Теоретические основы метода экспресс оценки

Экологической безопасности

Теоретически, применительно к испытаниям мебели на экологическую безопасность, материалы, из которых сделан образец, делятся на два основных типа.

1 – исследуемое летучее вещество не образуется при разложении материала мебели, а входит в рецептуру. Например, вещества, входящие в растворители мебельных лаков, красок. К таким веществам относятся ацетон, этилацетат, бутанол, толуол, бутилацетат, ксилол, циклогексанон и ряд других веществ.

2 – исследуемое летучее вещество образуется при разложении материала мебели (пластмассы). Типичным примером материала 2-го типа является образование формальдегида при разложении карбамидоформальдегидной смолы (уже на стадии эксплуатации мебели).

Примечание

Один материал, применительно к одним летучим веществам, может относиться к типу 1, а применительно к другим - к типу 2.

При постоянной скорости воздухообмена в помещении (или в климатической камере) зависимости концентрации летучего вещества в воздухе от времени в этих случаях будут аналогичны изображенным на рис.2 и рис. 3.

Рис. 2Материалы типа 1.

Рис. 3 Материалы типа 2.

где:

С₁ – концентрация вещества в воздухе помещения, мг/м³.

Таким образом, концентрация летучего вещества в воздухе сравнительно быстро (при ) приходит к максимуму (С_1м). После этого для материалов типа 1 она сравнительно быстро спадает по зависимости, близкой к экспоненте, а для материалов типа 2 – по более сложному закону, при этом спад идет много медленнее. Практика показывает [4], что для материалов типа 2 С₁близка к максимальной в течение 50-100 суток.

В зависимости от типа материала (1; 2) используется та или иная схема постановки опытов и расчета.

Основными для рассматриваемого экспресс – метода являются варианты испытаний с применением динамических накладных камер (далее – ДНК). Таким образом, в данной методике будут рассмотрены варианты ДНК -1 и ДНК- 2 (для материалов типа 1 и типа 2 соответственно). По данным, полученным при испытаниях мебели с помощью ДНК проводится расчет ожидаемой концентрации исследуемого вещества в климатической камере большого объема на 20 – е сутки (для соотнесения этих испытаний с испытаниями, предусмотренными ГОСТ 30255-95) и др. показатели, указанные на стр. 1.

Вариант применения экспресс-метода для материалов типа 1

Учитывая, что в помещении в реальных условиях имеет место воздухообмен, и вещества, десорбировавшиеся из мебели, уносятся в вентиляцию, будем рассматривать десорбцию веществ из мебели в воздух как практически необратимый процесс. Его протекание зависит от строения материала мебели, характера отделочных покрытий, исходных концентраций летучих веществ в материале мебели, размера образца мебели, объема помещения, скорости воздухообмена, температуры, времени от момента изготовления мебели. Эти факторы учитываются рассматриваемой методикой. Проследим зависимость . С учетом сведений, содержащихся в [11], будем рассматривать десорбцию, как процесс 1-го порядка.

Рассмотрим, как зависит (скорость изменения концентрации летучего вещества в помещении) от десорбции летучего вещества из материала мебели и от уноса летучего вещества в вентиляцию.

Тогда при десорбции: ; (1)

где,

t – время, сек.;

С₂ – концентрация вещества в материале мебели, мг/м³;

К₂ – константа скорости десорбции сек ^–1.

; (2)

где,

V₁ – объем воздуха в помещении ( или в климатической камере ) , м³;

m₁ – масса вещества в воздухе помещения, мг;

m₂ – масса вещества в слое материала мебели, мг;

V₂ – объем материала мебели, м³.

т.е. вклад десорбции в равен (3)

С другой стороны, при уносе в вентиляцию:

(4)

где,

– скорость воздухообмена в помещении, м³/сек.

, тогда (5),

т.е. вклад уноса в вентиляцию равен (6)

Соответственно, с учетом обоих процессов:

(7)

Определим зависимость [3]:

(8)

тогда (9)

при этом, используя табличные интегралы:

, (10)

получаем [3]:

(11)

в рассматриваемом случае , (12)

где,

– исходная концентрация вещества в материале мебели, мг/м³

тогда: (13)

(14)

(15)

Таким образом, получаем уравнение:

(16)

Следовательно:

(17)

Учитывая, что получаем следующее уравнение:

(18)

где,

а – полутолщина слоя материала мебели, м;

S – площадь поверхности материала мебели, м².

Уравнение (18) позволяет оценить значительное число параметров экологической безопасности мебели.

Примечание: Если оценивается десорбция компонентов лакового покрытия, то замер V₂ затруднен, однако это при испытаниях по обоим вариантам рассмотренной схемы не требуется, важно знать соотношение площадь ДНК - ( при определении К₂ и ) и площадь лакового покрытия - S_лп в образце, для которого будет вычисляется С₁ на 20-е сутки. Это связано с тем, что в [18] формулу входит произведение

(19)

Представление результатов расчета С₁удобно делать в виде графиков функции С₁(t), причем в логарифмических координатах (что позволяет отразить на графике весь требуемый диапазон времени и концентраций). Если в помещении предполагается разместить несколько различных видов мебели, то эти графики удобнее построить на одном листе для каждого образца мебели, что позволит получить наглядную картину экологической безопасности мебели.

Рис. 4 Вид графика функции С₁(t) в логарифмических координатах.

Наряду с построением графиков С₁(t), при оценке экологической безопасности мебели может вычисляться общее количество летучего вещества, которое попадет в воздух за весь срок эксплуатации мебели (оно равно ) и время, за которое произойдет практически полная десорбция летучего вещества в воздух ( ).