问题受到空前的重视 (陈峰，2010; 张晓进等，
2007)。人造板在加工处理、陈放及使用过程中会
不同程度释放出挥发性有机化合物( volatile organic
compounds，VOC)(于海霞等，2012)，对于 3 层实木
复合地板，其释放的 VOC 主要来源于产品表面的漆
膜以及产品制造过程(如贴面处理时用到的胶黏剂
等)。一 些 研 究 ( Wolkoff，1998; Wiglusz et al．，
2002; Afshari et al．，2003; 李爽等，2013)指出，外
部环境条件(温度、相对湿度等)对 VOC 的释放有
较大影响。
目前，人造板 VOC 的采集主要有 3 种方法: 第
一种是气候箱法，在美国和德国得到广泛应用，该技
术处于世界领先水平; 在气候箱之外又研究出一种
“实验室小空间释放法”( FLEC)用于测定人造板有
机污染物含量(Kim et al．，2010); 干燥器盖法是对
FLEC 法的修改，是瑞士卡斯科公司研究开发的检
测方法。这 3 种方法中以气候箱法使用最为普遍，
相关标准有美国 ASTM D 5116—2010《小环境舱测
定由室内装饰材料释放的有机物散发量的标准导
则》及 ASTM D 6330—2003《指定试验条件下用小型
环境箱检测人造板挥发性有机物(不包括甲醛)释
放的标准惯例》。标准中的人造板 VOC 释放量是在
规定的温度、相对湿度和空气交换率条件下，以气候
箱内空气中的 VOC 达到稳定值后的浓度作为检测
的结果，周期一般为 28 天。传统气候箱法测定
VOC 需要一定的时间和专门的设备，而且设备占地
面积大，因此，寻求一种高效、快速、便捷的检测方法
对于控制人造板的 VOC 释放极为重要(祁忆青等，
2013; 沈隽等，2012)。
本研究通过对 3 层实木复合地板在不同温度、
相对湿度和空气交换率与负荷因子之比条件下释放
VOC 的主要成分和释放规律进行检测和分析，并与
1 m3 传统气候箱法测得数据进行比较，探讨二者所
测数据的相关性，以期找到一种采集人造板中 VOC
的快速、简捷、方便的检测方法。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
3 层实木复合地板，浙江某公司正常生产的产
品，规格为 91. 0 mm × 132. 0 mm × 12. 1 mm，含水率
为 8%，分别裁剪成 D － 60 mm 的圆形(用于快速检
测)和 1 m × 0. 5 m 的规格(用于气候箱法检测)，边
部沿厚度方向用铝质胶带封边处理。
1. 2 试验设备
英国 Markes 公司 M-CTE250(T)( i) TM型微池萃
取仪，载气为氮气，温度可调节范围为 0 ～ 250 ℃。
另配有型号为 TY9700 数字温湿度计(北京天跃环
保科技有限公司)。
V 系列 1 m3VOC /甲醛气候箱 (东莞市升微机
电设备科技有限公司)，另配有智恒 IAQ-Pro 型恒流
001
第 2 期 赵 杨等: 3 层实木复合地板 VOC 释放及快速检测
空气采样泵(美国 SENSIDYNE 公司)。
北京北分天普仪器技术有限公司产 TP-5000 热
解吸脱附仪，载气为氦气，解析温度为 280 ℃，管路
温度为 100. 0 ℃，热解析时间为 5 min，进样时间为
1 min。
德国 Thermo 公司生产 DSQⅡ气质联用仪(GC /
MS)，色谱柱规格为 3 000 mm × 0. 26 mm × 0. 25
μm，型号 DB-5，石英毛细管柱; 初始温度 40 ℃，保
持 2 min，以 2 ℃·min － 1速度升至 50 ℃，保持4 min，
再以 5 ℃·min － 1速度升至 150 ℃，保持 4 min，最后
以 10 ℃·min － 1升至 250 ℃，保持 8 min; 进样口温
度 250 ℃，分流流量 30 mL·min － 1，分流比率 30。采
用电子电离源(EI)电离，离子源温度230 ℃ ; 质量
扫描范围 50 ～ 650 amu; 传输线温度 270 ℃。
北京北分天普仪器技术有限公司产 Tenax-TA
采样管，内装 200 mg 吸附剂 Tenax-TA。
水量瓶，材质为不锈钢，圆柱体，直径 100 mm，
高 650 mm。
1. 3 试验方法
1. 3. 1 快速检测法 本研究所采用的热萃取装置
是以 M-CTE 型微池萃取仪为主体设计搭建的快速
采样装置。由水量瓶提供水汽，测量装置为手持温
湿度计。
采用氮气作为载气，并将空气交换率与负荷因
子之比设为 0. 2 /0. 5 /1. 0，相对湿度分别调节为
40% /60%，测试温度设为 23℃ /60 ℃ /80 ℃，测试
周期为 10 天(240 h)。采用单因素方法，分别在不
同条件下对 3 层实木复合地板的 VOC 进行检测，相
同环境条件下每组检测 3 个样。
1. 3. 2 气候箱法 试验前用清水清洗 1 m3 气候箱
舱体内表面，再用去离子水清洗 2 遍后擦干。根据
ASTM D 5116—2010 设定气候箱参数值，同时将待
测试的 3 层实木复合地板样品在 23 ℃、45%相对湿
度条件下放置 1 周。1 周后，取出样品平放在气候
箱中心位置，确保舱体内空气可以流过样品两侧后
密闭箱门，分别在 1，3，7，14，21，28 天取样，第 28 天
结束。
2 结果与讨论
2. 1 不同试验方法 VOC 释放水平
本试验分为 3 组，试验方案设置见表 1。
表 1 试验方案
Tab. 1 Experimental scheme
试验方案
Experimental
scheme
温度
Temperature /℃
相对湿度
Ｒelative humidity(% )
空气交换率与负荷因子之比
Ｒatio of air exchange rate and
loading factor /(m3·h － 1 m － 2 )
试验条件
Experimental condition
A 23 45 1 气候箱法标准条件
Standard conditional test of climate box
B 23 /60 /80 40 /60 0. 2
快速检测平衡后温湿度
Temperature and humidity test after
balance of rapid detection
C 23 /60 40 /60 0. 2 /0. 5 /1. 0
快速检测平衡后空气交换率与负荷因子之比
Ｒatio of air exchange rate and loading factor
test after balance by rapid detection
样品在释放过程中，采用 Tenax-TA 采样管收集
气体，热解吸脱附仪解析 5 min 后，运用 GC /MS 内
标法测定 VOC 成分，并进行定性定量分析。从表 2
可以看出，测得芳香烃和烷烃种类相对较多，除去芳
香烃、烷烃、烯烃、醛酮类和酯类外，仍有少许醚、醇
和酸类化合物。
图 1 为平衡后 TVOC 质量浓度与温湿度以及空
气交换率和负荷因子之比的关系。从图 1a 可以看
出，温度对处于稳定散发阶段的 3 层实木复合地板
TVOC 的释放有显著影响。随着温度的上升，TVOC
的质量浓度呈现逐渐增加的趋势。当相对湿度为
40%时，随着温度从 23 ℃升高到 80 ℃，TVOC 质量
浓度从 61. 804 μg·m － 3升高到 99. 959 μg·m － 3; 当
相对湿度为 60%时，TVOC 质量浓度从 71. 163 μg·
m － 3升高到 103. 327 μg·m － 3。在 3 个不同温度条
件下，相对湿度 60%时的 TVOC 释放量均比相对湿
度为 40%时的释放量大。在温度为 23，60 和 80 ℃
时，湿度 60%时的 TVOC 质量浓度比湿度为 40%时
的 TVOC 质量浓度分别高出 15. 14%，7. 71% 和
3. 37%。所以当温度越高时，湿度对平衡条件下
TVOC 质量浓度的影响越小。
101
林 业 科 学 51 卷
表 2 3 层实木复合地板释放 VOCs 的主要成分
Tab. 2 Main components emitted from three-layer parquet
类别 Category 主要成分 Main component
芳香烃 Arene
甲苯 Toluene，乙苯 Ethylbenzene，邻二甲苯 o-Xylene，对二甲苯 p-Xylene，乙酰苯 Acetophenone，1，3 － 二甲基苯 Benzene，
1，3 － dimethyl －，1 －亚甲基茚 1H-Indene，1-methylene-，丁羟甲苯 Butylated Hydroxytoluene
烷烃 Alkane
辛烷 Octane，癸 烷 Decane，十 一 烷 Undecane，十 二 烷 Dodecane，十 三 烷 Tridecane，十 四 烷 Tetradecane，十 五 烷
Pentadecane，十六烷 Hexadecane
烯烃 Alkene
2 －亚丙烯基环丁烯 Cyclobutene，2-propenylidene-，1，3，5 － 环庚三稀 1，3，5-Cycloheptatriene，3，7 － 二甲基辛稀 1-
Octene，3，7-dimethyl-，十四稀 Tetradecene，古巴稀 Copaene，雪松稀 Cedrene
醛酮类
Aldehyhd and ketone 己醛
Hexanal，苯甲醛 Benzaldehyde，壬醛 Nonanal，2 －甲基环戊酮 Cyclopentanone，2-methyl-，苯甲酮 Benzophenone
酯类 Ester
乙酸丁酯 Acetic acid，butyl ester，3 －甲基更醇乙酸酯 3-Methylheptyl acetate，2 － 丙烯酸 － 2 － 乙基己基酯 2-Propenoic
acid，2-ethylhexyl ester
其他 Others
正丁基醚 n-Butyl ether，2 －乙基正己醇 1-Hexanol，2-ethyl-，à － 羟基 － à － 甲基苯乙酸 Benzeneacetic acid，à-hydroxy-à-
methyl-
图 1 平衡后 TVOC 质量浓度与各环境参数的关系
Fig． 1 Ｒelationship between TVOC equilibrium concentrations and environmental conditions
温度越高，VOC 分子的运动越剧烈，大量 VOC
被释放出来。本研究 3 层实木复合地板使用的胶黏
剂为脲醛树脂胶，其在 23 ℃时所释放的 VOC 成分
包括芳香烃类、酯类、醛酮类、烷烃类和烯烃类化合
物。其中，芳香烃类和酯类化合物检出率较高，相对
含量分别为 35. 93% 和 22. 31%，包括甲苯、丁羟甲
苯、乙苯和 2 － 丙烯酸 － 2 － 乙基己基酯等，其主要
来源于板材表面加工时使用涂料中的有机溶剂。当
温度升高到 60 ℃ 和 80 ℃ 时，脲醛树脂胶释放的
VOC 与 23 ℃时释放的种类相似，其中烷烃和烯烃
类物质的相对含量变化不明显，而芳香烃类、醛酮类
和酯类化合物的相对含量明显上升，即随着温度的
升高，TVOC 的释放量增加。湿度的增加也会使平
衡情况下 TVOC 释放量增多。这是因为:一方面，湿
度增加可以促进所用胶黏剂的水解;另一方面，湿度
增加时，板材的孔隙结构会产生吸湿膨胀，导致孔径
结构的改变，有利于 VOC 的释放(张浩等，2012)。
但是，温度越高，湿度对平衡条件下 VOC 的影响越
不显著，这是温湿度协调作用的结果。所以，高温高
湿的协同作用对 3 层实木复合地板中 VOC 的释放
量有显著影响，这与朱海欧等(2013)关于测试条件
对竹地板挥发性有机化合物释放的检测结论和李春
艳等(2007)对高密度人造木地板 VOCs 散发试验的
研究结论是类似的。
图 1b 是在低温低湿和高温高湿 2 种载气条件
下空气交换率与负荷因子之比试验:条件 1 的温度
为 23 ℃，相对湿度为 40% ; 条件 2 的温度为 60 ℃，
相对湿度为 60%。从图中可以看出，处于稳定散发
阶段的 3 层实木复合地板，空气交换率与负荷因子
之比越小，稳定时释放 TVOC 质量浓度越大。在条
件 1 的情况下，空气交换率与负荷因子之比从 0. 2
m3·h － 1 m － 2 增加到 1. 0 m3·h － 1 m － 2时，TVOC 的质
量浓度从 61. 804 μg·m － 3降低到 53. 113 μg·m － 3。
在条件 2 的情况下，空气交换率与负荷因子之比从
0. 2 m3·h － 1 m － 2 增加到 1. 0 m3·h － 1 m － 2 时，TVOC
的质量浓度从 95. 760 μg·m － 3降低到 62. 049 μg·
m － 3，相比条件 1 时的 TVOC 质量浓度降低的幅度
更大。所以，空气交换率与负荷因子之比对高温高
201
第 2 期 赵 杨等: 3 层实木复合地板 VOC 释放及快速检测
湿环境影响较大。随着空气交换率与负荷因子之比
的增加，新鲜气体会将微池热萃取仪的 VOC 质量浓
度稀释，导致热萃取仪内和 3 层实木复合地板内的
VOC 浓度梯度增大，加大了板材内 VOC 的释放量，
最终使平衡情况下 VOC 释放质量浓度降低。
图 2 是 3 层实木复合地板释放的典型化合物质
量浓度变化趋势。以快速检测法温度 60℃、相对湿
度 60%、空气交换率与负荷因子之比 0. 2 m3·h － 1
m － 2的条件为例分析，由图 2 显示该板材释放的挥
发性有机化合物以酯类、芳香烃为主，还有少量的醛
酮类、烷烃类和烯烃类化合物。在释放初期，酯类化
合物和芳香烃类化合物释放量较大，质量浓度分别
为 531. 606 μg·m － 3和 153. 934 μg·m － 3，占总释放量
的 69. 25%和 20. 05%，其余各种类化合物占有量均
小于 10%。在检测的前 80 h 内，TVOC、酯类和芳香
烃类化合物释放量有明显下降，其中 TVOC 下降了
65. 94%，酯类化合物下降了 80. 51%，芳香烃类化
合物下降了 40. 61%，而烷烃、烯烃和醛酮类化合物
本身释放量较小且基本趋于平衡，质量浓度的下降
趋势不明显。
图 2 快速检测法测得 3 层实木复合地板
VOC 质量浓度变化趋势
Fig． 2 VOC emission concentrations from three-layer
parquet by the rapid detection method
2. 2 快速检测法与气候箱法的相关性
图 3 为快速检测法(温度为 60 ℃，相对湿度为
60%，空气交换率与负荷因子之比 0. 2 m3·h － 1m － 2)
和传统气候箱法(1 m3 气候箱)的 TVOC 质量浓度
变化趋势。
根据 2 种方法测得的 3 层实木复合地板 TVOC
释放趋势，本研究将其划分为 4 个阶段(阶段Ⅰ、阶
段Ⅱ、阶段Ⅲ、阶段Ⅳ)。根据 TVOC 的释放水平，将
阶段Ⅰ、阶段Ⅱ和阶段Ⅲ划为 TVOC 的快速释放期，
阶段Ⅳ划为 TVOC 的稳定释放期。总体来说，快速
检测法和气候箱法测得 3 层实木复合地板释放的
TVOC 质量浓度变化趋势基本一致。阶段Ⅰ中，快
速检测法需要时长 24 h，下降速率为 11. 883 μg·
m － 3 h － 1;传统气候箱法需要时长 3 天，下降速率为
19. 020 μg·m － 3 d － 1。阶段Ⅱ中，快速检测法需要时
长 48 h，下降速率为 2. 072 μg·m － 3 h － 1;传统气候箱
法需要时长 4 天，下降速率为 9. 250 μg·m － 3 d － 1。
阶段Ⅲ中，快速检测法需要时长 104 h，下降速率为
1. 428 μg·m － 3 h － 1;传统气候箱法需要时长 14 天，
下降速率为 1. 026 μg·m － 3 d － 1。由快速释放期下降
速率可知，快速检测法在阶段Ⅰ的下降速率明显高
于同一阶段气候箱法。随着释放时间延长，释放速
率逐渐降低，且快速检测法释放速率变化的初始值
和梯度值均大于传统气候箱法。由 2 种方法经历的
时间可知，2 种方法都是在阶段Ⅲ停留的时间最长;
但是，快速检测法在阶段Ⅲ的释放速率高于气候箱
法。综上所述，快速检测法的释放时间明显少于传
统气候箱法，大约节省 19 天。在稳定释放期，TVOC
释放值趋于稳定，无明显下降，最终 2 种方法板材释
放 TVOC 的下降速率均小于 5%，但快速检测法稳
定值略小于传统气候箱法。
图 3 快速检测法与气候箱法测得 3 层
实木复合地板 TVOC 质量浓度变化趋势
Fig． 3 Comparison of two methods of VOC emission
concentrations from three-layer parquet
3 结论与讨论
1) 随着空气交换率与负荷因子之比的增加，平
衡情况下 VOC 释放浓度降低。但是，随着温度和相
对湿度的增加，都会使平衡情况下 VOC 的释放浓度
增加。当温度较高时，湿度的增加对平衡条件下
VOC 的影响不明显。
2) 酯类和芳香烃类化合物是 3 层实木复合地
301
林 业 科 学 51 卷
板释放的主要挥发物，酯类化合物质量浓度较大但
种类较少，而烃类和烯烃类化合物种类较多但质量
浓度低，同时板材还会释放少量的醛酮类化合物。
酯类和芳香烃类化合物主要源于板材表面加工过程
中使用涂料的有机溶剂，建议选择环保型涂料。
3) 快速检测法和气候箱法测得 3 层实木复合
地板 TVOC 释放水平趋势基本一致，检测物相同，释
放初期快速检测法得 TVOC 值高于气候箱法，释放
稳定值低于气候箱法，但快速检测法在 216 h 后释
放的 TVOC 值达到稳定，明显优于传统气候箱法。
4) 本研究设计搭建的快速检测装置性能可靠、
易于操作、造价低廉，检测结果具有指导意义，可提
高研究人员的工作效率。
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(责任编辑 石红青)
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