劉文格 內(nèi)蒙古自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)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(jī)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(shí)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(jià)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(duì)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(jìn)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(yuǎn)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(shí)，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(yuǎn)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(jià)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(shí)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(shí)間越短，則人造板的甲醛釋放量越高。同時(shí)，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(shí)，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(kuò)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(kuò)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(shí)，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(huì)影響到甲醛釋放量，即使人造板內(nèi)部已實(shí)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(huì)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(duì)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(duì)象，針對(duì)人造板材甲醛釋放量的影響因素進(jìn)行比較分析。

3.1.1 環(huán)境溫濕度

選用氣候箱法測(cè)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(shí)，甲醛釋放量呈現(xiàn)出緩慢上升趨勢(shì)；當(dāng)使用環(huán)境溫度為21°C～30°C 時(shí)，甲醛釋放量呈快速增加趨勢(shì)。從中可以看出，伴隨溫度的升高，甲醛分子的熱運(yùn)動(dòng)速率隨之增大，將加快有機(jī)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(shí)，甲醛釋放量呈緩慢增長趨勢(shì)；當(dāng)環(huán)境濕度超過50%時(shí)，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(kuò)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(jìn)行甲醛釋放量測(cè)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(shí)，甲醛釋放量呈迅速下降趨勢(shì)；當(dāng)空氣置換率增至1～5 范圍內(nèi)時(shí)，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(dòng)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(kuò)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(duì)細(xì)木工板板坯質(zhì)量與甲醛釋放量間的關(guān)系進(jìn)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(duì)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(shí)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(duì)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(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。

3.2 關(guān)于調(diào)節(jié)與控制甲醛釋放量的具體對(duì)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(duì)不同類型人造板材使用環(huán)境的溫度與濕度指標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如在使用細(xì)木工板、中密度纖維板、實(shí)木復(fù)合地板時(shí)，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(qiáng)化復(fù)合地板時(shí)，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(shí)，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(shí)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(jìn)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(duì)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(duì)人體健康造成的威脅。針對(duì)密閉的室內(nèi)空間或室外空氣質(zhì)量不佳的場(chǎng)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(dòng)場(chǎng)降低甲醛濃度。

3.2.3 原料質(zhì)量改進(jìn)

首先針對(duì)木質(zhì)原料進(jìn)行改進(jìn)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(qiáng)度，同時(shí)淀粉中的部分成分可與游離甲醛發(fā)生反應(yīng)，對(duì)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(duì)膠粘劑進(jìn)行改進(jìn)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(jìn)行膠粘劑的制備。但與此同時(shí)需注意的是，當(dāng)膠粘劑的摩爾比過低時(shí)，將削弱人造板的膠合強(qiáng)度，導(dǎo)致脲醛樹脂膠貯存穩(wěn)定性較差、樹脂固化時(shí)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(shí)現(xiàn)良好匹配，并且不會(huì)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(shí)，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(duì)人造板的制造工藝進(jìn)行優(yōu)化，可從以下三個(gè)層面入手。

其一是針對(duì)膠粘劑的合成工藝進(jìn)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(duì)此可采取多次投料法實(shí)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(duì)人造板的熱壓工藝進(jìn)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(shí)可適當(dāng)增加熱壓溫度、延長熱壓時(shí)間，便于促進(jìn)板材水分的充分揮發(fā)；同時(shí)，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(shí)，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(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)已成型板材進(jìn)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(jìn)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(chǎng)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(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)甲醛的有效降解；還可以運(yùn)用離子化法，通過電離離子實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醛的氧化分解，并針對(duì)生成的臭氧配置相應(yīng)的吸附回收裝置，避免對(duì)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(huì)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(shí)間、增加板坯含水率等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)制作原料與工藝的改進(jìn)優(yōu)化，配合二次加工、促進(jìn)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(hù)人體健康。