黃天順 許可 尚昱忻 趙樂陽 沈星雨 沈雋 曹田雨
摘 要:為了探究膠合板在室內(nèi)開放環(huán)境下VOCs(揮發(fā)性有機(jī)化合物)釋放的規(guī)律,選取18 mm厚的三聚氰胺浸漬紙飾面膠合板(MI)、PVC飾面膠合板(PVC)、水性漆飾面膠合板(WP)以及膠合板素板(UP)作為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行換氣率為1次/h的循環(huán)試驗(yàn),利用15 L VOCs動(dòng)態(tài)采樣艙和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,對4種膠合板在實(shí)驗(yàn)的第1、3、7、14、21、28 d進(jìn)行采樣分析,進(jìn)而得到VOCs的釋放濃度與組分特征。結(jié)果表明:4種膠合板的VOCs濃度在釋放平衡期受到裝載率的影響要小于釋放初期;MI釋放初期在4種裝載率條件下VOCs濃度差最大;裝載率對于WP釋放的VOCs濃度影響最小。飾面材料可以有效地阻隔板材內(nèi)部芳香烴等VOCs向外散發(fā)。4種膠合板釋放的VOCs濃度隨裝載率的增大呈現(xiàn)非線性上升趨勢。占比大、濃度高的芳香烴類化合物隨著裝載率的變化呈現(xiàn)不同的增長趨勢,醛類物質(zhì)濃度較低,但總體上也隨著裝載率的增大而增大。實(shí)驗(yàn)測得4種膠合板釋放的VOCs濃度以及醛類化合物的濃度均不超過優(yōu)等品釋放限值規(guī)定,本次研究為進(jìn)一步探索膠合板優(yōu)等品的最大裝載率限量提供理論基礎(chǔ),也為室內(nèi)裝修膠合板的科學(xué)選材用材提供參考。
關(guān)鍵詞:膠合板;開放環(huán)境;VOCs;裝載率;釋放特性
中圖分類號(hào):TS653.5 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? 文章編號(hào):1006-8023(2020)05-0078-07
Abstract:In order to explore the VOCs release characteristic of plywood in indoor open environment, 18mm thick melamine-impregnated paper overlaid veneered plywood (MI), polyvinyl chloride overlaid veneered plywood (PVC), water-based paint veneered plywood (WP) and un-veneered plywood (UP) were selected as experimental materials to carry out a cycle test with air exchange rate of 1time/hour. The 15L VOCs dynamic sampling chamber and gas chromatography-mass spectrometer were used, and the four kinds of plywood were sampled and analyzed on the 1, 3, 7, 14, 21, 28 days. Then the VOCs concentration and component release characteristics were obtained. The results showed that, the VOCs concentration of four kinds of plywood was less affected by loading rates in the release equilibrium period than that in the initial release period; the VOCs concentration difference was greater in the initial MI emission period under the four loading rates; the loading rate had the least influence on the VOCs concentration of WP emission. Decorative materials can effectively block VOCs such as aromatic hydrocarbon from the interior of the plywood. The VOCs concentration of four kinds of plywood increased nonlinearly with the increase of loading rates. The aromatic hydrocarbon with large proportion and high concentration had different growth trend with the change of loading rates, the concentration of aldehydes was lower, but also increased with the increase of loading rates. The VOCs concentration and aldehydes concentration of the four kinds of plywood were not more than the release limit of the superior products, which provided a theoretical basis for further exploring the maximum loading rate limit of the superior products, and the guiding significance of the plywood selection indoor was given.
Keywords:Plywood; open environment; VOCs; loading rate; release characteristics
0 引言
隨著限伐令的實(shí)施,我國的少林危機(jī)更加嚴(yán)峻[1],以膠合板、纖維板和刨花板為代表的人造板市場發(fā)展迅速,在工裝、家裝中的應(yīng)用越來越廣泛。膠合板作為廣泛應(yīng)用的人造板材料之一,具有尺寸穩(wěn)定、不易變形等優(yōu)點(diǎn),與中密度纖維板和刨花板相比污染性更低[2-5]。另一方面,隨著人們審美水平的提高,家居裝修裝飾也越來越多樣化,無論是硬裝還是軟裝,都有一些過度裝修的情況,而過度裝修帶來的將是裝載率超載,進(jìn)而導(dǎo)致室內(nèi)空氣污染。不僅是膠合板等人造板材在其生產(chǎn)時(shí)使用的膠黏劑有揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs),就連一些家庭裝修中常用的織物、塑料與涂料也會(huì)成為VOCs的來源,開窗通風(fēng)可以有效地降低室內(nèi)VOCs的濃度[6-8]。
不同的環(huán)境艙模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差不大,并且有良好的相關(guān)性[9],15 L VOCs動(dòng)態(tài)采樣艙和容積更小的實(shí)驗(yàn)微艙等都可以快速簡便地檢測板材釋放VOCs的規(guī)律,并且有節(jié)約成本、縮短實(shí)驗(yàn)周期的優(yōu)點(diǎn)[10-13]。在人們對室內(nèi)空氣污染的認(rèn)知里,甲醛超標(biāo)的危害是普及最廣的,其次是VOCs超標(biāo)的危害,而關(guān)于裝載率參數(shù)對室內(nèi)空氣污染影響的了解較少[14-15]。裝載率指的是板材暴露的總面積與環(huán)境艙的體積之比,換言之,就是各類板式家具的暴露總面積與房間容積的比值,由于不同的基材(包括實(shí)木、人造板等)有各自的VOCs釋放規(guī)律,因此,受到裝載率的影響也各不相同[16-17]。
現(xiàn)代家居生活中,多采用人造板材制作地板、櫥柜等,并且會(huì)在粗糙的人造板表面加以裝飾,常用的PVC飾面、三聚氰胺飾面以及各種水性/油性涂飾可以起到美觀的作用,但裝飾材料也是影響人造板釋放VOCs的因素之一[18-21]。
本文探究不同飾面膠合板在室內(nèi)開放環(huán)境下VOCs釋放規(guī)律,分析不同飾面膠合板在保證室內(nèi)空氣質(zhì)量條件下的合理裝載率,為家庭裝飾裝修科學(xué)選材、用材提供參考。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)板材
本試驗(yàn)采用來自廣州某公司生產(chǎn)的E1(板材甲醛釋放量等級(jí))級(jí)的膠合板,初始尺寸為1 200 mm×1 200 mm×18 mm,主要樹種為桉木,含水率為9%~12%,主要板種為PVC貼面膠合板(PVC)、三聚氰胺貼面膠合板(MI)以及膠合板素板(WP)。膠合板基材采用三聚氰胺改性脲醛樹脂膠黏劑(MUF),熱壓溫度為180~200 ℃,熱壓因子為20 s/mm;PVC貼面膠合板和三聚氰胺貼面膠合板的貼面采用改性脲醛樹脂膠黏劑,熱壓溫度為165~215 ℃,熱壓時(shí)間為60~80 s。
將原始幅面的膠合板素板裁剪成400 mm×400 mm的尺寸,采用脲醛樹脂膠黏劑與乳白膠按照6∶4的配比比例,施膠量為100 g/m2。以厚度為0.25 mm的水曲柳薄木順紋理進(jìn)行雙面熱壓貼面,熱壓溫度為100~120 ℃,熱壓時(shí)間為3 min,取出后檢查無鼓泡、透膠等缺陷后,晾至室溫進(jìn)行齊邊,并手工涂飾彩色通用水性漆底漆一道,面漆兩道,要求漆膜薄且均勻。
將膠合板裁剪成150 mm×50 mm×18 mm和150 mm×75 mm×18 mm兩種尺寸,用鋁制膠帶封住邊部以防止基材的VOCs從粗糙的邊部快速逸散,按照裝載率要求進(jìn)行編號(hào),并且用食品級(jí)密封袋分別進(jìn)行真空密封,放入-30 ℃的環(huán)境中儲(chǔ)藏。
1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備
(1)15 L VOCs動(dòng)態(tài)采樣艙,由東北林業(yè)大學(xué)自主研發(fā),艙體由玻璃與金屬制成,設(shè)備簡化示意圖如圖1所示[10],并且艙體的本底濃度≤20 μg/m3,符合相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)[22]。環(huán)境艙設(shè)置了流量計(jì)用以觀測載氣的流速,99.99%的高純氮?dú)庾鳛檩d氣分別進(jìn)入干流量計(jì)和蒸餾水瓶-濕流量計(jì),匯總至總流量計(jì)后進(jìn)入環(huán)境艙內(nèi)部。
(2)Tenax-TA吸附管,由英國MARKES公司生產(chǎn),長為89 mm,外徑為6.4 mm,內(nèi)含對VOCs吸附性良好的填料,兩端配有黃銅螺帽以便氣體采樣后保存。
(3)通用型熱解析儀(TP-5000),由北京北分天普儀器技術(shù)有限公司生產(chǎn),用于Tenax-TA吸附管的熱解析老化清理。
(4)微型真空泵(ANJ6513-220V),由成都新為誠科技有限公司生產(chǎn),用硅膠管連接Tenax-TA吸附管和微型真空泵,通過抽真空將環(huán)境艙內(nèi)的VOCs采集到吸附管內(nèi)。
(5)熱脫附自動(dòng)進(jìn)樣器,ultra,英國MARKES公司生產(chǎn);熱脫附儀,unity,英國MARKES公司生產(chǎn),99.99%的高純氦氣做載氣,解析溫度300 ℃,管路溫度為180 ℃,熱解析時(shí)間為10 min,進(jìn)樣時(shí)間為1 min。
(6)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS),DSQⅡ,由美國Thermo Fisher生產(chǎn),色譜柱(DB-5MS)規(guī)格為30 m×0.25 mm×0.25 μm的石英毛細(xì)管柱,99.99%的高純氦氣做載氣,分流比為40∶20,初始溫度40 ℃保持2 min,升溫至50 ℃保持4 min,升溫至150 ℃保持4 min,最后升溫至250 ℃保持8 min。采用EI電離,掃描范圍為50~450 amu。
1.3 試驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)前將試件取出,在室溫下自然解凍,恢復(fù)至室溫(僅試驗(yàn)第1天的試件采用此方法),用無水乙醇和蒸餾水分兩次清潔環(huán)境艙內(nèi)壁,打開風(fēng)扇并通入高純氮?dú)馐弓h(huán)境艙內(nèi)殘留的空氣排出,調(diào)節(jié)干/濕玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)使得環(huán)境艙內(nèi)相對濕度達(dá)到50%±5%,通過空調(diào)控制實(shí)驗(yàn)溫度在23.5 ℃±1 ℃,將對應(yīng)編號(hào)的試件放入環(huán)境艙中央的金屬架上,使其懸空以達(dá)到雙面釋放的目的,保持載氣循環(huán)速率在1次/h的實(shí)驗(yàn)條件下循環(huán)3.5~5 h。
將通用型熱解析儀升溫到325 ℃,清潔載氣為高純氮?dú)?,將Tenax-TA吸附管按照逆吸附方向安裝,老化清潔30 min,之后取下恢復(fù)至室溫,通過硅膠管鏈接Tenax-TA吸附管、環(huán)境艙采樣口和微型真空泵,以250 mL/min的流速采集環(huán)境艙中的氣體,采集12 min,共計(jì)采集氣體3 L。采樣完成后將Tenax-TA吸附管兩端安裝好黃銅帽,將試件從環(huán)境艙內(nèi)取出,豎立在金屬架上于通風(fēng)處存放,以模擬通風(fēng)環(huán)境中的室內(nèi)膠合板制品,此后的第3、7、14、21、28 d試驗(yàn)無須再冷藏儲(chǔ)存試件。
就醛類化合物而言,由圖5可以看出,只有膠合板素板在實(shí)驗(yàn)的1 d和28 d都隨著裝載率的增加而濃度上升,1 d時(shí)裝載率每升高0.5 m2/m3醛類化合物濃度依次增加5 ~8 μg/m3,釋放平衡期濃度差值不大。WP在釋放初期醛類化合物的濃度最高,并且隨著時(shí)間的延長,醛類化合物的衰減率最大,總體上呈現(xiàn)隨裝載率增大而增大的濃度差異;釋放平衡期MI的醛類物質(zhì)濃度最高,且高于膠合板素板,說明三聚氰胺飾面材料中含有醛類化合物的釋放源。有研究表明,三聚氰胺浸漬紙貼面的中纖板和刨花板的VOCs中確有明顯的醛類化合物[27-28]。PVC釋放醛類濃度在實(shí)驗(yàn)1 d隨著裝載率的增高而增高,但是在實(shí)驗(yàn)28 d反而無明顯規(guī)律。總的來說,醛類化合物受到裝載率的影響具有波動(dòng)性,一方面因?yàn)槿╊愇镔|(zhì)的不穩(wěn)定性,在高溫解析過程中易分解,另一方面醛類化合物濃度較低,考慮系統(tǒng)誤差以及偶然誤差的影響。醛類化合物大部分來自膠合板基材熱壓時(shí)添加的膠黏劑以及飾面材料熱壓貼面用膠黏劑,還有一部分來自木材本身以及飾面材料所用添加劑。沈雋等[26]在人造板VOCs及氣味研究中規(guī)定優(yōu)等品的醛類化合物濃度限值為 170 μg/m3,實(shí)驗(yàn)測得的4種膠合板釋放的醛類濃度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
3 結(jié)論
(1) 4種膠合板所釋放的VOCs濃度隨實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長而下降趨勢相似并逐漸達(dá)到平衡,其中1~7 d為快速釋放期,14~28 d為緩慢釋放期。4種膠合板的VOCs濃度在釋放平衡期受到裝載率的影響要小于釋放初期。釋放初期時(shí),在4種裝載率條件下,MI釋放VOCs的增加幅度最大。裝載率對于WP釋放VOCs的影響最小,尤其是在釋放平衡時(shí)期。
(2)釋放初期WP所釋放的VOCs濃度最大,下降速率高達(dá)40%以上。但釋放平衡期膠合板素板的VOCs濃度最高,因?yàn)轱椕婺z合板的飾面材料可以有效地阻隔板材內(nèi)部VOCs向外散發(fā)。
(3) 4種膠合板所釋放的VOCs都隨著裝載率的增大而呈現(xiàn)不同的濃度上升趨勢,但都不與裝載率的增高成線性相關(guān)。其中,PVC和MI受到裝載率的影響較大。實(shí)驗(yàn)采用的4種膠合板在釋放平衡期的VOCs濃度均小于220 μg/m3標(biāo)準(zhǔn)制定值,為人造板優(yōu)等品在保證室內(nèi)空氣質(zhì)量條件下最大裝載率研究提供了參考。
(4)芳香烴類化合物占比大、濃度高,隨著裝載率的變化規(guī)律也更加明顯。4種膠合板中,PVC釋放的芳香烴濃度受到裝載率影響最小。在VOCs的眾多組分中,平衡期芳香烴的濃度最為穩(wěn)定,受到裝載率影響小。飾面材料對于基材中芳香烴的釋放有一定的阻隔作用,其中以PVC飾面材料效果最優(yōu)。醛類化合物的濃度受到裝載率的影響規(guī)律性較差,但總體上隨著裝載率的增大呈現(xiàn)升高趨勢。實(shí)驗(yàn)測得的4種膠合板釋放的醛類濃度均不超過170 μg/m3標(biāo)準(zhǔn)限值規(guī)定。
【參 考 文 獻(xiàn)】
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