表面装饰对刨花板总有机挥发物和甲醛释放的影响1)

陈 峰 沈 隽 苏雪瑶

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

刨花板等人造板材料释放出来的挥发性有机化合物(VOCs)和甲醛已经成为室内主要污染之一。VOCs在常温下可以蒸气的形式存在于空气中，会影响皮肤和黏膜，对人体产生急性损害，常用总有机挥发物质量浓度来表示空气中VOCs总质量浓度。在很多装修施工中，总有机挥发物质量浓度和甲醛超标数十倍。控制刨花板等装修材料释放的总有机挥发物质量浓度和甲醛已经成为国内外学者的研究热点。国内有学者已经从人造板热压工艺等不同参数角度研究对其人造板VOCs释放的影响［1－3］。实际上，对人造板进行表面装饰也能减少人造板总有机挥发物和甲醛的释放［4］。国内对人造板VOCs释放的研究还在起步的阶段。有关人造板二次加工的VOCs释放，还没有学者从这方面入手，并对人造板产品挥发性有机污染物释放危险程度进行评估。

笔者选用室内装修市场中常见的几种饰面材料对刨花板进行表面处理，应用人造板VOCs小型气候箱、手持式VOCs气体检测仪和甲醛检测仪对饰面刨花板释放的总有机挥发物质量浓度和甲醛进行测定，并结合气相色谱—质谱法(GCMS)对薄木贴面和未贴面素板释放的污染物成分进行分析。

1 材料与方法

E1级落叶松刨花板、脲醛树脂胶(UF)、聚醋酸乙烯酯乳液胶(PVAc)、面粉、氯化铵固化剂、二氯甲烷(分析纯、色谱纯)、低压三聚氰胺浸渍纸(定量80 g，120 g)、薄木(松木和胡桃楸)、聚乙烯薄膜装饰纸、水性聚氨酯木器漆涂料(底漆、面漆)和水性聚丙烯木器漆涂料(底漆、面漆)。PGM－7240(TVOC)手持检测仪、80L小型环境舱、气相色谱—质谱联用仪(GC－MS)、干燥塔、旋转蒸发器、15 L干燥器、智能真空泵、活性炭、无水氯化钙、脱脂棉。

试件按ASTM D 5116—97所描述的实验过程封闭试样［5］。实验试件取自刨花板中心位置，分别取幅面尺寸为230 mm×240 mm的刨花板试件10组，试件贴面后立即用铝质胶带密封边部，防止刨花板边部产生高释放。用铝箔纸包裹试件，再用聚四氟乙烯塑料薄膜包裹，密封后放于－30℃的冰箱内保存，待测饰面人造板试件必须保持密封状态，整个过程要在24 h之内完成。经过涂饰的人造板要经过表干后进行包裹。每次实验前，小环境舱用蒸馏水清洗干净晾干并空载运行1 h，保持舱内环境达到测试条件，并调整环境舱参数:环境温度为(23±0.5)℃，相对湿度为(45±5)%。舱体内总有机挥发物质量浓度<10 μg/m3。然后迅速放入板材样品1—样品10号连续运行6 h。根据预实验的结果，每20 min测1次，取6 h内的总有机挥发物和甲醛的质量浓度平均值进行对比。

将薄木贴面刨花板试样和未贴面试样分别放置15 L干燥器中，密闭放置24 h准备采样，干燥器与智能真空泵进气口连接。干燥塔底端用氯化钙作为干燥剂进行填充，以吸收气体中的水蒸汽，在氯化钙干燥剂上方用脱脂棉进行隔离，干燥塔上部填充活性炭，用以吸收VOCs。保持采样舱内条件连续吸附24 h。用二氯甲烷作溶剂浸泡吸附了VOCs的活性炭20～30 min。将浸泡在溶剂中的活性炭过滤，滤液经旋转蒸发器浓缩后制备成试样，采用气相色谱—质谱联用仪(GCMS)分析VOCs的具体成分和含量。结合气质联用仪测定结果，分析薄木刨花板材VOCs的成分。通过实验分析应用仪器自带软件对总离子流色谱图进行分析，NIST和WILEY谱库检索定性，确定VOCs中的主要成分，最终分析得出薄木刨花板和素板VOCs中的化合物、相似度和质量分数。

2 结果与分析

2.1 饰面方式对甲醛和总有机挥发物的影响

2.1.1 对甲醛和总有机挥发物封闭率的影响

以10种样品的总有机挥发物和甲醛6h短期平均质量浓度为主要考查指标，并与刨花板素板总有机挥发物质量浓度和甲醛质量浓度进行对比，计算出衰减率，实验数据见表1。可见，不同饰面方法对挥发物释放质量浓度差异有显著性影响，其中三聚氰胺浸渍纸(120 g)贴面方式相对素板可减少总有机挥发物63.07%，三聚氰胺浸渍纸(80 g)贴面方式可减少总有机挥发物60.80%。这两种定量贴面相比，120 g定量的浸渍纸比80 g定量封闭效果更好。聚乙烯薄膜贴面方式可减少总有机挥发物84.18%，封闭效果最好。松木薄木贴面方式和胡桃楸贴面方式刨花板在6 h的值比未贴面素板略高，封闭效果低，原因可能是两种薄木贴面过程中使用含有VOCs的胶黏剂的材料，如脲醛树脂和聚醋酸乙烯酯乳液混合胶会影响测定结果，需要对薄木贴面进行长期检测观察释放趋势。水性漆自身挥发性强，实干时间长，短期实验总有机挥发物质量浓度较高，其中底漆涂饰刨花板释放的总有机挥发物质量浓度略小于面漆涂饰的刨花板释放的总有机挥发物质量浓度。由此可知，市场上销售的环保水性漆并不环保，建议用水性漆涂饰的装饰材料中，要多通风，加速水性涂料实干，降低VOCs的释放。

表1 不同饰面刨花板总有机挥发物和甲醛平衡质量浓度和衰减率

试样释放的甲醛平均质量浓度均低于素板释放的甲醛质量浓度，说明不同的饰面方法对甲醛均有封闭效果。其中聚乙烯薄膜贴面方式封闭效果最好，封闭效果均达70%以上;三聚氰胺浸渍纸贴面封闭效果为57.14%，薄木贴面板封闭效果为28.57%;而水性漆也有一定的封闭效果，封闭率分别为14.29%和7.14%。

2.1.2 对总有机挥发物释放速率的影响

以5种贴面板短期的释放速率为考查指标，如表2所示。聚乙烯薄膜贴面板、三聚氰胺浸渍纸贴面板在短期的释放速率均呈指数下降的趋势，都是初始总有机挥发物释放速率最快，后来速率逐渐下降趋于平衡。两种三聚氰胺浸渍纸贴面板总有机挥发物差异不大，速率相当;松木和胡桃楸两种薄木贴面方式的刨花板总有机挥发物释放速率相当，胡桃楸的逐时速率略高于松木;聚乙烯薄膜贴面刨花板速率始终处于1 μg·m－3·min－1以下，说明聚乙烯薄膜起到了很好的封闭效果。

为具体观察薄木贴面板释放趋势，对两种薄木贴面板和素板进行了24h总有机挥发物质量浓度逐时检测，如表3所示。

表2 5种贴面方式的刨花板总有机挥发物的释放速率 μg·m－3·min－1

表3 薄木贴面刨花板和素板24 h总有机挥发物逐时质量浓度 μg·m－3

结果表明:松木和胡桃楸这两种薄木贴面板在长期密闭条件下，薄木贴面能很好地封闭刨花板内有机挥发物。根据24 h内不同时间的薄木与刨花板素板总有机挥发物释放速率的比较结果，可将薄木贴面刨花板的总有机挥发物释放分为初期、中期、后期3个时期:在初期阶段，即前3 h阶段，松木和胡桃楸贴面板总有机挥发物释放速率低于素板的总有机挥发物释放速率，薄木贴面板在初期总有机挥发物质量浓度低于素板总有机挥发物质量浓度，且挥发速率慢。在中期阶段，即第3小时—第10小时阶段，薄木贴面板的总有机挥发物释放速率相比素板略快，原因可能是贴面用胶本身挥发和薄木的本身木材物理特性影响薄木贴面板的总有机挥发物的释放数值。在后期阶段，即第10个小时之后，素板总有机挥发物质量浓度又超过了薄木板，说明贴面用胶黏剂对总有机挥发物质量浓度的影响相对很小，其封闭性占据了主导地位。这表明了薄木贴面在10 h后还是对总有机挥发物的释放起到了封闭效果，且第24小时薄木贴面总有机挥发物质量浓度比未贴面的质量浓度低50%左右。

2.2 对刨花板有机挥发物组成成分释放的影响

应用气相色谱仪和质谱仪对采集样品进行分析，得出下面分析结果。贴面板和未贴面板所含化合物成分和百分比的实验结果见表4。

表4 薄木刨花板和素板所含化合物成分及质量分数 %

可见，在薄木贴面和未贴面刨花板挥发物气相色谱分析中，共识别出包括甲苯、乙苯等芳香族化合物、烷烃、萜烯类物质，还有少量的醌类、酮类、酯类、酸类物质。其中未贴面刨花板检测出21种成分，贴面刨花板检测出15种成分。未贴面刨花板VOCs中占比例较大的主要的是邻苯二甲酸酯，占总有机挥发物质量浓度的34.19%，贴面刨花板VOCs中占比例较大的主要的是邻二甲苯，占总有机挥发物质量浓度的5.96%。邻苯二甲酸酯类物质有剧毒，一般吸附在刨花板基材固相胶黏剂中，缓慢释放到环境中，可经由食物、空气吸入等途径进入人体，对生物体生殖机能产生较大损害，引发恶性肿瘤，容易造成畸形儿。而薄木贴面刨花板邻苯二甲酸酯所占的百分比则非常低，说明薄木贴面表面以及贴面用胶阻碍了邻苯二甲酸酯的挥发。而其他物质除少数苯系物和酸类成分外，薄木贴面能减少刨花板的50%以上的VOCs释放。贴面刨花板主要释放的苯系物和烷烃成分减少程度不明显，说明在贴面过程中使用的胶黏剂，也会挥发苯类物质，贴面刨花板挥发物的成分和含量是贴面材料和未贴面材料交联作用的结果。

3 结束语

三聚氰胺浸渍纸、薄木、聚丙烯薄膜贴面方式均能减少刨花板VOCs和甲醛的释放。其中聚丙烯贴面封闭效果最好。水性涂料释放的总有机挥发物质量浓度要远远大于素板质量浓度，但是水性涂料对甲醛的封闭效果较好，对于市场中环保水性漆挥发成分有待进一步检测。薄木贴面刨花板比未贴面刨花板释放的VOCs成分少6种。除少数苯类和烷烃类物质，贴面刨花板释放的VOCs质量浓度比未贴面刨花板的VOCs质量浓度要少50%以上。其中，未贴面刨花板中邻苯二甲酸酯质量分数最高，贴面刨花板中邻二甲苯质量分数最高。

［1］ 常德龙，李坚，王群有.降低中密度纤维板甲醛释放量技术［J］.东北林业大学学报，2004，32(4):88－89.

［2］ 唐朝发，杨庚，张士成，等.生产工艺条件对杨木胶合板甲醛释放量的影响［J］.林业科技，2005，30(1):32－34.

［3］ 刘玉，沈隽，朱晓东.热压工艺参数对刨花板VOCs释放的影响［J］.北京林业大学学报，2008，30(5):139－142.

［4］ 张一帆.几种环保型人造板表面装饰产品及工艺技术［J］.林产工业，2002，29(4):26－28.

［5］ American Society for Testing and Material.ASTM D 5116－97:Standard guide for small-scale environmental chamber determination organic emissions from indoor materials/products［S］.USA:ASTM，2000.