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In den letzten Jahren ist der Markt für Grobspanplatten (engl.: Oriented Strand Boards, OSB) zum Einsatz beim Hausbau gewachsen. Die Platten werden in Deutschland und Europa hauptsächlich aus Kiefernholz hergestellt und finden Verwendung in Bodenbelägen, Decken und Wänden. Durch ihren Einsatz kann es zu gesundheitlichen Beschwerden, wie Geruchsbelästigungen oder Schleimhautreizungen, kommen. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat im Auftrag des Umweltbundesamtes (UBA) ein Forschungsvorhaben zu Emissionen aus Holz und Holzwerkstoffen durchgeführt. In Emissionsprüfkammern wurden unter anderem Proben von sechs OSB-Platten aus Baumärkten untersucht und ihre VOC-Emissionen (engl.: Volatile Organic Compounds, VOC) gemessen. Vier dieser Platten von drei verschiedenen Herstellern würden die Anforderungen des Ausschusses zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten (AgBB) nicht einhalten. Größtes Problem hierbei sind die ungesättigten Aldehyde. Der Einsatz von Antioxidantien während der Produktion kann helfen, ungewollte Emissionen deutlich zu reduzieren.
Since semi-volatile organic compounds (SVOCs), including biocides and polychlorinated biphenyls (PCBs), occur indoors as well as outdoors, air sampling adsorbents and measuring methods for all these compounds are indispensable. This paper presents the initial steps in the development of such a method, the aim of which is the analysis of selected compounds in the above-mentioned classes using low air sampling volumes and air-exchange rates close to zero, as is common in museum showcases. For measurements under easily controlled conditions, a micro-chamber system was used at different temperatures. A surface modified styrene divinylbenzene (SDVB) polymer was selected as the air sampling adsorbent for the elution experiments. After successfully performing pretests using the micro-chamber system with target compound solutions, the emissions of these compounds from self-soaked wood samples and con-taminated wood samples were investigated for method development.
Volatile organic compounds (VOCs) found indoors have the potential to affect human health. Typical sources include building materials, furnishings, cleaning agents, etc. To address this risk, chemical emission testing is used to assess the potential of different materials to pollute indoor air. One objective of the European Joint Research Project 'MACPoll' (Metrology for Chemical Pollutants in Air) aims at developing and testing a reference material for the quality control of the emission testing procedure. Furthermore, it would enable comparison of measurement results between test laboratories. The heterogeneity of the majority of materials makes it difficult to find a suitable reference sample.
In the present study, styrene, 2-ethyl-1-hexanol, N-methyl-α-pyrrolidone, lindane, n-hexadecane, 1,2-dimethyl- and 1,2-di-n-butyl-phthalate were added to 12 commercially available lacquers (6 alkyd and 6 acrylic polymer based lacquers) serving as carrier substrate. After homogenization, the mixtures were loaded into a Markes Micro-Chamber/Thermal Extractor (µ-CTE) for curing and investigation of the emission behavior for each compound. For almost all of the investigated chemicals, the preferred glossy acrylic lacquer showed emissions that were reproducible with a variation of less than 20% RSD. Such lacquer systems have therefore been shown to be good candidates for use as reference materials in inter-laboratory studies.
Nicht nur Schadstoffe aus der Umwelt können Museumsexponate schädigen. Auch interne Schadstoffquellen wie objektimmanente Exhalate und Emissionen von Lösemitteln oder organischen Säuren können den wertvollen Gu¨tern Schaden zufu¨gen. Auf Schadstoffe zu pru¨fen sowie geeignete Messmethoden zu entwickeln und zu optimieren, ist daher von großer Bedeutung. Neuste Forschungen stellen die Autoren vor.
Correlation of aldehyde emissions and fatty acids content in pine wood and oriented strand boards
(2011)
Indoor air quality is important for human health and comfort. To ensure good indoor air quality contamination by volatile organic compounds (VOC) should be minimised. The aim of the project is the reduction of unsaturated aldehydes which can emit from oriented Strand boards (OSB): These aldehydes have an impact on the health based evaluation of emissions from products for indoor use according to the AgBB (Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten, Committee for Health Evaluation of Building Products) scheine (AgBB 2010). The model OSB were produced in a pilot plant using well known raw materials (Pinus sylvestris at different trunk heights) under using various processing parameters (Wilke et al. 2011).
OSB emit predominantly monoterpenes and aldehydes. Aldehydes are oxidation products of fatty acids in wood. The conditions which affect the oxidation process are the fatty acid concentration and composition, the oxygen content, the sample surface and the presence of compounds which indicate, inhibit or stop the oxidation respectively. The oxidation rate rises with an increasing number of double bounds in the fatty acid, e.g. the oxidation rate between oleic, linoleic and linolenic acid correspond to 1:12:24. One of the most important products of fatty acid oxidation is hexanal. It is generated during the oxidation of linoleic acid. This study shows a direct correlation between aldehyde emission and oxidation, hexanal can be used as an indicator for oxidation.
Product emissions chamber testing involves a complex protocol with several sources of measurement uncertainty (ASTM, 2010; ISO, 2006). Despite the potential for significant variability in measurement results within and among laboratories, there is no Standard method available to assess the accuracy of emissions chamber test results. Recently, Germany’s Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) started a program to evaluate the performance of laboratories testing for the AgBB (German Committee for Health-related Evaluation of Building Products) labelling scheme (Wilke et al., 2009). Test method validation was conducted through interlaboratory studies (ILS) with over 30 participants. Simultaneously, the National Institute of Standards and Technology (NIST) and Virginia Tech (VT) started a program to develop a series of reference materials that mimic real building products, can be tested in typical emissions chambers, and have independently known emission rates (Cox et al., 2010). BAM, NIST and VT subsequently joined forces to conduct a series of inter-laboratory studies using the prototype reference material. A pilot ILS was conducted with BAM and NIST followed by an expanded ILS with several participating countries. Results from these interlaboratory studies have the potential to define an internationally-accepted Standard approach to validate results from product emissions tests.
There has been an increasing use of oriented strand boards (OSBs) for the construction of floors, ceilings and walls of buildings. In Germany and other European countries, OSBs are mainly produced from pine wood (Pinus sylvestris). In response to complaints about the odour and irritation of mucous membranes in connection with the use of OSBs, samples of OSBs were bought from do-it-yourself stores to test their volatile organic compound (VOC) emissions by using emission test chambers. The boards emitted predominantly monoterpenes, aldehydes, acids and acetone. Aldehydes are generated during the production process by the oxidation of unsaturated fatty acids such as linoleic acid. Pine wood, compared with other wood species, contains more unsaturated fatty acids. Of the six acquired OSBs, four boards from three manufacturers would not meet the requirements of the German AgBB (Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten, Committee for Health Evaluation of Building Products), mainly because of the emissions of unsaturated aldehydes. These compounds have low LCI values (lowest concentration of interest) and are therefore problematic substances based on a health-related evaluation of building products according to the AgBB scheme.
In den Grundsätzen des DIBt zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten in Innenräumen ist das Bewertungsschema des Ausschusses zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten (AgBB-Schema) als wesentliche Grundlage enthalten.
Dieses Schema bewertet die mit Hilfe einer Prüfkammermessung bestimmten Emissionen von flüchtigen und schwer flüchtigen organischen Verbindungen (VOC und SVOC). Die Prüfkammer dient dabei der Einhaltung standardisierter Klimabedingungen (Temperatur 23°C, relative Luftfeuchtigkeit 50 %) sowie der Einstellung bestimmter Prüfparameter wie Luftwechselrate und Beladungsfaktor. Die Anforderungen an eine Prüfkammer sind in DIN EN ISO 16000-9 beschrieben. Die Analytik und Quantifizierung der VOC geschieht mittels Tenax-Thermodesorption und nachfolgender Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie und ist in DIN ISO 16000-6 beschrieben.
Probenahmen werden am 3. und 28. Tag der Prüfkammermessung durchgeführt. Am dritten Tag erfolgt eine Bewertung der Emissionen aus dem Bauprodukt anhand des TVOC-Wertes und der Summe der detektierten cancerogenen Stoffe (nach 67/548/EWG, Einstufung als cancerogen der Kategorie 1 und 2). Ein Produkt erfüllt die Kriterien, wenn der TVOC-Wert nach 3 Tagen nicht größer als 10 mg/m³ ist und die Summe der Cancerogene 10 μg/m³ nicht übersteigt. Am 28. Tag wird zusätzlich zum TVOC-Wert und den Cancerogenen die Emission von SVOCs berücksichtigt und eine Einzelstoffbewertung anhand von NIK-Werten vorgenommen. Der TVOC-Wert nach 28 Tagen darf nicht größer als 1 mg/m³ sein, die Summe der Cancerogenen nicht größer als 1 μg/m³. Die Summe an SVOCs darf eine Konzentration von 0,1 mg/m³ nicht überschreiten. Der sogenannte R-Wert, die Summe aller Quotienten aus Einzelstoffkonzentration und dem NIK-Wert des Einzelstoffes, darf einen Wert von 1 nicht übersteigen. Außerdem darf die Summe von Substanzen, die keinen NIK-Wert besitzen, nicht größer als 0,1 mg/m³ sein.
Der Ringversuch, der im Rahmen der Untersuchungen zur Verbesserung der Prüfkammermessungen durchgeführt wurde, hatte vor allem den Zweck, den Einfluss unterschiedlicher Methodenparameter bei der Prüfkammermessung in unterschiedlichen Prüflaboratorien zu erfassen. Anhand der Ergebnisse sollte eine Ursachenforschung für die großen Abweichungen der bisher durchgeführten Ringversuche erfolgen. Durch die drei aufeinander aufbauenden Schritte sollte der Einfluss der Analytik, der Probenahme und der Prüfkammer geklärt werden.
Der Ringversuch diente nicht der Anerkennung der teilnehmenden Prüflaboratorien im Bereich der Bauproduktenprüfung für eine DIBt-Zulassung.
Ausgehend von den Prüflaboratorien, die in der Projektgruppe „Prüf- und Messverfahren zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten“ des DIBt mitarbeiteten, wurde der Kreis auf europäische Prüflaboratorien erweitert, die sich ebenfalls mit Prüfkammermessungen an Bauprodukten beschäftigen. Dazu erging ein Einladungsschreiben an alle von vorangegangenen Ringversuchen bekannten Teilnehmer. Insgesamt ergab sich ein Teilnehmerkreis von 29 Instituten, davon 16 aus Deutschland, jeweils zwei aus Österreich, Belgien, Schweden, Dänemark und jeweils eins aus Finnland, Großbritannien, Frankreich, Italien und Portugal. Vor Beginn des Ringversuches waren davon 11 im Zulassungsbereich tätig.
Zur wissenschaftlichen Begleitung wurde durch das DIBt ein Betreuergremium einberufen. In zwei Sitzungen (April und November 2007) wurden die aktuellen Ergebnisse vorgestellt und diskutiert sowie die weitere Vorgehensweise besprochen. Eine Abschlussveranstaltung nach der Auswertung des dritten Schrittes des Ringversuches fand im April 2008 im DIBt statt. Dazu waren alle Teilnehmer eingeladen.
Für die Emissionsmessung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) aus Materialien mit Hilfe von Emissionsprüfkammern sind bisher nur wenige Ringversuche durchgeführt worden (De Bortoli et al. 1999; Jann et al. 2000; Hansen et al. 2000; Oppl and Winkels 2002; Windhövel and Oppl 2005; Kirchner 2007; Oppl 2008). Dabei zeigten sich meist große Streuungen der Ergebnisse.
Ein großes Problem für die Durchführung solcher Ringversuche ist das Fehlen von Referenzmaterialien mit bekannter Emissionsrate von Zielsubstanzen. Deshalb orientiert man sich für die Auswertung solcher Ringversuche am Mittelwert aller Ergebnisse. Dafür ist die Homogenität des Testmaterials von größter Bedeutung. Diese wurde in früheren Ringversuchen nicht wirklich sichergestellt.
Im hier beschriebenen Forschungsprojekt wurde auf die Homogenität des Probenmaterials besonderen Wert gelegt.
Der gesamte Ringversuch wurde in drei Schritte unterteilt. Die einzelnen Schritte wurden dabei von Schritt zu Schritt immer komplexer. Im ersten Schritt erfolgte die Analyse von flüssigen Lösungen, im zweiten die Bestimmung von VOCs in Prüfkammerluft und im dritten Schritt erfolgte eine komplette Emissionsprüfkammermessung bei den Teilnehmern.
Schadstoffe beschäftigen derzeit Museen weltweit Heute weiß man, dass diese auch aus Materialien, die für den Ausstellungsbau verwendet werden, austreten können, was eine Gefahr für Exponate darstellt. Ein neues Verfahren namens BEMMA bietet nun erstmalig die Möglichkeit, relativ schnell und effektiv eine problemorientierte Untersuchung und Bewertung mit belastbaren und reproduzierbaren Ergebnissen vorzunehmen.
Formic and acetic acids are often responsible for damage of cultural objects, e. g. glass and metal corrosion or changing and fading of colours. Museums all around the world are equipped with different show cases. Display cases should protect cultural objects from dust as well as from mechanical damage. Several construction materials which are used for display cases, including wood, glue and coatings, are possible sources of very volatile organic compounds (VVOCs), volatile organic compounds (VOCs) and semi volatile organic compounds (SVOCs). These construction products can emit formic and acetic acids into the indoor or display case air. Modern display cases with small air change rates can cause higher concentrations of formic and acetic acids if any source is installed in the display case (Salthammer and Uhde, 2009). To minimize the risk of damage emissions from building products must be quantified. There is a need for a method for identification and quantification of acetic and formic acid. Some possibilities for the identification of acetic acid exist. The quantification of acetic acid for example after sampling on TENAX® or CARBOTRAP and thermal desorption-GC in accordance with ISO 16000-6 and ISO 16017-1 results in very low recovery rates. A new method should be stabile, robust, reproducible and comparable, with an easy local sampling and determination in laboratories. Miniaturised emission test chambers and model display cases were used to study the recovery rates.
Quality and trueness of results received from measurements are very important for all involved parties, producers and consumers as well; for instance, if the results were used for acceptance of a product within a labeling procedure. Based on an inter-laboratory study with many German, European and US-American laboratories an extemal quality assurance System for the analysis of VOC emitting from products or the measurement in indoor air should be implemented (financed by the German Federal Environmental Agency).
A focus was set on the emission test chamber experiments and the connected analytical procedure. VOC have a dominating influence when applying the German AgBB scheme for health evaluation of building products.
Therefore it is necessary to ensure that the results between the testing laboratories are comparable. The successful participation to such round robin tests is offen essential for the acceptance of results given by an analytical laboratory.
The labelling of construction products or building materials as “low-emitting” is based on measurements using third-party emission test chambers. Unfortunately there is no method to validate the performance of such test chamber measurements. This might give a Variation of results when testing one material at different laboratories. Therefore it is necessary to hold round robin tests as part of the quality management System to ensure comparable results.
A research project financed by the Federal Environmental Agency focused on the development of an external quality management System for the detection of relevant Chemical compounds from products and in ambient air. The project was structured in four phases (Horn et al., 2009 and 2011; Wilke et al., 2009a) This paper shows results of the fourth phase of the project, which was an inter-laboratory study for VOC-emission testing by means of emission test chambers.
Wood and wood products are often used as construction material for buildings and even more for furniture and indoor decoration. Therefore Chemical emissions from wood have an influence on the indoor air quality. A research project financed by the Federal Environmental Agency focused on VOC emissions from oriented Strand boards (OSB) and also from plywood made from pine and spruce (Wilke et al., 2011a). This paper shows results of the plywood testing because only little information is available about plywood emission behaviour and its impact on indoor air quality.
Emissionsminderung von Aldehyden durch den Einsatz von Antioxidantien bei der OSB-Plattenherstellung
(2009)
Unterschiedliche Befeuchtungssysteme für Vitrinen, die die Ausstellungsobjekte bei definierter Luftfeuchtigkeit vor externen Einflüssen wie Staub bewahren sollen, wurden im Hinblick auf die Möglichkeit der potenziellen mikrobiologischen Kontamination untersucht. Ergänzend hierzu wurden Parameter wie pH-Wert und Leitfähigkeit des Wassers im Befeuchter untersucht und die mikrobiellen flüchtigen organischen Verbindungen (MVOC, microbial volatile organic compounds) in der Modellvitrine bestimmt. Die Leitfähigkeitsmessung kann als Indikator für den Verunreinigungsgrad des Wassers dienen, weil sie mit der mikrobiologischen Belastung korreliert. Weiterhin war eine mikrobiologische Belastung der Luft in der Modellvitrine auch bei relativ hoher Verunreinigung des Befeuchtungswassers nicht nachzuweisen.
Emissionsminderung von Aldehyden durch den Einsatz von Antioxidantien bei der OSB-Plattenherstellung
(2009)
Correlation of aldehyde emissions and fatty acids content in pine wood and oriented strand boards
(2011)
Several construction and building materials, including wood, glue and coatings, are possible sources of very volatile organic compounds (VVOCs) and volatile organic compounds (VOCs) like formic and acetic acid. Due to very high air tightness and very low air exchange rates in new buildings concentrations of these harmful substances can increase considerably. To minimize the risk, emissions from building products should be identified and quantified. With the common standard method, this means Tenax® sampling followed by thermal desorption and GC-MS analysis, these acids could not be detected sufficiently. The aim oft this study is the comparison of two different methods for the determination of acetic and formic acid. The sampling of method one, which is usually used for identification and quantification of VOCs, is done in accordance with ISO 16000-6 and ISO 16017-1 on Carbotrap® 202 multi-bed thermal desorption tube by subsequent identification and quantification with GC-MS. Method two is based on sampling on 2,4-dinitrophenylhydrazine (DNPH) cartridges, derivatisation, elution, identification and quantification of the derivatives with LC-MS/MS (liquid chromatography mass spectrometry/mass spectrometry).
Ausstellungskuratoren, Restauratoren oder Fachplaner stehen immer wieder vor der Entscheidung, geeignete Materialien für Museumsausstattungen auswählen zu müssen. Vitrinen, Depoteinrichtungen, aber auch Transportverpackungen für Kunst- und Kulturgut sollten unbedingt frei von Schadstoffen sein. Ein neues Verfahren ermöglicht nun eine problemorientierte Untersuchung und Bewertung von Materialien mit belastbaren und reproduzierbaren Ergebnissen.
In diesem Vorhaben wurden 8 OSB-Platten und sieben Leimholzplatten aus Baumärkten gemäß den Vorgaben des AgBB-Schemas in Emissionsmesskammern geprüft. Hinzu kamen Messungen an 17 im Technikum hergestellten OSB, an denen der Einfluss von Herstellungsparametern auf VOCEmission untersucht wurde. Grundsätzliches Ziel war es, durch die Untersuchungen Lösungsansätze für die Emissionsminderung von VOC aus Holzwerkstoffen zu finden. Dazu wurde auch der Einsatz von Antioxidantien bei der OSB-Herstellung getestet. Die Emissionen des Rohstoffes Kiefernholz wurden an 6 Proben aus Splint- oder Kernholz aus unterschiedlichen Stammabschnitten einer frisch gefällten Kiefer untersucht. Insgesamt konnte mit dem Projekt gezeigt werden, dass einige der im Handel erhältlichen OSB und auch Leimhölzer eine Bewertung nach dem AgBB-Schema aufgrund von zu hohen Aldehyd- und Terpenemissionen nicht bestehen. Für die Aldehydemissionen (insbesondere Hexanal und ungesättigte höhere Aldehyde) konnte durch den Einsatz von Antioxidantien bei der OSB-Herstellung eine Verminderung auf ein Drittel erreicht werden, allerdings stiegen dadurch die Terpenemissionen an. In this project, eight Oriented Strand Boards (OSB) and seven plywood boards from DIY stores were tested in emission test chambers according to the AgBB schemes specifications. In addition, 17 OSBs manufactured in a pilot plant were tested to investigate the effect of production parameters on VOC emission. The use of antioxidants in OSB production was also tested. The main objective of the investigation was to find potential solutions for reducing VOC emissions from timber materials. The emissions from pine wood were investigated on six sapwood or heartwood samples from different trunk sections of freshly felled pine. The projects results show that, due to their high aldehyde and terpene emissions, some types of commercially available OSB and plywood did not meet the AgBB schemes requirements. By using antioxidants in OSB production it was possible to reduce aldehyde emissions (especially hexanal and unsaturated higher aldehydes) to one third. However, this caused an increase in terpene emissions.