竹木復(fù)合砧板基材對其硬度和甲醛釋放量的影響

馮旋雪 鄭 平 李曉平 吳章康

(西南林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 昆明 650224)

砧板是每個家庭必備的廚房用具，砧板的質(zhì)量與健康密切相關(guān)[1]。市場上常見的竹木復(fù)合砧板以韌性強(qiáng)、材質(zhì)硬度高、尺寸多樣、性價比高等優(yōu)點(diǎn)備受人們喜愛[2]。竹砧板的使用方式?jīng)Q定了硬度對其性能的重要性，但目前關(guān)于竹砧板硬度方面的研究文獻(xiàn)較少，其研究多集中在竹材物理力學(xué)性能與竹材構(gòu)造之間的關(guān)系方面。比如：葛建春等[3]研究了竹材的硬度，發(fā)現(xiàn)硬度與其構(gòu)造密切相關(guān)，維管束的數(shù)量和其排列方式以及維管束自身的力學(xué)強(qiáng)度是主要影響因素；尹維等[4]解釋了竹材纖維絲角度和含水率對其力學(xué)性能的影響。

由于竹砧板在制造過程中會使用膠黏劑或其他基材，因此會增加甲醛釋放來源，甚至可能對接觸砧板的食物安全和人體健康產(chǎn)生影響。李序長[5]采用干燥器法(9～11 L) 測試了30 個批次的竹砧板甲醛釋放量，其中有25 個批次的產(chǎn)品甲醛釋放量高于1.5 mg/L，超過了限量值；李霞鎮(zhèn)等[6]研究認(rèn)為，與竹地板相比竹砧板少了表面層的處理，竹砧板頻繁與食物接觸，其釋放的游離甲醛會吸附在食物表面；方崇榮等[7]研究了甲醛從竹砧板遷移到食物表面的過程，發(fā)現(xiàn)隨著食物溫度的增加，甲醛遷移量增加，且在酸性食物中的遷移量最大，脂肪類的食物遷移量較小。

本文選用市場上常見的幾類竹木復(fù)合砧板，研究不同基材種類對竹木復(fù)合砧板的硬度和甲醛釋放量的影響，以期為生活中選擇竹木復(fù)合砧板提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

在貴州市場上隨機(jī)購買基材為竹材、木材、人造板的3 類竹木復(fù)合砧板各15 個批次。竹木復(fù)合砧板的結(jié)構(gòu)分為3 層：上下兩面為竹材，中間為基材(圖1)?；臑槟静臅r，多為鋸解成半圓形的小徑材拼接而成；基材為竹材時，多為厚度相同的竹片拼接而成；基材為人造板時，多為厚度相同的一種或多種人造板(膠合板或刨花板為主) 填充而成；且多數(shù)竹砧板表面的竹材為拼接竹材，并非整竹結(jié)構(gòu)。

圖1 不同基材的竹木復(fù)合砧板Fig.1 Bamboo and wood composite cutting board of different substrates

1.2 測試儀器設(shè)備

熱老化試驗箱(成都天宇試驗設(shè)備有限公司，型號：LR-02)，微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)(美斯特工業(yè)系統(tǒng)有限公司，型號：CMT4104)，馬氏精密推臺鋸 (馬氏工業(yè)設(shè)備，型號：MJ6132B)，電子恒溫水浴鍋(天津泰斯特儀器有限公司，型號：DK-98-1)，可見分光光度計(上海儀電分析儀器有限公司，型號：L3S)，9～11 L干燥器，結(jié)晶皿，移液槍及其他玻璃配件等。

1.3 試驗方法

1.3.1 硬度測定

按照《木材硬度試驗方法》 (GB/T 1941—2009) 中的金氏硬度法[8－9]進(jìn)行測定，測試正反兩面硬度各1 次，默認(rèn)竹木復(fù)合砧板未開封時，有產(chǎn)品標(biāo)識的一面為正面，另一面為背面。選擇木砧板的中心部位，鋸解成長70 mm ×寬50 mm的試樣。將試樣放置于試驗機(jī)上，用半徑為(5.64±0.01) mm 的半球型剛壓頭正對試驗面的中心位置且基材非空心位置(測試反面硬度的位置與測試正面硬度的壓頭中心位置相距50 mm)，以5 mm/min 的均勻速度將半球型鋼壓頭壓入試驗面，直至壓入深為5.64 mm 止，記錄載荷，精確至10 N。依據(jù)公式(1) 計算竹木復(fù)合砧板的硬度。

公式(1) 中，H12為試樣含水率達(dá)12%時的硬度，單位為N；W為試樣含水率，單位為%。

1.3.2 含水率測定

按1.3.1 測試試樣的載荷后，立即在壓痕處截取20 mm × 20 mm × 20 mm 的試樣測試其含水率，截取處應(yīng)包含基材。

1.3.3 甲醛釋放量測定

目前，我國對于竹砧板甲醛釋放量的測定方法和限量值還缺乏國家標(biāo)準(zhǔn)[10]。本文參照《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》 (GB/T 17657—2013)[11]中的干燥器法測定試樣的甲醛釋放量，甲醛釋放量限量值參照《室內(nèi)裝飾裝修材料木家具中有害物質(zhì)限量》 (GB 18584—2001)[12]中的規(guī)定，具體測定過程如下。

不改變竹砧板厚度，將其鋸解為長150 mm、寬50 mm 的試樣，共計10 塊，除邊長為50 mm的端面不封邊外，其他端面均用蠟對其進(jìn)行封邊。準(zhǔn)備直徑為240 mm，容積為9～11 L 的干燥器，干燥器底部放置直徑120 mm、高60 mm 的結(jié)晶皿，且在結(jié)晶皿中加入300 mL 蒸餾水。然后將試樣放置于金屬支架上，置于干燥器上部，且試件間互不接觸。蓋上干燥器蓋子，在溫度為(20±2)℃的環(huán)境下放置24 h。蒸餾水會吸收從試件釋放出的甲醛，此溶液作為待測液。取乙酸銨(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%)、乙酰丙酮(體積分?jǐn)?shù)為0.4%)和待測液各10 mL，放置于(40±2)℃水浴加熱15 min，待冷卻后，使用波長為412 nm 的分光光度計和5 mm 的比色皿測定其吸光度，并用其轉(zhuǎn)化為甲醛釋放量。

2 結(jié)果與分析

2.1 竹木復(fù)合砧板硬度

圖2 為不同基材的竹木復(fù)合砧板正面硬度和反面硬度的測定值。由圖2 可知：竹材為基材的竹砧板正面硬度范圍在2 720～8 123 N，反面硬度范圍在2 338～9 284 N；木材為基材的竹木復(fù)合砧板正面硬度范圍在1 680～7 508 N，反面硬度范圍在2 139～5 872 N；人造板材為基材竹木復(fù)合砧板正面硬度范圍在1 351～6 791 N，反面硬度范圍在1 661～6 786 N。

圖2 不同基材的竹木復(fù)合砧板正面(左) 和反面(右) 硬度Fig.2 Front (left) and back (right) hardness of bamboo and wood composite cutting board of different substrates

從砧板硬度的平均值看(圖3)，基材為竹材、木材和人造板的竹木復(fù)合砧板正面硬度的平均值分別為4 719、4 489 和3 888 N，反面硬度平均值分別為4 924、4 105 和4 256 N。雖然個別人造板基材的竹木復(fù)合砧板硬度低至1 351 N，但總體來看，3 種基材的正反面硬度平均值均大于3 100 N，達(dá)到竹砧板使用面硬度的限量值標(biāo)準(zhǔn)。其中，正反兩面硬度平均值相差最小的是竹材基材，為4.3%；相差最大的是人造板基材，為9.4%。

圖3 竹木復(fù)合砧板雙面硬度平均值Fig.3 Average hardness of both sides of bamboo and wood composite cutting board

表面竹材是影響硬度的直接因素，而竹材的硬度與其密度和生長部位相關(guān)[13]，密度越大則硬度越大，竹稈高度越高其竹材硬度越大[14]。此外，硬度與基材材性緊密相關(guān)，基材為竹材時硬度最高，木材次之，人造板最低。木材硬度受密度、心邊材和取樣部位等因素影響[15－16]。人造板種類影響測試竹木復(fù)合砧板的硬度，部分膠合板為基材的竹砧板硬度較低，硬度范圍為1 200～2 800 N。

基材類型影響竹砧板的含水率，進(jìn)而影響砧板的硬度。不同基材的砧板含水率測定結(jié)果見表1。

表1 不同基材的砧板含水率Tab.1 The moisture content of cutting board with different substrates

可以看出：當(dāng)基材為竹材時，砧板含水率在7%左右，較其他2 種基材的砧板含水率為低；當(dāng)基材為木材和人造板時，砧板含水率分別在8%～9%和9%～10%。竹材為基材的砧板硬度與竹種種類和竹齡密切相關(guān)[17－18]，木材為基材的砧板硬度受木材材性(早晚材)、密度和含水率等因素的影響[19]，而人造板為基材的砧板硬度則受人造板生產(chǎn)工藝的影響[20]。

2.2 竹木復(fù)合砧板甲醛釋放量

不同基材的砧板甲醛釋放量的測定結(jié)果見圖4?？梢钥闯?，基材為竹材、木材、人造板的砧板甲醛釋放量分別為0.2～0.7 mg/L、0.5～1.4 mg/L和1.2～4.6 mg/L，平均值分別為0.39、1.01 和3.13 mg/L。以《室內(nèi)裝飾裝修材料木家具中有害物質(zhì)限量》 (GB 18584—2001) 中限量值1.5 mg/L作為參考限量值，人造板基材的砧板甲醛釋放量平均值為參考值的2 倍多，部分試樣的甲醛釋放量甚至高達(dá)4.56 mg/L，合格率僅為6.6%，而基材為竹材和木材的砧板的合格率均為100%。

圖4 不同基材的竹木復(fù)合砧板甲醛釋放量Fig.4 Formaldehyde release of bamboo and wood composite cutting board with different substrates

砧板甲醛釋放量的測定結(jié)果顯示，基材對砧板甲醛釋放的影響明顯，當(dāng)人造板為基材時甲醛釋放量最高，而基材為竹材時甲醛釋放量最低。當(dāng)人造板為基材時，砧板甲醛釋放量波動較大，且基本都大于1.5 mg/L；而基材為竹材和木材時，砧板甲醛釋放量均低于1.5 mg/L。

影響竹砧板甲醛釋放的主要因素有膠黏劑和基材類型。竹砧板使用的膠黏劑絕大部分是以甲醛為主要原料生產(chǎn)的脲醛樹脂膠[21]，雖然砧板在熱壓時部分游離甲醛會釋放掉，但是仍有部分甲醛殘留于竹砧板中。竹木復(fù)合竹砧板的基材多樣，主要是木材、竹材和人造板，不同基材的砧板甲醛釋放量不一。相比于基材為天然材料(竹材和木材) 的竹木復(fù)合砧板，人造板為基材的竹砧板增加了膠黏劑和添加劑的甲醛釋放源。

3 結(jié)論與討論

1) 基材類型影響竹木復(fù)合砧板的硬度。本研究表明，按照基材不同，砧板的硬度大小排序為竹材＞木材＞人造板。硬度是評價竹砧板的一個重要指標(biāo)，竹砧板硬度與表面的竹材和基材相關(guān)。多數(shù)竹砧板的表面為拼接竹材，影響硬度的因素為竹種和竹齡。對于不同種類的竹子，其生長的環(huán)境和物理性質(zhì)不一，硬度也不同；不同竹齡也會影響硬度，竹齡小的竹材脆性好、硬度低，但是較大竹齡的竹材硬度也會下降。此外，對于基材為木材時，砧板硬度受木材早晚材、密度和含水率等因素的影響，不同的樹種適用范圍不一，有的樹種脆性較好，會使硬度降低。對于基材為人造板時，砧板硬度較低，可能與人造板生產(chǎn)工藝相關(guān)。

2) 基材類型影響竹木復(fù)合砧板的甲醛釋放量。不同基材的砧板釋放的甲醛量不同?；臑槿嗽彀宓恼璋寮兹┽尫帕窟h(yuǎn)高于基材為竹材和木材的砧板，其合格率僅為6.6%，基材為竹材和木材的砧板合格率均為100%。原因在于，除竹砧板生產(chǎn)中使用的膠黏劑會釋放部分甲醛外，相比于木材和竹材這樣的天然材料，當(dāng)基材為人造板時，甲醛釋放量受人造板生產(chǎn)工藝的影響，增加了甲醛的來源。

3) 建議生產(chǎn)廠家在關(guān)注竹木復(fù)合砧板成本的同時，盡可能減少不合格人造板基材的使用，盡可能選用天然材料，以增加砧板硬度和降低甲醛釋放量。