浅析木质人造板甲醛释放量的控制问题

浅析木质人造板甲醛释放量的控制问题吴亚明(南京林业大学环境化学系,210037)摘要：本文介绍了室内环境对于人们生活的重要性，分析了人造板释放甲醛的来源\甲醛对人体的危害以及避免甲醛污染的办法，最后简单阐述了游离甲醛的测定方法。关键词：人造板；甲醛释放量1.概述1.1研究背景室内建筑和装饰材料及家庭用品是造成室内空气污染,对人体伤害的重要根源。而木质人造板是室内家具和装饰装修的主要材料，而由此引起的室内空气污染以及由此引起的人体健康问题已成为现代环境研究的重要热点之一[1]。近年来的国内外研究资料表明，城市居民每天约80～90%的时间是在室内。即便是在农村，人们在室内停留的时间也不少于50%，老人和儿童等敏感人群在室内度过的时间更长，因而室内环境空气质量对人体健康的影响十分重要[2]。随着我国国民经济的迅速发展和人们生活水平的提高，城市高级写字楼的大量涌现，建筑装修水平的不断升级，以及各种木质人造板材料的大量使用，影响室内环境空气的污染因素也不断增多。因此，研究木质人造板材料甲醛释放量问题是目前国际国内现代木材加工领域学者所关注的热点，也是我国林业科研人员重要而紧迫的任务。1.2研究工作的发展正是木质人造板材料甲醛释放量问题的紧迫性加强。对建筑、装饰材料等的管理,有效提高室内空气质量,最大限度降低其对人体的伤害,已成为世界的共识。世界卫生组织自1974～1990年就召开了8次关于“室内空气质量与健康”(ＩＡＱ)的会议;北大西洋公约组织在1989～1993年间进行了多次有关室内空气方面的调查研究，来自15个国家的200名专家都参与了其中;1991年国际建筑研究学会(ＣＩＢ)首次召开了健康建筑与ＩＡＱ国际会议;美国ＥＰＡ和“美国测试和材料协会”(ＡＳＴＭ)已提出明确规定,指导如何健康地使用建筑装饰材料和室内产品[2]。至此控制室内空气污染成为了全球范围内关注人体健康的重要问题。我国国家技术监督局也从2001年开始对市场的定期抽查，将甲醛释放量指标作为主要指标来抽查和公布。2.甲醛的危害和世界各国对甲醛的限量2.1甲醛的危害性甲醛已被证明是不良建筑物综合症（SBS）明确的危险因素之一。不良建筑综合症亦称为病态建筑物综合症，也称建筑物相关病、密闭建筑物综合症、办公室病等等。WHO（世界卫生组织）早在1982年就将SBS首次解释为：在非工业区主诉具有急性非特异症候群（眼、鼻、和咽刺激症、头疼、疲劳、全身不适由见下表）的建筑物室内活动者的频数增加的情况，这些症状在离开该建筑物之后能得到改善[3]。短时间甲醛暴露对人体健康效应[3]人体健康效应甲醛浓度水平/（mg/m3）报道范围中位数嗅0.06～1.20.1眼刺激0.01～1.90.5咽刺激0.1～3.10.6眼刺激感2.5～3.73.1流泪（30min暴露）5.0～6.25.6强烈流泪（1h暴露）12.0～25.017.8危急生命：水肿、炎症、肺炎37.0～60.037.5死亡60.0～125.0125.02.2世界各国对甲醛的限量2.2.1我国有关甲醛释放量的规定我国对甲醛释放量的限制出台了很多标准，见下表。表2我国甲醛释放量限量的有关标准序号标准代号标准名称1GB/T18883-2002室内空气质量标准2GB18580-2001室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量3GB18581-2001室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量4GB18582-2001室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量5GB18583-2001室内装饰装修材料胶粘剂中有害物质限量6GB18584-2001室内装饰装修材料木器家具中有害物质限量7GB18585-2001室内装饰装修材料壁纸中有害物质限量8GB18586-2001室内装饰装修材料聚氯乙烯卷材地板中有害物质限量9GB18587-2001室内装饰装修材料地毯、地毯衬垫及地毯胶粘剂中有害物质限量10GB50325－2001民用建筑工程室内环境污染控制规范我国对人造板及其制品甲醛释放量限量也作了规定见表3等级甲醛散发允许值穿孔值（mg/100g）散发值（ppm）E1≤10≤0.10E2＞10～300.10～1.0E3＞30～601.0～2.3表3我国人造板及其制品甲醛释放量限量产品名称试验方法限量值限量标志中密度纤维板、高密度纤维板、刨花板、定向刨花板等穿孔萃取法≤9.0mg/100gE1≤30mg/100gE2胶合板、装饰单板贴面胶合板、细木工板等干燥器法≤1.5mg/lE1≤5.0mg/lE2饰面人造板（包括浸渍纸层压木质地板、实木复合地板、竹地板、浸渍胶膜纸饰面人造板等）干燥器法≤1.5mg/lE1气候箱法≤0.12mg/m3E12.2.2国外有关甲醛释放量的规定基于甲醛散发对人体的危害性，世界各国对甲醛的散发量都作了严格的规定[4]。见下表表4欧洲国家人造板甲醛散发等级划分表5欧洲国家允许的室内甲醛浓度国别甲醛散发允许值（ppm）比利时0.12丹麦0.12德国0.10芬兰0.12意大利0.10荷兰0.10挪威0.13奥地利0.10瑞典0.13瑞士0.20西班牙0.15木质材料的甲醛释放量限量要求产品类型胶合板(结构材/非结构材)、LVL（结构材／非结构材）、地板胶合梁(结构材/非结构材)等级平均值（mg/L）最大值（mg/L）平均值（mg/L）最大值（mg/L）Fc00.50.70.50.7Fc11.52.11.52.1Fc25.07.0n.an.aFc2-sn.an.a3.04.2表7美国ANSI木质材料的甲醛释放量限量要求产品要求(ppm)承载率ft2/ft3(m2/m3)MDF0.30.08（0.26）刨花板（所有级别，除了地板）0.30.13（0.43）地板等级刨话板及衬垫材料0.20.13（0.40）硬木胶合板（所有级别，除了壁板）0.20.13（0.43）壁板（硬木胶合板）0.20.29（0.95）3.减少木质人造板甲醛释放量的方法3.1木材工业中的甲醛甲醛是木材工业中用来合成脲醛、酚醛等甲醛系列胶粘剂的主要原材料，是最简单及最常见的醛类化合物，甲醛的分子式为HCHO，它是一种活泼的化学物质，是有特殊刺激气味的无色气体,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℃[5]。3.2木质人造板甲醛释放的来源26、人造板表面预固化层的形成原因，避免表面预固化层的措施。对于多层压机，由于接触传热和压板不同时闭合等多种原因，导致板材最终在上下表面（特别是下表面）存在着预固化层，影响到板材的表面结合强度，不利于板材的贴面加工，而且预固化层的密度比较低，一般采用砂光处理将表面预固化层清除。27、热压后的人造板进行冷却的目的。热压后板材本身内外部的状态存在着很大的差异：表芯层温度差异；表芯层含水率差异；表芯层胶粘剂固化程度差异。借助冷却处理，可以使上述矛盾得到缓解。钝化板材表芯层的温度梯度和含水率梯度，缓解以至消除板内的残余热压应力，使板材内部的温湿度与所置大气环境的温湿度趋于平衡，最大限度地避免板材翘曲变形。冷却还有利于降低板材的游离甲醛散发量。冷却的方式:①堆放冷却：自然降温。②散置冷却：自然降温、强制降温。28、降低人造板甲醛散发量的原理和处理方法。（1）从胶黏剂入手：①不用胶或改用其他环保胶替代②降低甲醛与尿素摩尔比③UF制胶中增加尿素的投料次数④加入甲醛捕捉剂⑤适当增加固化剂用量（2）从制板工艺入手：①适当调整热压工艺参数、温度、压力、时间②适当提高板坯含水率（3）从后期处理入手：①尿素溶液喷洒(用尿素溶液喷洒刨花板表面，也可以降低刨花板的甲醛散发量，具体操作方法如下：刨花板在堆放前，在热态下，用尿素溶液喷洒板子表面，据此可使板子甲醛散发量降低30～50%。)②氨处理氨和甲醛之间的反应是放热反应，其反应过程按照下列方程式进行：6CH2O+4NH3=C6H12N4+6H2O81KCal(339KJ)③进行人造板表面装饰（涂料、贴板）29、人造板生产过程质量控制的目的。P338刨花板生产设立管理管制点的目的：①为了减少刨花板的不良品数量。②为了稳定制造时各工序的质量，从而稳定产品数量。③为了降低成本（原料消耗、加工费用等），提高生产效率。30、胶合板、中纤板、刨花板生产常见缺陷的分析和改进措施。P354~357胶合因素：①胶着力低：影响因素包括单板含水率、单板质量、胶粘剂质量、施胶量、陈化工艺、胶合条件。②鼓泡和局部开胶：影响因素包括单板含水率、胶合条件如降压工艺、热压温度。③胶合板翘曲：影响因素包括组坯情况、表背板含水率与搭配、热压板温度差。④边角开胶：影响因素包括热压压力传递均匀性、热压板温度差。⑤透胶：影响因素包括胶液浓度、施胶量、单板背面裂隙。31、胶合原理与主要学术观点。(1)胶合原理：对于热固型胶粘剂要通过化学方式使它聚合成高分子的固体。在胶合制品中胶粘剂固化必须在一定温度、压力下保持一段时间。(2)主要学术观点：胶合理论、胶粘剂对胶合表面的润湿、胶粘剂固化、分为吸附理论、机械联结理论、扩散理论、化学键理论。32、普通阔叶材胶合板的分类方法。GB738-75阔叶材胶合板标准Ⅰ类：耐气候、耐沸水胶合板（PF）Ⅱ类：耐水胶合板（UF）Ⅲ类：耐潮胶合板（血胶）Ⅳ类：不耐潮胶合板（豆胶）、单板背面裂缝产生的主要原因。单板在旋切时表面处产生压应力，背面产生拉应力。单板厚度S越厚，木段直径越小，则这种应力越大。当拉应力大于木材横纹抗拉强度时，背面产生裂缝。34.胶合板生产常见木材热处理工艺。(1)冰冻材融冰阶段（2）升温阶段介质温度：硬阔叶材比软阔叶材要求的温度高温度过高，单板容易起毛；太低，木材塑性不足，易产生裂缝。（3）保温阶段加热时间与木段的直径、密度、含水率、介质温度和要求木芯表面所加热的温度等因素关（4）自然冷却阶段35、人造板表面砂光的目的意义。砂光是当前人造板工业中提高板材表面质量所采用的一种最基本做法。对中密度纤维板和刨花板来说，要求作定厚砂光。意义：①降低板材的厚度公差②去除板材的表面预固化层③提高板材表面质量等级36、板坯定向成型的目的意义。定向成型是通过相应的辅助设备，使刨花或纤维沿一定方向有规律的排列，其目的是使彼此间接触面增大，减少交叠形成空隙。不仅使胶粘剂能充分发挥作用，而且能很好地利用刨花或纤维本身的纵向强度。定向排列可使板坯沿刨花或纤维纵向的强度成倍地增长，尺寸稳定性也大为改善。例如单板层积材LVL。37、了解几种国外先进标准。国际标准是指国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）所制定的标准，以及ISO确认并公布的国际组织和其他国际组织（如国际计量局（BIPM）、联合国教科文组织（UNESCO）、世界知识产权组织（WIPO）等）制定的标准。美国ANSI，德国DIN，英国BS，日本工业标准JIS，日本农林标准JAS等。38、人造板工业中大气污染包括哪些方面、如何防治。3.2.1反应过程中产生脲醛树脂是通过尿素和甲醛在水溶液中反应生成的。这两种组分在弱酸性至中性介质中主要生成一羟甲脲和二羟甲脲。羟甲基化合物在酸性pH值范围内继续反应生成缩聚产物。缩合的第一阶段要经过几个步骤，这属于二级平衡反应。平衡反应是一种可逆反应，反应可以向两个方向进行，所有参加反应的组分在达到平衡状态以后，根据反应条件的不同而以一定数量存在。这就是为什么脲醛树脂中一定含有游离甲醛的原因[6]。生产过程中产生在制造板材的过程中，因原材料的不同、产品各种质量指标不等，产品种类不一样、树脂合成与人造板制造工艺无法完全统一，因此在树脂固化成胶层