刨花板VOCs釋放的影響因素研究

摘要：揮發(fā)性有機物對人體的危害巨大，而其主要的揮發(fā)來源刨花板，在室內(nèi)裝修中又被廣泛應(yīng)用，因此研究刨花板生產(chǎn)工藝參數(shù)對VOCs釋放影響因素和環(huán)境因素對VOCs釋放的影響具有重要意義。本文首先對刨花板生產(chǎn)工藝進行分析，明確每個工藝參數(shù)對VOCs釋放的影響，然后是環(huán)境對刨花板VOCs釋放的影響分析，綜合兩方面分析得出最后結(jié)論。

關(guān)鍵詞：刨花板;VOCs;工藝參數(shù);環(huán)境因素

中圖分類號：X701 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）11-0-01

Abstract： Volatile organic compounds are harmful to the human body， and its main source of volatile particleboard is widely used in interior decoration. Therefore， it is important to study the factors affecting the release of VOCs and the influence of environmental factors on the release of VOCs. This paper first analyzes the particleboard production process， clarifies the impact of each process parameter on the release of VOCs， and then analyzes the impact of the environment on the release of particle board VOCs.

Key words： Particle board; VOCs; Process parameters; Environmental factors

1 影響刨花板VOCs釋放的工藝研究

1.1 刨花板原材料的VOCs釋放分析

刨花板的原料主要包括木材或者木質(zhì)纖維材料、膠黏劑兩類，木材中最為常見的是落葉松。使用頂空固相微萃取法（HS-SPME）對落葉松刨花中釋放的VOCs成分提取分離發(fā)現(xiàn)，落葉松刨花釋放的VOCs主要含有萜烯類、醇酮類、烷烴類、芳香烴類化合物等揮發(fā)性成分，其中萜烯類占比最大，占總檢測物質(zhì)的56%，其次是醛酮類物質(zhì)，占比為16%。結(jié)合其他研究數(shù)據(jù)，萜烯類的化學(xué)物質(zhì)最低感量（LCI）為2.00μg/m3，因此落葉松刨花板所釋放的萜烯類化合物應(yīng)引起人們的重視。

刨花板的生產(chǎn)中使用的膠黏劑主要是脲醛樹脂膠，UF樹脂膠在室溫23℃時所釋放的VOCs主要成分為醇類、醛酮類、烷烴類、芳香烴類、酯類和少量烯烴類化合物。隨著溫度的升高，UF樹脂的VOCs的種類并沒有變化，但是各類物質(zhì)的相對含量就有明顯的變化。常溫下醇類占比85.6%，加熱至140℃時醇類的占比只有1%，此時芳香烴類占比達到了30%左右。所以降低刨花板的VOCs，需要與原材料的特性相結(jié)合才能達到最好的效果。

1.2 刨花板的熱壓生產(chǎn)工藝分析

刨花板的熱壓工藝是指刨花的原料經(jīng)過施膠、組坯后，在一定的時間內(nèi)通過溫度和壓力作用下將刨花板坯壓制成一定密度和厚度的板材的加工工藝。熱壓的主要作用有兩個方面，首先是膠黏劑固化，其次為加工一定的厚度的保證。選取熱壓溫度、熱壓時間、施膠量、板坯含水率、板坯結(jié)構(gòu)、板密度、厚度等七個人造板熱壓工藝的主要參數(shù)，設(shè)計對比試驗，分析熱壓工藝控制對刨花板VOCs釋放的影響。試驗設(shè)計原則，固定其中6個因素，改變單一因素進行對比分析，如下表1。通過分組試驗，采用氣相色譜-質(zhì)譜-計算機聯(lián)合技術(shù)檢測刨花板揮發(fā)性有機化合物總離子。

（1）首先對熱壓過程中的熱壓溫度進行分析，可以發(fā)現(xiàn)不同熱壓溫度生產(chǎn)的刨花板隨著暴露時間的延長其TVOC釋放趨于平穩(wěn)，前期的1h為快速釋放期，熱壓溫度越高，釋放量也越大。溫度較低時，膠黏劑的固化反應(yīng)還不完全，刨花之間的間隙較大。 （2）熱壓時間對TVOC的釋放量影響顯著，釋放初期1h和平衡期12h的總釋放量隨著熱壓時間的延長呈現(xiàn)增加趨勢。熱壓時間的延長使得整個板坯受熱均勻而充分，芯層刨花之間膠接界面結(jié)合的更加牢固。熱壓時間越長，VOCs的釋放量越大，污染程度越高。（3）刨花板的TVOC釋放量隨著施膠量的增大而增大。初期11%施膠量的刨花板釋放峰值為548ppb，7%施膠量的釋放峰值為403ppb。施膠量的增加有助于板坯厚度方向的導(dǎo)熱，使得板坯含水率上升，促進揮發(fā)物質(zhì)的產(chǎn)生和釋放。試驗結(jié)果也表明施膠量7%、8%、9%時均屬于未污染，10%屬于輕度污染，11%屬于中度污染。（4）不同板坯含水率刨花板TVOC的釋放隨著時間的變化趨勢大體相同，即呈現(xiàn)先上升后平穩(wěn)釋放;隨著板坯含水率增加，刨花板TVOC初期和平穩(wěn)期釋放量增加明顯，但污染程度不同，含水率12%時污染最低，但是總體趨勢不變，含水率越大，綜合指數(shù)越高，危害越大。（5）在釋放初期，單層結(jié)構(gòu)刨花板的TVOC釋放量為386ppb，三層刨花板釋放量巍峨511ppb;進入穩(wěn)定期后，單層TVOC釋放量為376ppb，三層TVOC釋放量為416ppb。采用綜合指數(shù)法評估，二者均屬于輕污染。（6）密度是影響刨花板物理力學(xué)性能的重要因素，密度越大物理性能越好。密度越大，初期的TVOC釋放量也是明顯增加，0.6g/cm3的初期釋放量為379ppb，0.8g/cm3的初期釋放量為662ppm。穩(wěn)定釋放期TVOC隨著密度增加而緩慢上升，采用綜合指數(shù)法評價：密度越高污染越嚴(yán)重。（7）刨花板的TVOC釋放量隨著板厚度增加而顯著增加，厚度為8mm時，VOCs的釋放峰值為270ppb，厚度為22mm時，VOCs的釋放峰值達到了640ppb，12mm、16mm、19mm的醛酮類和烷烴類釋放量相差不大，芳香烴仍最大釋放物。通過綜合指數(shù)法評價，除22mm厚度為中度污染，其他均屬于未污染。

2 刨花板VOCs釋放的環(huán)境因素研究

2.1 溫度與刨花板TVOC的釋放

有關(guān)溫度對人造板VOCs的釋放研究已有很多報道。本文主要研究溫度對不同工藝參數(shù)刨花板的VOCs釋放，測試不同環(huán)境溫度下對各種刨花板釋放VOCs的研究。從市面上選取6種刨花板，不同板之間工藝參數(shù)存在略微差異，采用氣候箱法進行溫度影響測試。試驗前箱內(nèi)溫度、濕度保持穩(wěn)定后運行1h，要求箱體內(nèi)TVOC的濃度小于10μg/m3。將板材放入氣候箱中心位置。TVOC檢測儀接入裝置出氣口進行測定，前1h每15min測一次，測5min，取5min的平均值作為該點的甲醛和TVOC濃度值。后面2～4h每隔30min測一次，之后隨著濃度變化幅度的減小，測量間隔時間延長。測試時間持續(xù)46h。

通過不同溫度下TVOC的連續(xù)測定，可以發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，板材的TVOC釋放量也隨之明顯升高，溫度在釋放活躍期影響更為顯著，低溫下板材的VOCs的釋放更容易達到穩(wěn)定期，且VOCs的組分和各組分含量也明顯升高。筆者選擇的6種常見人造板產(chǎn)品，基于氣候箱法測得的15℃和35℃下釋放的TVOC峰值為39～85μg/m3和60～189μg/m3，平衡值范圍分別在20～30μg/m3和29～53μg/m3。其中最低釋放值均為貼面刨花板測得，最高釋放值均為18mm的刨花板測得。

2.2 濕度與刨花板TVOC的釋放

由于相對濕度的穩(wěn)定性在實驗中較難控制，并且它對人造板VOCs釋放的影響機理尚無完整的定論。目前關(guān)于建立相對濕度對VOCs釋放量及釋放特征的研究很少。針對相對濕度對氣體釋放的復(fù)雜性影響，筆者選用工藝、厚度及板種有差異的人造板進行研究。

試驗條件：溫度23℃，相對濕度為30%、45%、60%和75%;氣體交換率1h-1;裝載量1m2/m3;樣件暴露尺寸230mm*220mm。試驗過程中監(jiān)控TVOC的釋放量。

在30%濕度下，板材P1的TVOC的釋放峰值為89μg/m3，當(dāng)濕度為60%、75%時，其峰值分別增加了5.62%、15.73%。對比試驗數(shù)據(jù)，相對濕度的提高，可以促進揮發(fā)性有機化合物的釋放，且TVOC的釋放效果因板材的不同而存在差異。

3 結(jié)論

環(huán)境參數(shù)——溫度和相對濕度可以加速板材中揮發(fā)性有機化合物的釋放，在相同的溫度或濕度下，各板材的TVOC釋放量大小順序不變，說明材料本身特性對VOCs的釋放水平起著主導(dǎo)作用。材料本身的VOCs釋放特性取決于材料生產(chǎn)工藝，通過不同工藝參數(shù)的成本、VOCs釋放量及污染指數(shù)等，確定最優(yōu)的生產(chǎn)工藝方案：12%含水率，0.6g/cm3密度，8mm厚度，8%施膠量，4min熱壓時間，在此工藝條件下，既能達到清潔生產(chǎn)的目的，也能降低成本。

參考文獻

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收稿日期：2019-06-23

作者簡介：周游（1984-），男，漢族，南京林業(yè)大學(xué)本科學(xué)士學(xué)位，工程師，研究方向為環(huán)保管家、污染場地調(diào)查評估、環(huán)保治理工程、環(huán)保驗收、環(huán)境檢測、排污許可證申報、環(huán)境影響評價、清潔生產(chǎn)審核、應(yīng)急預(yù)案、在線運維等環(huán)境技術(shù)服務(wù)。