材料释放的时间行为与老化特性评估

通过环境测试舱法，我们不仅可以获得材料在特定时间点的污染物释放数据，更重要的是，能够深入评估其释放行为随时间演变的动态过程与老化特性。

将测试样品置入测试舱后，对于挥发性有机物（VOCs），其在舱内空气中的浓度通常会在数小时内达到平衡浓度的100%，具体速率取决于舱体的空气交换率（见图1）。这一初始浓度上升过程可以通过以下模型来描述：

C = SER_a(1 - e^-nt)LV^-1n^-1

此公式清晰地揭示了浓度 © 与比释放速率 (SER_a)、时间 (t)、空气交换率 (n)、样品负载率 (L) 以及测试舱体积 (V) 之间的动态关系。这个初始阶段的浓度变化曲线，对于评估那些短时、快速释放的场景尤为关键，例如，研究打印设备在短于半小时的打印过程中的污染物释放，从而为计算其排放率提供依据。

图1 不同空气交换率下的理论浓度百分比变化曲线

当测试时间足够长，我们便能捕捉到浓度或比释放速率随时间变化的整体趋势。在行业实践中，一个典型的测试周期是28天。在此期间，大部分材料的VOCs释放浓度会呈现下降趋势。一个很好的例子是刨花板中萜烯类物质的释放（图2），这些萜烯源自制造板材所使用的松木原料。

图2 在29天测试周期内，刨花板的萜烯释放曲线（测试条件：T = 23°C, RH = 45%, n = 1 h^-1, L = 1 m²/m³, q = 1 m³/(m²·h)）

表1详细记录了PVC地板在28天测试周期内多种物质释放浓度的变化，直观地展示了TVOC（总挥发性有机物）及其主要组分浓度随时间衰减的过程。

表1 PVC地板在不同测试时间的释放物及其浓度 (μg/m³)

SVOC及极低挥发性物质的复杂行为

与VOCs不同，半挥发性有机物（SVOCs）的释放行为更为复杂。由于它们的蒸汽压较低，材料表面边界层的物质消耗过程更长，因此其浓度随时间的下降趋势通常不那么明显。更有趣的是，由于吸附效应，SVOCs在测试初期甚至可能表现出浓度不降反升的现象（图3）。

图3 一种VOC和两种SVOC浓度随时间的变化。请注意，SVOCs的浓度在测试最初几天内有所增加。

对于挥发性极低的SVOCs（有时也称为POMs，多环有机物），其释放行为则完全不同。这些物质的浓度可能在数周甚至数月内持续攀升。图4展示了几种杀菌剂的长期释放数据，其中戊唑醇和氯菊酯的浓度达到峰值耗时约125天。达到峰值后，戊唑醇的浓度在近十年内几乎保持恒定，而氯菊酯的浓度也仅有轻微下降。

图4 三种杀菌剂（Dichlofluanid, Tebuconazole, Permethrin）的比面积释放速率（SER_a）随时间的变化。初始阶段的SER_a上升应被视为表观速率，因舱壁吸附（汇效应）导致空气中浓度偏低。该实验始于1994年，至今仍在进行。

“汇效应”：长期测试中的关键挑战

蒸汽压极低的有机物普遍具有强烈的表面吸附倾向。这种特性导致了两个关键现象：一是SVOC/POMs被材料自身“扣留”，向材料表面的迁移和解吸过程变得极为缓慢，从而造成释放延迟；二是释放出的低挥发性物质会大量吸附在测试舱的内壁上，这种现象被称为“汇效应”（Sink Effect）。

汇效应是长期低浓度释放测试中的一个核心难题，它会显著干扰测试结果的准确性。图5中的实验巧妙地揭示了这一点：当一个已达到平衡的、含有氯菊酯的测试舱与一个洁净的空舱串联后，第二个舱体花了大约250天才达到新的平衡。这期间，大量的氯菊酯被吸附在第二个舱的内壁上，这些舱壁充当了污染物的“汇”。通过在测试结束后洗脱舱壁并进行分析，可以证实这一点。

图5 空舱与已平衡的测试舱串联实验：氯菊酯的浓度变化曲线

准确量化这一过程，并有效分离材料自身释放与环境“汇效应”的干扰，对测试方案设计、设备条件和数据解读能力提出了极高的要求。这正是专业检测实验室的核心价值所在。

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理解并量化汇效应，对于准确评估材料的真实释放潜力至关重要。通过精确计算气流带出的物质总量以及吸附在舱壁上的物质总量，即便对于这些挥发性极低的物质，我们也能在相对较短的测试时间内，推算出其真实的长期释放速率。