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板式家具中人造板甲醛释放时间规律研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-09-05  作者:张树华等  浏览次数:0
核心提示:【摘要】:随着装修的日益普及,建筑材料中所用的人造板释放的甲醛污染了我们周围的居住环境。造成污染的罪魁祸首是人造板中的有

【摘要】:随着装修的日益普及,建筑材料中所用的人造板释放的甲醛污染了我们周围的居住环境。造成污染的罪魁祸首是人造板中的有机成分—胶黏剂中的甲醛。本文阐述了甲醛对人体的危害及释放机理,采用气候箱法和干燥器法,以刨花板、胶合板、细木工板为对象,分析了人造板甲醛的释放量随时间、温度、湿度、换气率、装载率的变化规律,指出了一些简单易行的预防措施。 
  【关键词】:板式家具;人造板;甲醛;释放时间规律 
  【引言】:近年来,随着我国经济的发展和人们生活水平的提高,住宅装修已日益普及。装修材料尤其板式家具中人造板(主要指使用氨基類树脂的胶合板、细木工板、中密度纤维板和刨花板等)在住宅室内的大量使用已经造成甲醛污染,对人们的健康造成了很大的危害,原因是装修时广泛使用甲醛胶黏剂的人造板,在应用过程中会释放甲醛,污染室内空气。而人们对甲醛释放规律和影响因素了解很少,在处理时往往因不能掌握最好的时机而达不到理想效果。因此,研究人造板中甲醛释放的原因、甲醛释放量的检测技术、甲醛释放量的控制与治理显得尤为必要。 
  1、甲醛的危害 
  1.1 甲醛对人体的危害 
  甲醛是一种原生毒质,是室内空气主要污染物之一,被WHO确定为可疑致癌和致畸形物质,是一种无色易溶的刺激性气体,是一种活泼的化学物质,极易溶于水。相对密度为1.06,略重于空气,易融于水,其30%~40%的水溶液统称为福尔马林。沸点为-21℃,熔点为-91℃。我国的室内空气质量标准规定甲醛一次最高允许浓度为0.05 mg/m3,当室内空气中甲醛浓度为0.1mg/m3时,就有异味和不适感,会刺激眼而引起流泪;浓度高于0.1mg/m3时,将引起咽喉不适、恶心、呕吐、咳嗽和肺气肿等疾病;当空气中甲醛含量达到30mg/m3时,便能致人死亡。对人体的毒害作用涉及多系统、多器官,主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常及免疫功能异常等[1]。人们长期低剂量吸入时,会引起慢性呼吸道疾病,还会使妇女月经紊乱,影响生育,并引起新生儿体质下降和染色体异常,甚至可诱发鼻咽癌。 
  1.2 甲醛含量对人造板的影响 
  甲醛含量会直接影响胶黏剂的胶合强度与耐水性能,从而直接影响人造板的强度与耐水性,同时甲醛含量会影响人造板中游离甲醛的释放量。人造板中甲醛释放量对居住环境有很大影响,因为空气中游离甲醛含量直接影响人类的生命。所以空气中游离甲醛的含量必须符合国家标准。因此人造板游离甲醛含量会对人造板的游离甲醛释放量直接相关,影响人造板的生产。 
  2、人造板甲醛释放的原因与机理 
  我国人造板生产几乎都使用脲醛树脂胶。这样人造板 在制造和使用过程中都会程度不同地向外界释放出游离甲醛。有研究表明,板材中甲醛散发主要有以下四个方面:(1)木材本身散发出的甲醛:木材是人造板的集材,无论是单板制造胶合板,用刨花制造刨花板,还是用纤维制造中密度纤维板,都需要对木材进行剖解、分离和干燥,在这些过程中木材本身产生的甲醛会向外逸出。特别是在热、水和酸的作用下,木材本身的降解会导致甲醛生成和外逸;(2)胶粘剂中未参与反应的游离状甲醛:游离状甲醛通常是指存在于树脂中未参与反应的甲醛,游离甲醛量因制胶时采用不同的配方和工艺而异,通常在1.5%左右;(3)热压时未完全固化产生的甲醛:在制胶结束时形成的脲醛树脂仍是线型结构的物质,当线型树脂涂刷到单板上或喷洒到刨花或纤维上以后,再送入压机进行加温加压,在温度达到一定值并保持一定时间后,原来呈线状的树脂就成为不溶的网状结构或称为体型结构。由于板坯加压时大多采用压板接触,在板坯厚度方向上存在着表面到芯层温度逐步降低的梯度曲线,或者说板坯芯层含水率稍高不利于胶粘剂固化。因此,在板坯内部,尤其在芯层,就存在着一些未发生固化反应的线型结构树脂,当它们应用到室内环境中时很容易分解出甲醛而释放到空气中;(4)人造板在使用过程中结构降解释放甲醛:人造板在使用过程中,板内原先未固化的树脂会发生降解释放甲醛,即使完全固化的甲醛也会离析导致甲醛散发。呈网状结构的脲醛树脂在后续使用过程中,会发生降解,缓慢的释放出甲醛气体。脲醛树脂的体型结构中,含有相当数量的醚键(-CH2O CH2-),在酸性条件和富湿环境中,会发生分解重组,生成甲醛并向外界散发: 
  R- CH2-O- CH2- R’→R- CH2- R’+HCHO↑ 
  脲醛树脂的网状结构体系中,也有部分的一羟甲醛(HOCH2NH-CO-NH2)、二羟甲醛(HOCH2NH-CO- NHCH2OH)及其羟甲基(-CH2OH)会分解产生甲醛: 
  R-CH2O→R-H+HCHO↑ 
  人们在实验中发现,历经长时间使用的人造板与刚刚热压成型的同类型人造板的甲醛散发量相差不大,有时甚至有所增加,这表明人造板甲醛散发的长期性和顽固性。通常所说的“人造板甲醛释放”指的是成品板中残留的游离甲醛,以及板中脲醛树脂降解产生的甲醛,而已前者为主。在常温、干燥及中性环境中,短期内可以认为板材甲醛散发仅由游离部分引起,而游离状态的甲醛气体的散发符合气体扩散规律。因此,本文研究只考虑人造板材内残留的游离甲醛释放规律。 
  3、人造板中甲醛的检测方法 
  3.1 干燥器法 
  3.1.1 原理 
  利用干燥器法测定甲醛释放量基于下面两个步骤:(1)收集甲醛:在干燥器底部放置盛有蒸馏水的结晶皿,在其上方固定的金属支架上放置试样,释放出的甲醛被蒸馏水吸收作为试样溶液。(2)测定甲醛的浓度:用分光光度计测定试样溶液的吸光度,由预先绘制的标准曲线求得甲醛的含量。 
  3.1.2 方法 
  (1)甲醛的收集:在直径为240mm(容积9~11L)的干燥器底部放置直径为120 mm 、高度为60mm的结晶皿,在结晶皿内加入300ml蒸馏水。在干燥器上部放置金属支架。金属支架上固定试件,试件之间互不接触。测定装置在(20±2)℃下放置24h,蒸馏水吸收从试件释放出的甲醛,此溶液为待测液。
 (2)甲醛含量的测定方法:量取10ml乙酸丙酮(体积百分数0.4%)和10ml乙酸铵溶液(质量百分数20%)于50ml带塞三角烧瓶中,再从结晶皿中移取10ml待测液到该烧瓶中。塞上瓶塞,摇匀,再放到(40±2)℃的恒温水浴锅中加热15min,然后把这种黄绿色的溶液静置暗处,冷却至室温18-28度约1h。在分光光度计上412nm处,以蒸馏水作为对比溶液,调零。用厚度为0.5cm的比色皿测定萃取溶液的吸光度As, 同时用蒸馏水代替萃取液做空白试验,确定空白值Ab。 
  (3)标准曲线绘制:把5ml, 10ml,25ml,50ml和100ml的甲醛校定溶液分别移加到100ml容量瓶中,并用蒸馏水稀释至刻度。分别取10ml进行光度测量,量取10ml乙酸丙酮(体积百分数0.4%)和10ml乙酸铵溶液(质量百分数20%)于50ml带塞三角烧瓶中,再准确吸取10ml萃取液到该烧瓶中。塞上瓶塞,摇匀,再放到40度的恒温水浴锅中加热15min,然后把这种黄绿色的溶液静置暗处,冷却至室温18-28度约1h。在分光光度计上412nm处,以蒸馏水作为对比溶液,调零。用厚度为0.5cm的比色皿测定溶液的吸光度A,根据吸光情况绘制标准曲线,得出曲线斜率,保留四位有效数字。 
  (4)样品的测定:量取10ml乙酸丙酮(体积百分数0.4%)和10ml乙酸铵溶液(质量百分数20%)于50ml带塞三角烧瓶中,再准确吸取10ml萃取液到该烧瓶中。塞上瓶塞,摇匀,再放到40度的恒温水浴锅中加热15min,然后把这种黄绿色的溶液静置暗处,冷却至室温18-28度约1h。在分光光度计上412nm处,以蒸馏水作为对比溶液,调零。用厚度为0.5cm的比色皿测定溶液的吸光度As,用蒸馏水作空白試验,确定空白值Ab。 
  3.1.3 结果显示 
  (1)甲醛溶液的含量按下式计算,精确至0.1mg/mL。 
  c = f ×(As-Ab) 式中: c—甲醛含量, mg/ml; 
  f—标准曲线斜率,mg/ml; 
  As—待测液的吸光度;Ab——蒸馏水的吸光度。 
  (2)一张板的甲醛释放量是同一张板内两个试件甲醛释放量的算术平均值,精确至0.1mg/mL。 
  3.2 气候箱法 
  3.2.1 原理 
  将1m2表面积的样品放入温度、相对湿度、空气流速和空气置换率控制在一定值的气候箱内。甲醛从样品中释放出来,与箱内空气混合,定期抽取箱内空气,将抽出的空气通过盛有蒸馏水的吸收瓶,空气中的甲醛全部融入水中;测定吸收液中的甲醛量及抽出的空气体积,计算出每立方米空气中的甲醛量,以毫克每立方米(mg/m3)表示,抽气是周期性的,直到气候箱内的空气中甲醛浓度达到稳定状态为止。 
  3.2.2 设备 
  (1)气候箱 容积为1m3,箱体内表面应为惰性材料,不会吸附甲醛。箱内应有空气循环系统以维持箱内空气充分混合及试样表面的空气速度为0.1m/s~0.3m/s。箱体上应有调节空气流量的空气入口和空气出口装置。空气置换率保持在(1.0±0.05)h-1要保证箱体的密封性。进入箱内的空气甲醛浓度在0.006 mg/m3以下。 
  (2)温度和相对湿度体调节系统 应能保持箱内温度为(23±0.5)℃,相对湿度为(45±3)%。 
  (3)空气抽样系统 空气抽样系统包括:抽样管、两个100mL的吸收瓶、硅胶干燥器、气体抽样泵、气体流量计、气体计量表。 
  (4)试样 试样表面积为1m2(双面计,长=1000mm±2mm,宽=500mm±2mm,1块;或长=500mm±2mm,宽=500mm±2mm,2块),有带榫舌的突出部分应去掉,四边用不含甲醛的铝胶带密封。 
  4、人造板甲醛释放规律研究 
  4.1 标准曲线的绘制及数据记录 
  4.2 结果与数据讨论 
  在本次实验中,分别对刨花板、胶合板、细木工板在时间、温度、湿度、换气率、装载率的影响因素下对甲醛的释放量进行了研究,具体说明见表2。 
  一般情况下按照GB 18580-2001《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》规范中的要求执行,设计了影响甲醛释放的主要因素,包括时间、温度、湿度、换气率、装载率单因素试验。测试结果以最后三个浓度差在5%之内,认为甲醛释放达到平衡浓度。 
  4.2.1 时间对人造板中甲醛释放量的影响 
  截取试样表面积为1m2,厚度为15mm。经过20天与空气自然接触后开始试验,根据气候箱法测得的实验数据及变化趋势见表3和图2。 
  注:横轴为t(h),纵轴为C(mg/m3) 系列1:刨花板(菱形)甲醛释放量 系列2:胶合板(方形)甲醛释放量 系列3:细木工板(三角形)甲醛释放量 
  由图2可以看出,刨花板、胶合板、细木工板甲醛释放浓度在初始阶段(0~6h)内均迅速增大,随后慢慢减缓为平衡浓度。释放过程可分为快速释放期、缓慢增长期、稳定平衡期三个阶段。刨花板、胶合板、细木工板在0~6h甲醛浓度为快速释放期,6~14h甲醛浓度为缓慢增长期,在14h以后甲醛浓度为稳定平衡期。相同厚度和表面积的刨花板、胶合板、细木工板的甲醛释放量大小为刨花板>胶合板>细木工板。这可能与板材制作工艺、施胶量及板材密封程度有关。 
  4.2.2 温度对人造板中甲醛释放量的影响 
  截取试样表面积为1m2,厚度为15mm。根据气候箱法设定温度后,试验数据和变化趋势见表4、图3~图5: 
  由图3~图5可以看出,随着温度的升高,刨花板、胶合板和细木工板释放的甲醛含量逐渐升高。温度较低时,三种板材甲醛释放量较低,随着温度的增加,甲醛释放量随之升高,刨花板的甲醛释放量最高。 
  4.2.3 湿度对人造板中甲醛释放量的影响
截取试样表面积为1m2,厚度为15mm。根据气候箱法设定湿度后,试验数据和变化趋势如表5和图6: 
  图6刨花板、胶合板、细木工板甲醛释放浓度随湿度变化图 
  注:横轴为湿度 纵轴为甲醛释放量 刨花板(菱形)甲醛释放量 胶合板(方形)甲醛释放量 细木工板(三角形)甲醛释放量 
  由以上图表中的数据可以看出,湿度在30%~90%之间刨花板、胶合板、细木工板中甲醛的释放量随着湿度的增加先升高后小幅下降最后快速上升。随着湿度的增加,甲醛分子与空气中的水分子在范德华力的作用下形成氢键,促使板内的甲醛挥发与蒸发过程加快,同时板材内脲醛树脂胶生成甲醛的速度加快,使甲醛浓度迅速增加。此外,空气中大量的水分子与甲醛分子竞争板材表面的吸附点,使甲醛脱附速率加大,也会增大甲醛的释放量[5-6]。 
  4.2.4 换气率对人造板中甲醛释放量的影响 
  截取试样表面积为1m2,厚度为15mm。将切割好的板材分散放在通风走道内进行充分的空气接触,设定好换气率进行试验。 
  由以上数据不难发现,通风量较低时,随着通风量的增加,刨花板、胶合板、细木工板的甲醛释放速度加快,通风量较高时,随着通风量的增加,甲醛的释放量快速下降,完全通风时,刨花板、胶合板、细木工板的甲醛释放浓度就是空气中的甲醛浓度。 
  4.2.5 装载量对人造板中甲醛释放量的影响 
  截取试样表面积为1m2,厚度为15mm。将切割好的板材分散放在通风走道内进行充分的空气接触,设定好装载量进行试验。研究装载量对刨花板、胶合板、细木工板的甲醛释放浓度的影响。 
  根据以上图表得出,随着装载量的增加,刨花板、胶合板、细木工板的甲醛释放量逐渐升高,当装载量增加到一定程度后,增幅下降。因为随着装载量的增大,板材中释放出的甲醛对甲醛的产生与释放存在抑制作用,从而出现了甲醛释放量增速缓慢的现象,而在低甲醛浓度时影响很小。 
  5、人造板中甲醛的预防治理建议 
  5.1 建议装修要选择正规的装修公司 
  尽量采用符合国家标准的室内装修材料装修设计,要严格选用环保安全型材料,如不含甲醛的粘胶剂、夹芯板、贴面板等,从而提高装修后的空气质量。切忌由于价格的因素而选用一些劣质的装修板材。即使是一些达标产品甚至是环保材料,也应该尽量少用。当使用的板材过多时,必然会导致污染物超标。 
  5.2 通风法去除甲醛 
  消除室内空气污染,最有效的方法是增加新风量。新风量是指室内新鲜空气的总量。长期处于新风量不足的室内易患“室内综合症”,出现头痛、胸闷、易疲劳的症状,还容易引发呼吸系统和神经系统等疾病。通过室内空气的流通,增加室内新鲜空气的总量,可以降低室内空气中有害物质的含量,从而减少此类物质对人体的危害。 
  5.3 利用植物除去甲醛 
  一般室内环境污染在轻度和中度污染、污染值在国家标准3倍以下的环境,采用植物净化能达到比较好的效果。根据房间的不同功能、面积的大小选择和摆放植物。一般情况下,10平方米左右的房间,1.5米高的植物放两盆比较合适。下面推荐十种除甲醛植物高手:鸭跖草,菊花,吊兰,月季,虎尾兰,龙舌兰,绿萝,龟背竹,芦荟,常春藤。 
  5.4合理处理人造板成品。为了降低人造板甲醛的危害,可以对人造板成品进行尿素溶液处理法吸收成品中的甲醛含量来降低甲醛的释放量,还能够对人造板成品进行表面加工抑制甲醛的释放从而降低甲醛的释放量,并在人造板的应用过程中在表面装饰一些可以吸收甲醛的装饰品来降低甲醛对外界的释放量。 
  5.5合理控制调节室内温度和相对温度。甲醛这种物质是一种缓慢挥发性物质,随着温度的升高,挥发会更快一些。因此,在刚装修过的房间中,采取烘烤的办法,或在室内摆上几盆清水,可以加快装修材料中甲醛的挥发。 
  5.6 降低温度。由于甲醛的释放随着温度的增而增加,减少温度同样可以达到减少空气中甲醛浓度的目的。在淋浴或者洗澡時,开启排气扇、打开浴室窗户,都是降低室内温度的重要途径。空调器在干燥制热状态下,也能降低室内的湿度。如果居住在湿度特别大的地区,可以便用去湿器。 
  总结 
  影响人造板中甲醛释放量的因素为时间、温度、湿度、换气率、装载率,温度越高,人造板中甲醛释放速度越快,相对湿度越大,人造板中甲醛释放速度越快。刨花板、胶合板、细木工板的甲醛释放规律是一致的,掌握其释放规律对其适时处理有很重要的意义,对人造板中的甲醛处理应尽量避开甲醛释放的高峰,待释放稳定以后再进行相应处理,根据对甲醛释放量影响因素的分析建议室内装修时应尽量提高环境的温度、湿度和空气流通速度,从而使甲醛的处理达到最佳效果。真心希望未来的人造板所使用的胶黏剂制造中能够真正的有效控制甲醛的释放量,让人们毫无畏惧地过上无污染的绿色生活。 
  【参考文献】: 
  [1]William E L. Toxic tips:Formaldehyde[J].Chemical Health and Safety,2013,10(3):29-30. 
  [2]邵明坤.胶合板甲醛释放机理及降低措施[J].淮阴工学院学报,2003,(1). 
  [3]赵淑华,李景舜.居室空气甲醛污染及对健康的影响[J].中国卫生工程学,2002,(3). 
  [4]贾纯荣.室内空气污染与绿色建材评估体系的研究[D]天津:南开大学,2001. 
  [5]Yao Y,Xiong J,Liu W,et al.Determination of the equivalent emission parameters of wood-based furniture by applying C-history method [J].Atmospheric Environment,2011,45(31):5602-5611. 
  [6]单波,陈杰,肖岩.胶合竹材GluBam甲醛释放影响因素的气候箱实验与分析[J].环境工程学报,2013,7(2):649-655.
 
 
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