人造板及其制品甲醛釋放原因及對策分析

劉文格 內(nèi)蒙古自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院

1 前言

人造板是一種以木材或植物纖維作為制作原料，經(jīng)由機械加工、化學(xué)處理將材料分離，再通過施加膠粘劑、采取熱壓工藝制造成型的板材，分為細(xì)木工板、中密度纖維板、實木復(fù)合地板等多種類型，在建筑裝飾領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用價值。但由于板材在制作過程中需使用到膠粘劑，易在膠粘劑合成、熱壓處理、貯存以及使用等環(huán)節(jié)釋放大量甲醛，對于人體皮膚黏膜產(chǎn)生直接刺激，甚至?xí)l(fā)慢性中毒與癌變，嚴(yán)重威脅到人體健康，因此需嚴(yán)格依據(jù)GB 18580—2001《室內(nèi)裝飾裝修材料人造板及其制品中甲醛釋放限量》規(guī)定進行甲醛釋放量控制，提升人造板材成品質(zhì)量、改善居住環(huán)境污染問題。

2 甲醛釋放的原因分析

2.1 材料本身質(zhì)量

不同人造板選用的樹種及木材類型存在一定差異，木質(zhì)原料密度將直接影響到人造板的化學(xué)組成，通常選用低密度木質(zhì)材料制造的人造板的甲醛釋放量遠超過使用密度高材料制造的人造板。以刨花板為例，樺木原料的甲醛釋放量約為云杉原料的1.2倍，而云杉原料的甲醛釋放量約為櫟木原料的1.1倍。同時，人造板制作原料的樹皮含量也將造成甲醛釋放量的差異，樹皮含量高的木材的甲醛釋放量較低，例如云杉、松木兩種木材的甲醛釋放量遠低于樺樹木材[1]。

2.2 膠粘劑

在人造板生產(chǎn)環(huán)節(jié)常選用脲醛樹脂膠作為膠粘劑，脲醛樹脂膠具有原料豐富、易于取材、價格低廉、工藝簡單、膠合性能好等特征，因此常被應(yīng)用于人造板的制作與生產(chǎn)環(huán)節(jié)。脲醛樹脂膠的主要成分為甲醛和尿素，在生產(chǎn)原料制作過程中需使用到甲醛，因此在制作過程中的甲醛使用量將影響到人造板的甲醛釋放量。

2.3 制造工藝

在制造人造板的過程中需使用到熱壓工藝，熱壓溫度、熱壓時間等工藝指標(biāo)將直接到甲醛釋放量，通常熱壓溫度越低、熱壓時間越短，則人造板的甲醛釋放量越高。同時，人造板的內(nèi)部濕度、含水率也將影響到熱壓工藝的應(yīng)用效果，當(dāng)板材內(nèi)部濕度較高時，將使膠粘劑的水解速度加快，在較高熱壓溫度條件下致使膠粘劑水解形成游離甲醛。例如在刨花施膠后，人造板內(nèi)部含水率將擴大至原來的1倍，經(jīng)由熱壓工藝處理后將使板材的甲醛釋放量增至原有的3倍，并且在最終成板環(huán)節(jié)使甲醛釋放量擴大2倍[2]。

2.4 成品堆放環(huán)境

成品堆放環(huán)境和堆放方式也將影響到人造板的甲醛釋放量，經(jīng)由冷卻處理后堆放的成品其甲醛釋放量將降低40%左右。同時，成品堆放環(huán)境的溫濕度、光照條件、風(fēng)化作用、酸堿度等指標(biāo)均會影響到甲醛釋放量，即使人造板內(nèi)部已實現(xiàn)完全固化的樹脂也可能因降解而釋放甲醛。通常成品堆放環(huán)境的溫度每上升5°C～8°C，成品板材的甲醛釋放量將增大1 倍；環(huán)境濕度每增加10%～12%，成品板材釋放出的甲醛濃度含量將增加5%～20%。此外，諸如高負(fù)載、負(fù)壓等環(huán)境指標(biāo)均會影響到人造板釋放出的甲醛濃度與釋放速度。

3 不同材料甲醛釋放量的影響因素及改善對策

3.1 不同材料甲醛釋放量的影響因素

將細(xì)木工板作為研究對象，針對人造板材甲醛釋放量的影響因素進行比較分析。

3.1.1 環(huán)境溫濕度

選用氣候箱法測定細(xì)木工板的甲醛釋放量，在保持室內(nèi)濕度恒定的條件下，當(dāng)使用環(huán)境溫度在15°C～21°C 時，甲醛釋放量呈現(xiàn)出緩慢上升趨勢；當(dāng)使用環(huán)境溫度為21°C～30°C 時，甲醛釋放量呈快速增加趨勢。從中可以看出，伴隨溫度的升高，甲醛分子的熱運動速率隨之增大，將加快有機物分子與游離甲醛的分解與釋放速度，并且加快膠粘劑的分解，由此釋放出大量甲醛。在保持溫度恒定的情況下，當(dāng)使用環(huán)境濕度為0～50%時，甲醛釋放量呈緩慢增長趨勢；當(dāng)環(huán)境濕度超過50%時，甲醛釋放量開始迅速提升。從中可以看出，伴隨環(huán)境濕度的增大，將影響到甲醛分子的遷移與擴散速率，由于水蒸氣呈弱酸性，將與膠粘劑中的游離二甲醇低聚物發(fā)生反應(yīng)，生成甲醛，由此導(dǎo)致甲醛釋放量增加。

3.1.2 空氣置換率

利用氣候箱法進行甲醛釋放量測定，判斷空氣置換率與甲醛釋放量間的關(guān)系。當(dāng)空氣置換率為0～1時，甲醛釋放量呈迅速下降趨勢；當(dāng)空氣置換率增至1～5 范圍內(nèi)時，甲醛釋放量的下降速率減緩。從中可以看出，伴隨空氣置換率的升高，細(xì)木工板表面的高濃度甲醛將伴隨新鮮空氣流動被置換，促使室內(nèi)環(huán)境中的甲醛濃度含量減少，并維持低平衡濃度，因此可通過增加環(huán)境通風(fēng)量有效加快甲醛分子的遷移和擴散。

3.1.3 板坯質(zhì)量

在保持使用環(huán)境溫濕度、空氣置換率相同的情況下，針對細(xì)木工板板坯質(zhì)量與甲醛釋放量間的關(guān)系進行分析。選用高密度板材制成的細(xì)木工板的甲醛釋放量相對較低，使用含甲醛分子量少的膠粘劑同樣能夠降低甲醛釋放量，并且通過提高熱壓溫度、延長熱壓時間等處理方式，也能夠有效降低甲醛釋放量。從中可以看出，板坯質(zhì)量對于最終成品的甲醛釋放量具有直接影響，因此需在原料選擇、加工工藝處理方面進行改進優(yōu)化。

3.2 關(guān)于調(diào)節(jié)與控制甲醛釋放量的具體對策

3.2.1 環(huán)境溫濕度控制

由于環(huán)境溫濕度是影響人造板甲醛釋放量的主要指標(biāo)之一，因此為保障人造板使用過程的安全性，需針對不同類型人造板材使用環(huán)境的溫度與濕度指標(biāo)進行調(diào)節(jié)。例如在使用細(xì)木工板、中密度纖維板、實木復(fù)合地板時，需將環(huán)境溫度控制在24°C以下，確保環(huán)境濕度不超過40%；在使用強化復(fù)合地板時，需將環(huán)境溫度控制在24°C 以下，環(huán)境濕度控制在45%以內(nèi)；在使用刨花板時，需將環(huán)境溫度控制在24°C 以內(nèi)，環(huán)境濕度不超過50%。同時在建筑室內(nèi)裝修施工環(huán)節(jié)，宜優(yōu)先選擇在秋、冬兩季安排人員進行施工作業(yè)，借此有效克服因環(huán)境溫度較高、濕度較大引發(fā)的人造板甲醛釋放量超標(biāo)問題。

3.2.2 空氣流通控制

保持空氣流通是降低室內(nèi)人造板釋放甲醛濃度含量的有效措施，因此針對普通居民住宅建筑物，可在使用人造板后采取開窗通風(fēng)的方式稀釋室內(nèi)甲醛含量，減少室內(nèi)空氣污染對人體健康造成的威脅。針對密閉的室內(nèi)空間或室外空氣質(zhì)量不佳的場所，可通過安裝新風(fēng)系統(tǒng)維持室內(nèi)空氣流通，借助專用設(shè)備由一側(cè)向室內(nèi)送入新風(fēng)、再由另外一側(cè)將室內(nèi)空氣排出，借此改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，依托新風(fēng)流動場降低甲醛濃度。

3.2.3 原料質(zhì)量改進

首先針對木質(zhì)原料進行改進處理，考慮到木料板材的甲醛釋放量取決于木質(zhì)原料密度、樹皮含量等指標(biāo)，因此在選材環(huán)節(jié)宜選用松木、杉木等密度較大的樹種，增加生產(chǎn)原料中樹皮粉的使用量，并且可以適當(dāng)摻入一定量的淀粉，既有助于在人造板加工環(huán)節(jié)減少木材孔隙的滲膠量、提高膠合強度，同時淀粉中的部分成分可與游離甲醛發(fā)生反應(yīng)，對脲醛樹脂膠改性，借此有效降低人造板釋放的甲醛含量。

其次針對膠粘劑進行改進處理，由于膠粘劑主要由樹脂材料制成，膠粘劑的摩爾比與游離甲醛含量成正比，因此可通過調(diào)節(jié)甲醛、尿素的摩爾比有效降低人造板釋放的甲醛濃度，宜選用低摩爾比的脲醛樹脂膠進行膠粘劑的制備。但與此同時需注意的是，當(dāng)膠粘劑的摩爾比過低時，將削弱人造板的膠合強度，導(dǎo)致脲醛樹脂膠貯存穩(wěn)定性較差、樹脂固化時間延長，并且膠液的初粘性、耐老化性與耐水性均呈現(xiàn)出不同程度的下降，因此需在保證人造板質(zhì)量的基礎(chǔ)上控制好脲醛樹脂膠的摩爾比。

最后是使用甲醛捕捉劑，甲醛捕捉劑能夠與游離甲醛發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在粘度、pH值、水溶混性等性能指標(biāo)上可與脲醛樹脂膠實現(xiàn)良好匹配，并且不會影響到人造板的物理力學(xué)性能。例如在施膠前，可選取三聚氰胺或間苯二酚添加在膠料中，此類助劑能夠在使用熱壓工藝環(huán)節(jié)與熱壓處理后與游離甲醛發(fā)生反應(yīng)，使得最終制成的人造板的甲醛釋放量降低；同時，還可以選取20%聚醋酸乙烯添加在樹脂膠中，可使甲醛釋放量同比減少60%～90%。

3.2.4 其他工藝措施

針對人造板的制造工藝進行優(yōu)化，可從以下三個層面入手。

其一是針對膠粘劑的合成工藝進行優(yōu)化，考慮到在膠粘劑合成初期尿素、甲醛間的摩爾比較高，對此可采取多次投料法實現(xiàn)工藝優(yōu)化，通過在膠粘劑后續(xù)合成過程中多次添加尿素，并且控制好摩爾比、保證成膠質(zhì)量，使尿素與甲醛充分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有效降低樹脂膠中的游離甲醛含量。

其二是針對人造板的熱壓工藝進行優(yōu)化，考慮到甲醛具有極易溶于水的化學(xué)性質(zhì)，伴隨水的揮發(fā)能夠有效降低甲醛濃度，因此在采用熱壓工藝時可適當(dāng)增加熱壓溫度、延長熱壓時間，便于促進板材水分的充分揮發(fā)；同時，板坯的含水率與板材甲醛含量成正比，當(dāng)板坯含水率越高時，板材經(jīng)由熱壓處理后的水分揮發(fā)量越大，板材的游離甲醛含量越低，因此可在板坯制作環(huán)節(jié)控制好含水率指標(biāo)，在熱壓前、后采取淋水處理的方式提高成型板坯的含水率，借此實現(xiàn)對板材中游離甲醛含量的有效控制。

其三是優(yōu)化成板的后期處理工藝，針對已成型板材進行二次加工，例如選用三聚氰胺、間苯二酚、聚醋酸乙烯等甲醛捕捉劑或光觸媒涂抹在板材表面，使助劑、化學(xué)物質(zhì)與游離甲醛發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低甲醛釋放量；再如選用薄板貼面、涂油漆等方式進行板材飾面的封閉處理，防止面層的游離甲醛滲漏，并且將經(jīng)由飾面處理后的人造板材置于空曠室外場所，通過通風(fēng)處理稀釋板材中的游離甲醛含量，借助后期處理克服甲醛污染問題。

此外，為最大限度降低甲醛釋放對人體健康造成的威脅，還應(yīng)采取配套空氣凈化措施，例如基于物理吸附原理選用活性炭、沸石、硅藻泥等疏松多孔、比表面積大的材料置于人造板周圍，并控制好室內(nèi)溫濕度條件，防止因環(huán)境變化影響到吸附材料性能的發(fā)揮，避免產(chǎn)生二次污染；再如基于催化原理選用催化劑與甲醛發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)對甲醛的有效降解；還可以運用離子化法，通過電離離子實現(xiàn)對甲醛的氧化分解，并針對生成的臭氧配置相應(yīng)的吸附回收裝置，避免對人體健康造成威脅。

4 結(jié)束語

總體來看，環(huán)境溫濕度、空氣置換率與板坯質(zhì)量均會影響到人造板的甲醛釋放量，為降低室內(nèi)裝修環(huán)節(jié)與后續(xù)人造板使用過程中的甲 醛釋放量，可通過選用高密度木材、低摩爾比膠粘劑、提高熱壓溫度、延長熱壓時間、增加板坯含水率等方式實現(xiàn)對制作原料與工藝的改進優(yōu)化，配合二次加工、促進空氣流通、采取空氣凈化技術(shù)等措施，更好地降低人造板的甲醛釋放量，維護人體健康。