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随着生活水平的提高,大家开始注意生活的质量与品质,而环保问题也开始进入我们的视野,成为家居环境中越来越绕不过去的话题。新家装修后的室内污染多种多样,而其中的甲醛最为耳熟能详,让人们谈“醛”色变,大有甲醛猛于虎之势。
为了给大家提供对甲醛的合理认知,消除不必要的恐慌,并且以正确的方法对甲醛进行防治,特以甲醛为专题写了这篇文章。为写这篇文章,我查阅相关建材的国家标准及生产工艺、室内对甲醛的限定值标准、甲醛的产生原理、高校的相关研究论文(为读懂这些论文还专门复习了遍高数,我都有点佩服我自己了)。最后还跟一些长期工作在一线的独立设计师及项目经理进行了探讨。希望尽量能把甲醛的问题说个清楚。当然,由于精力及能力的问题,难免挂一漏万,如有业界专业人士发现有所谬误的地方,欢迎指正。
这篇文章比较长,我尽量用一些简单易懂的语言进行论述,将杭州家装甲醛的产生原理及防治方法讲清楚。以免产生误导,我尽量把得出结论的推理过程写出来,让朋友们自己去判断。此文并不会毫无根据地给出简单粗暴的结论。不想看论述过程的,可以直接跳到文章末尾查看结论。接下来是关于甲醛防治的推论。
甲醛的危害我就不多说了。什么致癌呀,引起身体不适呀,不一而足,百度出来的也基本比较靠谱。
但是,我们周围的环境当中,甲醛无处不在。我们喝的水、身上穿的衣服、家里的家具、窗帘、儿童的玩具,甚至野外的植物,都在无时不刻地释放甲醛。甲醛,就像幽灵一样,让人们根本就无处可躲。
所幸的是,微量的甲醛并不会对身体造成实质的伤害。“抛开剂量谈毒性就是耍流氓”(我考证了一下,这句话好像是食品大牛云无心第一个说的)。所以,如果环境中的甲醛含量很低,我们大可不必担心。
下表列出了室内空气中甲醛浓度对人体的影响:
根据室内空气质量标准 ( GB/T18883-2002 2003-03-01实施)的限定,室内甲醛的标准含量是0.1mg/m3.
所以,甲醛的防治要点并不是要求周边一点甲醛都没有,只要将室内空气的甲醛的含量控制在一个限定值范围之内,即0.1mg/m3,就可以认为是安全的。
那么,将甲醛限定在一定的范围之内又有哪些手段呢?在讲手段之前,我们先把防治的原理及基本的逻辑讲清楚,那么该选哪个手段也就一目了然了。
首先,我们要明确一个概念:我们通常说的建材中的甲醛含量,不是定量,其实际含义是甲醛的释放速度。比如国标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)中规定,室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量值为0.124mg/m3。此标准所使用的检测方法是按照GB/T17657-2013中4.60 甲醛释放量测定――1m3气候箱法的规定进行的。我又查阅了气候箱法的检测条件及流程,其细节我将单独写一篇文章中进行论述,这里只说结论。甲醛释放限量值为0.124mg/m3的含义就是:人造板材每平米表面积每小时释放的甲醛限量值为0.124mg,即0.124mg/m2/h。
接下来一段有点枯燥,讲一点简单的微积分。
假设:
室内甲醛的释放速度函数(即让室内甲醛含量增加)为Fi(t)
室内甲醛的消除速度函数(即让室内甲醛含量减少)为Fo(t)
室内空间容积为V
室内空气中的甲醛的初始含量为m0
我们考察一下三种情况:
1. 当m0<=0.1时,即室内甲醛含量小于等于0.1mg/m3,符合国家标准时,我们只要维持
就可以满足室内空气质量标准
2. 当m0>0.1时,即室内甲醛含量大于0.1mg/m3,超出国家标准时,那么要在T时间内让室内的甲醛含量达到0.1mg/m3的标准值,我们需要满足条件
3. 在t时刻空气中甲醛的含量
从这三种情况我们可知,影响室内甲醛含量的最主要变量为甲醛的释放速度及甲醛的清除速度。那么,限制甲醛的手段也不外乎两个:1.减小甲醛的释放速度;2.加快甲醛的清除速度。
先说第一个:
一、减小甲醛的释放速度。
甲醛释放得少了,室内空气中的含量相对也就少了,这是从源头上进行治理。
减小甲醛的释放速度的方法也有两个:一是选择环保等级高的建材;二是封堵甲醛释放的出口,将甲醛堵在建材里面让它跑出来的速度慢下来。
1. 选择环保等级高的建材
从1m3气候箱法的检测条件及流程我们可知,建材的环保等级高,就意味着甲醛的释放速度就慢。
室内释放甲醛的材料主要有:使用人造板材的家具(衣柜鞋柜等储物柜、床、沙发、)、木地板、乳胶漆、墙布墙纸、窗帘等。目前市场上一般大宗商品基本上都以国家标准或高于国家标准的要求来生产,超标的已经比较稀少。只要注意一下某些特别便宜的低端市场,因为这类市场的利润非常微薄,能省则省,踩红线的事情在所难免。
但是,国家标准类似于法律,只是对道德水平的最低限定标准,想要一个更高的人口平均素质,得靠整体人口的道德水平的提高。比如我现在的邻居,大夏天的喜欢把家里臭烘烘的鞋子放在家门口,影响整个楼道。找物业、街道都拿他没办法。他也没犯法,就是不讲道德、素质低下。但就是有这么一个低素质的人,搞得整层楼的生活环境都乌烟瘴气。
同样的,室内装修材料如果仅仅以国家标准线去选材的话,所有材料凑一块,那甲醛的总释放量就难免有超标的风险。
但是,我们也不能无限地去追求所谓的“零甲醛”,毕竟每提高一个环保等级,其价格也接近成倍地提高。我们要记住两点:第一,世界上不存在绝对的“零甲醛”的材料。当然,在愿意花钱的情况下,甲醛的释放量非常微小(接近天然植物释放量的“零甲醛”)还是可以做到的。第二,不但不释放甲醛,还能净化空气中甲醛的建材是不存在的,所有宣传其建材能够净化空气中游离甲醛的商家都是诈骗犯(后文中会提到一种二氧化钛装饰板,其本身目的就是除醛的,所以不在此例)。
那么,该怎么去选择建材的环保标准呢?我认为,只要按照国家标准高一个等级去选择就足够了。比如人造板材的国家标准是E1,我们选E0就足够了,没必要去过份追求日标的F4星级或者“零甲醛”的板材。买的F4星级或“零甲醛”板材的时候,也要注意。比如那啥啥板,欧洲的板材商按照日本的标准生产在中国卖,怎么看怎么诡异。在这里讲个笑话,有一个英国记者在2000年的悉尼奥运会请了一个美国人当中文翻译采访了一个日本运动员,日本运动员接受采访时说的是东北话。这个运动员是福原爱,有兴趣的朋友可以去搜一下,有视频。这采访挺搞笑的。
当然,我必须澄清一下,我并没有否认国内市场上F4星级或近似“零甲醛”的存在。如果板材是从日本进口的,其标准达到F4星级是很正常的事。其中,近似“零甲醛”的意思是指其甲醛的释放量与大自然中植物的甲醛释放量相近。但是,想要提高一种板材的环保等级所涉及到的环节非常多,包括所使用的原料、胶水,生产线上的温度、压力控制,成材的饰面压贴、封边等。要找到这些高环保等级的板材,其价格定然不菲。一般来说,每提高一个环保等级,其价格要提高0.5倍。
因为建材的种类有点多,每一个种类都可以写一篇文章,在这里展开的话篇幅太大,我后续将按每种建材单独成文再进行详细的探讨,这里不再赘述。
2. 封堵甲醛释放的出口
这里主要以人造板材为例进行分析。在论述之前,我们来了解一下人造板材中的甲醛是从哪来的?
生产人造板材的一个重要原料就是脲醛树脂胶,由甲醛和尿素混合加工而成。在脲醛树脂胶生产的过程中,未完全反应生成树脂胶的甲醛就成为游离甲醛混合在树脂胶当中。另外,在板材的生产过程当中,未固化的脲醛树脂胶也会分解出甲醛。这两部分甲醛都是以气体状态被封压在板材的内部组织当中。
所以,要提高板材的环保等级,涉及到多个生产环节,在树脂胶中添加不同的催化剂催化甲醛的反应以减少游离甲醛的含量、在板材的制造过程中改进生产工艺(比如提高温度或延长施压时间可提高树脂胶的固化率),减少脲醛树脂胶的分解等。从这个分析当中我们也可以知道,决定板材中甲醛含量的决定因素在于胶的质量以及工艺的好坏,而不在于使用胶量的多少。
除上述生产过程中产生的游离甲醛外,在板材的正常使用过程当中,树脂胶本身也会缓慢分解出甲醛。一般来说,环保型脲醛树脂胶分解出来的甲醛非常稀少,可以忽略不计。
在制造家具的过程中,人造板材被裁切成不同大小的板块并组装成成品。板材裁切的边沿就暴露在空气当中,游离甲醛就将从这些切口当中扩散到空气中来。此时一般生产厂家都要对这些边沿进行机器封边,一方面为了美观,另一方面也是为了封堵甲醛的释放出口。不同的封边工艺,其对切口的封堵能力也有差别,最基本要求是不要有炸边。当把这些切口封堵以后,板材的甲醛释放速度自然也就慢了下来。所以定制家具的封边工艺也非常重要。在这一点上,由木工打制的衣柜,其板材的封边是由手工扣上去的,基本上对甲醛没有封堵的作用。
另有一种封堵的手段,就是在衣柜、地板、墙纸墙布完工之后,使用甲醛封闭剂喷在家具上。这些封闭剂会形成一种比较薄的、肉眼不容易察觉到的膜。有了这层膜,甲醛就会被困在材料里,而不会被排出来。这种手段看起来非常美好,但是甲醛封闭剂虽然不含甲醛,却会挥发出别的污染物对人体造成伤害。并且,时间久了以后难免会有磨损和小裂缝,此时可能已经入住,错过了最佳的除醛治理的时间。所以,在充分了解甲醛封闭剂的成份以前,这种方法要慎重使用。特别是某些空气治理公司喜欢使用这种手段,见效非常明显。但是对身体的影响却要几年后显现,基本上很难查清具体的原因。而且即使知道原因也很难对其进行责任的认定。
第一部分结论:
减小甲醛的释放速度有两个办法:
(1)选择环保等级高一点的材料,但不要过份追求“零甲醛”;
(2)对人造板材的裁切口进行机器封边,封边工艺基本要求是不要有炸边。
二、加快甲醛的清除速度。
怎样将室内空气中的甲醛快快地搞走呢?办法也有两个,物理办法与化学办法。
1. 物理办法主要有:
(1)开窗通风。此法适合于通风良好,户型比较通透的房子。
(2)抽风机。用抽风机将室内空气吸走实现室内外空气的置换,适合于比较封闭的房间。或者在下雨不适合开窗的条件下使用。
(3)新风系统。新风系统的主要作用是为房间输送新鲜空气以保证室内空气的清新,其主要目的是为了提高室内的含氧量,清除甲醛只是其使用过程中所产生的附带功能,其换气率比较低,用于除醛效果不佳。
物理办法要产生效果,首先其对室内空气的置换率不能过低。
假设:
物理办法所产生的空气置换率为常数H(m3/h),
在t时刻空气中甲醛的含量为m(t),
室内甲醛的释放速度函数(即让室内甲醛含量增加)为Fi(t)
室内甲醛的消除速度函数(即让室内甲醛含量减少)为Fo(t)
室内空间容积为V
室内空气中的甲醛的初始含量为m??0
则
Fo(t)=m(t)*H*V (4)
由公式(2),当m0>0.1时,即室内甲醛含量大于0.1mg/m3,超出国家标准时,那么要在T时间内让室内的甲醛含量达到0.1mg/m3的标准值,我们需要满足条件
将公式(4)代入公式(2)中得
又由公式(3),在t时刻空气中甲醛的含量
如果将公式(3)代入公式(5)当中,我们发现函数出现了递归,这个方程非常难解,在实际应用当中一般使用计算机进行模拟。这里可将公式进行简化。我们假设,室内甲醛含量从m0至0.1的过程是匀速的,则m(t)可以用平均值(m0+0.1)/2进行常数化替代来简化公式,代入公式(5)得
可解出所需的空气置换率为
我们来考察一个实际案例,图示为美利山一个业主家的次卧衣柜图,忽略木地板、床、窗帘等,只计算衣柜的甲醛释放。
由图可知:
室内空间容积:V=2.765*3.18*2.856=25.11m3
衣柜的投影面积:St=1.572*2.49=3.91m2
根据拆单文件:
柜门拆单明细
柜体拆单明细
柜体所使用板材的展开面积为:Sb=12.0m2
门板及见光板所使用的板材展开面积为:Sd=5.51m2
不与室内空气接触的面积为:
Sn=1.572*0.6*2+2.49*0.6*3+St=10.28m2
所以板材的甲醛释放计算面积为:S=(Sb+Sd)*2-Sn=24.74m2
假设这套衣柜所使用的板材的环保等级为国标E1(实际使用的是E0),其甲醛释放的限量值为0.124mg/m3,我们前面论述过,甲醛释放限量值为0.124mg/m3的含义就是:人造板材每平米表面积每小时释放的甲醛限量值为0.124mg,即0.124mg/m2/h。假设板材以此限量值匀速释放甲醛,则我们可以得到这个房间的室内甲醛的释放速度函数:
Fi(t)=0.124*S=0.124*24.74=3.07mg/h (7)
根据国标室内空气质量标准 ( GB/T18883-2002 2003-03-01实施)的限定,室内甲醛的标准含量是0.1mg/m3。在标准中规定,在测定室内甲醛含量之前,必须先关门窗密闭12个小时。我们假设房间密闭之前室内的甲醛含量为零,则密闭12个小时后室内的甲醛含量为
是不是非常惊悚?在不计算其它家具的情况下,竟然超出国标10多倍。
这里说点题外话。网上经常看到某些一线品牌被骂。骂他们东西卖得贼贵,用的板材真垃圾,装完后一测甲醛就爆表。说句公道话,即使满足板材的国家标准,按公式(8)的计算结果,刚装完后都要爆表,不爆表那才见鬼了。当然,我得声明一下,其它品牌到底是用的垃圾板材还是好板材,我都不知道,我不为他们的质量背书。
如果你看到这里被吓到了,我先安抚一下。先别慌,国家定这个标准不是为了爆表用的。
我们继续讲空气置换率。假设给这个案例中的房间进行通风的方式除甲醛,其步骤是将房间关闭12个小时后再通风12个小时(至于为什么不是一直通风,这个后面再讨论),如此循环。每次通风完成后室内甲醛含量要达到国标的室内空气质量标准,则由公式(6)可得
所以,不管用哪种物理办法清除甲醛,其最低换气率必须满足公式(9)。说明一下,这个公式只是针对前述所考察的实际案例。
对于开窗通风的方法,因各种实际情况不同,建模比较复杂,这里不再论述。
对于使用抽风机及新风系统,其换气率可通过供应商提供的参数进行换算,这里也不再赘述,只需知道换气率越大越好。
2. 化学办法主要有:
(1)除醛植物吸收;
(2)水溶解;
(3)活性炭吸附;
(4)除醛喷剂。
(5)除醛辅材
其中,用水溶解或活性炭吸附的方法从原理上也可归类为物理办法。但其除醛过程与化学办法类似:都是通过与甲醛直接接触发生一系列物理化学过程来清除甲醛,且其除醛的方法及特性都类似,所以将其归类为化学办法。
说点题外话。十年前本人因为工作需要,自学量子力学的基础知识,越看越熟悉,发现竟然是与高中化学里讲原子结构那部分非常相似。后来才了解了,化学其实是物理学的一个分支。
我们言归正传。在除醛的化学方法中,有以下几个问题必须解决:
(1)反应速度。根据公式(1)和(2),化学反应的除醛速度必须大于板材的甲醛释放速度。
(2)甲醛浓度的影响。当室内甲醛浓度降低时,对于化学反应速度的影响大不大,有没有浓度的限定?
(3)材料的消耗。化学反应过程中,伴随着材料的消耗。这些材料的成本高不高,更换方不方便。
(4)反应的充分性问题。化学反应一般只发生在直接接触的物质之间。当用化学办法除醛时,所使用的材料如何保证与空气中的甲醛进行充分接触。
(5)二次污染。包括两方面的问题,一是所使用的材料会不会带来污染;二是反应的结果会不会带来二次污染。
只要以上问题有一个问题没解决,我们就认为这个方法不是一个合适的除醛办法。接下来我们对这几种化学方法进行逐一分析。
(1)植物吸收。
当绿植装饰一下就好,靠它除醛,还不如自己亲自去吸来得快,不值得考虑。
(2)水溶解。
除非直接在房间中喷雾,不然接触面太小,靠放一盆水在房间里除醛是不现实的。就算是把整个房间放满水其溶解速度也是不够的。至于喷雾,可别当真。
(3)活性炭。
三个问题:一是使用量少的话速度慢;二是使用量大的话成本高,房子里也没多少空间来放呀;三是吸附饱和后又会释放甲醛,造成二次污染。
(4)除醛喷剂。
这类产品市场上最丰富了,在淘宝上一搜,琳琅满目。但是,对此类产品我是持谨慎态度的。告别是某些产品,为了宣传效果,特别声明使用了纳米技术,其喷剂的粒度达到了纳米级。看到这里我更加悚然一惊,纳米粒子啊,那可是可以直接进入肺泡并驻留永不代谢的东西,尘肺病可以了解一下。也许某天病倒的肺癌就是由二十年前不经意间使用的除醛喷剂导致的。在此,我不针对具体产品,只对其使用方法进行分析。
(i)喷在空气中。不可取,其在空气中的悬浮微粒对人身体有啥影响谁都不知道,不建议使用。
(ii)喷在墙上,家具上。会不会挥发产生二次污染?反应速度如何,如何保证与空气中的甲醛进行充分接触?时间长了会不会脱落?存疑。
(5)除醛辅材。
这类产品其化学成份及除醛原理与喷剂属于一类,只不过在出厂之前已经做成了固化产品。这类产品的化学成份不会挥发到空气当中造成二次污染,属于比较安全的产品,我挑两个有代表性的分析一下。
1)第一个是除醛薄膜。
其方法是将除醛材料涂在一种薄膜上做成成品,然后在铺木地板之前先铺这层薄膜,木地板铺在其上,声称可以完全清除地板释放的甲醛。然后床底下也可以铺,声称对室内其它家具释放的甲醛清除效果也比较良好。
其原理是:
(i)木地板背面与薄膜直接接触,甲醛一释放出来就被分解清除掉了。
(ii)甲醛的分子量是30,空气的平均分子量是29,所以室内甲醛会往下沉,与床底及木地板下面的薄膜发生反应,达到除醛的目的。
点评:
原理(i)比较靠谱。但是我们仔细研究一下1m3气候箱法甲醛检测里的说明:地板只测量暴露面。采用不含甲醛的胶黏剂将2块试件背靠背粘起来,或者用铝箔将试件的一面密封起来,所有侧边均用铝箔密封。也就是说,对于地板背面人家根本就不care,这个挺尴尬的。在现实中,非暴露面也的确不是关注重点。
原理(ii)就有点好玩了,甲醛的分子量是30,氧气的分子量还是32呢。在甲醛往下沉之间,氧气早在下面排好队了,而且空气中氧含量有20%,怎么都轮不到你甲醛来跟除醛薄膜来亲密接触啊。而且即使排队排到了,除了床下的薄膜可以与你亲亲之外,你哪来的力气去穿过木地板去与地板下的薄膜发生关系呀。
结论:此产品不靠谱。
2)第二个是二氧化钛净化板。
这个挺有意思。二氧化钛其实就是光触媒,在紫外线照射下对甲醛进行分解。为解决紫外线的问题,又对二氧化钛进行了改进,添加了银啊什么之类的。不但在自然光下,即使在暗室,也能利用红外线对甲醛进行分解,挺牛的。我查阅过相关论文及实验数据,原理上都讲得通没多大问题。最关键的它还不是耗材,可循环使用、不消耗原料、不会饱和、没有二次污染,只要不喷在空气中,也没啥危害,这是我所找的化学办法中最完美的一个产品了。不过这个产品的使用也比较受限,我看它的产品展示是做成了瓷砖,在瓷砖表面喷涂了二氧化钛。在实际应用中我们不可能在每个房间都贴瓷砖吧?而且即使满屋贴满瓷砖,你又如何让甲醛乖乖地跑过来与你接触呢?所以,还有个反应速度问题没有解决。
在查找资料的过程当中,看到了一篇软文,貌似也使用了类似的产品。软文中展示有国家环保产品质量监督检验中心出具的检测报告、清华大学分析中心的检测报告、还在中央电视台做过节目。我又跑到它官网上去,好家伙,还有德国跟瑞士的检测报告。但是,我翻遍了网上关于他家的软文,以及它的官网,除了展示各种牛逼之外,至于其除醛原理及使用方法一概没有。当然这或许是他家的技术机密,至于是否有效我不敢下判断。
结论,二氧化钛相关除醛产品除了反应速度这一项以外,基本上解决了化学除醛办法中的所有问题。至于上述这家牛逼的空气治理公司,我也不知道他是如何解决的。希望有机会有够去见识一下。
至于前面提到的论文及实验,其题目是《二氧化钛光催化技术治理室内甲醛的研究》,作者是河南工业大学的李慧芳,此论文是其2018年所写的硕士学位论文。自2010年以后,国家对学位论文的查重日趋严格,水货想混过去越来越难,我认为这篇论文的实验数据还是比较可信的。不过我提一点,此论文中的实验,对实验箱内空气取样的时候,是先用风扇对实验箱内空气进行充分混合以后再取样的,这就给箱内的甲醛提供了动力,增加了甲醛与二氧化钛接触的机会。我认为其应该采用多点采样的方式来求平均,而不应该使用外加动力去混合,这已经不能当作对真实环境的模拟了。这也是我对此类产品反应速度提出怀疑的原因。
第二部分结论:
1.物理办法:只要能达到换气率,所有办法都可行。
2.化学办法:二氧化钛类产品比较靠谱,但其具体使用方法存疑,欢迎业内人士来指导。
终于写完了,感觉还是不尽人意,有些问题没讲透,将就着看吧。
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