Measurement of Chemical Emissions from Spray Polyurethane Foam (SPF) Insulation Using an Automated Micro-Scale Chamber Coupled Directly with the Analysis System

Význam tématu

Spray polyurethane foam (SPF) izolace je běžně používaný materiál ve stavebnictví a automobilovém průmyslu, avšak uvolňování toxických látek, jako jsou aminy či bromované/zásadité retardanty, může ohrozit zdraví pracovníků i obyvatel. Cílená analýza emisí SPF pomáhá stanovit bezpečné doby pro vstup a větrání nových prostorů a přispívá k vývoji materiálů s nižší zátěží.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem bylo představit zcela automatizované měření emisí SPF pomocí mikrokomory (DHS Large) přímo napojené na TD–GC–MS a porovnat výsledky s rychlou přímou termickou extrakcí dle metody VDA 278. Studie zkoumala open-cell a closed-cell vzorky, vliv tloušťky, teploty a časového průběhu emisí.

Použitá instrumentace

• Dynamic Headspace System – Large (DHS L) s MPS autosamplerem
• Elektropolírované mikrokomory pro 250–1000 mL vzorku, řízené průtoky (5–100 mL/min) a teploty (23–200 °C)
• Thermal Desorption System (TDS 3) s autosamplerem TDS A2 a koncentrační jednotkou CIS 4
• GC–MS s kolonkou Rtx-5 Amine (30 m × 0,25 mm × 0,5 µm), helium 1,5 mL/min

Hlavní výsledky a diskuse

Nárůst tloušťky open-cell vzorků vedl k vyšším emisním faktorům, což poukazuje na kontrolu difuzí v materiálu. Emise aminkatalyzátorů (BDMAEE, TMIBPA), retardantů (TCPP) a činidla HFC-245fa byly měřitelné již při 23 °C a exponenciálně rostly při 40 °C a 65 °C. Open-cell vzorky vykazovaly konstantní emise po 12 h (RSD < 3 %), zatímco u closed-cell materiálu se u blowing agenta a retardantu sledoval pokles emisí v čase. Přímá termická extrakce dle VDA 278 ve 40 °C (open-cell) a 65 °C (closed-cell) kvalitativně potvrdila přítomnost stejných látek, přičemž metoda nabízí menší vzorky a rychlejší analyzu.

Přínosy a praktické využití metody

• Automatizace mikrokomor minimalizuje zásahy obsluhy a zvyšuje reprodukovatelnost
• Možnost dlouhodobého sledování emisí v reálném čase s precizním řízením parametrů
• Praktická alternativa pro kontrolu kvality SPF u výrobců a pro vývoj nízkoemisních materiálů
• Komplementární využití s VDA 278 pro rychlý screening a detailní emisní profil

Budoucí trendy a možnosti využití

• Standardizace měření emisí SPF v mikrokomorách pro širší komparabilitu dat
• Rozšíření přístupu na další stavební a automobilové materiály
• Integrace výsledků do modelů vnitřního klimatu a rizikové expozice
• Další zlepšení analytických automatizovaných workflow pro komplexní sledování polutantů

Závěr

Použití automatizovaného mikrokomorového systému DHS L přímo propojeného s TD–GC–MS umožnilo efektivní kvantifikaci emisí SPF izolací. Výsledky prokázaly ovlivnění emisí difuzními mechanismy, teplotou, tloušťkou a časovým průběhem. Doplněná metoda VDA 278 nabízí rychlý screening s menšími vzorky a navazujících aplikacích pro kontrolu kvality.

Reference

1. Dernehl CU. Health Hazards associated with Polyurethane Foam. J Occup Med. 1965.
2. Umweltbundesamt. Substituting Environmentally Relevant Flame Retardants: Assessment Fundamentals. 2000.
3. Sebroski JR. Measuring Emissions from Spray Polyurethane Foam Insulation. CPI ACC, 2012.
4. ISO 16000-9: Emission test chamber method, 2006.
5. ISO 16000-6: VOC analysis by Tenax TA sorbent and TD–GC–MS/FID, 2010.
6. Uhde E, Salthammer T. Influence of Molecular Parameters on Sink Effect in Test Chambers. Indoor Air 2006;16:158–165.
7. VDA 278: Thermal Desorption Analysis of Non-Metallic Materials for Automobiles. VDA, 2011.
8. ASTM D7859-13e1: Sampling and Preparation of SPF Insulation for Emission Testing. ASTM Int., 2013.
9. Salthammer T, Uhde E. Organic Indoor Air Pollutants: Occurrence, Measurement. Wiley, 2009.
10. Terheiden A et al. Novel Amine Catalyst for Low Emission Flexible PU Foam. PU Technical Conf. 2008.
11. Salthammer T et al. Flame retardants in indoor environment–Part II. Indoor Air 2003;13:49–52.
12. Albrecht WN, Stephenson RL. Health hazards of tertiary amine catalysts. Scand J Work Environ Health. 1988;14:209–219.