绿色环保型人造板生产工艺初探★

巩柏韬 刁倩倩 邹迪明 刘 玉 朱晓冬*

(东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

目前家装问题中，室内空气污染问题越来越突出。在装修或布置完新房后，总有很强烈的刺激气味，其很大一部分来自于建材及家具的人造板中。由于人造板材在生产过程中加入的合成树脂胶粘剂中含有大量挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，简称VOC)，如游离甲醛、游离苯酚等，在常温下释放缓慢，最长释放期可达15年，大大提高了VOC对人体健康所产生的潜在危害，解决此问题迫在眉睫。多年来国内外专家针对降低人造板VOC的释放开展了大量的研究工作。本文从原材料的选择、生产工艺的控制、后期处理三个方面对目前的研究现状进行了系统的整理和分析，并对其应用前景做出展望，以利于今后相关研究的开展。

1 原材料的选择和控制

目前对于环保型人造板的研究焦点在于赋予材料“自清洁”“自降解”功能，力图从源头上基本解决有害气体释放问题，源控制是对人造板VOC释放进行控制的基本途径［1］。目前国内外学者研究认为，最有效的源控制方法就是使用低尿素甲醛摩尔比(F/U)的改性脲醛树脂胶。通过降低摩尔比以降低VOC及甲醛的挥发，但此法由于摩尔比太低，会引起板材的抗拉强度下降，影响板材的性能，并且改性脲醛树脂胶应用会增加人造板的成本。

与此相比，光催化氧化技术在处理有毒、难降解有机污染物方面表现更为优异。在1972年Fujishima和Honda发现在光照条件下用单晶体TiO2和铂作电极能将水电解，并可降解水中的一些微量有机物(Fujishima-Honda 效应)［2］。以后，关于 TiO2，特别是纳米TiO2和掺杂型纳米TiO2光催化降解大气和废水中有机物的相关研究得到了快速发展［3-6］。经过了大量实验，Linsebigler等人认为，TiO2颗粒表面的羟基数量会直接影响其光催化效果，由于空穴能和颗粒表面的羟基作用，生成氢氧自由基(h++OH—*·OH)，因此含有较多表面羟基的催化剂通常有较高的光催化活性［7］。黄杰等采用玻璃、玻璃纤维和不锈钢网作为二氧化钛的载体，分别对甲醛进行光催化降解实验，结果表明降解效率都很高［8］。如果能将纳米TiO2引入到人造板的生产中来，就可以降低其有机污染物的释放，但是其具体工艺还需要开展进一步的研究工作。

2 生产工艺的控制

通过调整人造板的热压工艺参数也可有效控制板材VOC的释放，但VOC的释放速度会随着木材树种、胶粘剂类型、施胶量、生产工艺的不同而发生变化［9-12］。顾丽莉等人研究表明适当降低脲醛树脂在缩聚反应时的pH值对于羟甲基异化为阳离子和亚甲醇有促进作用，因此可以加快缩聚反应的速度，减少体系中羟甲基的含量，从而降低游离甲醛的释放量［13］。刘永丹等人研究结果显示，浅色树种单板生产的板材甲醛释放量相对于深色树种的生产板材明显增加，甲醛释放量会随着单板的含水率的增加而增加;而减少施胶量则会减少甲醛的释放［14］。东北林业大学沈隽、孙世静通过对不同含水率和施胶量刨花板VOC释放量进行研究的结果表明:不同含水率和施胶量产生的污染程度综合指数与VOC释放量的趋势近似，随着板材密度、板材厚度、施胶量以及热压时间的增加，VOC释放总量也相应增大，同时芳香烃的释放量占总释放量比例达到最高，污染程度增大;单层结构的刨花板比三层结构的刨花板VOC释放量少，涂饰后刨花板中VOC的释放总量会随着暴露时间的延长而呈一直下降的趋势［15］。沈隽、张文超等指出影响涂饰刨花板TVOC释放显著性的因素依次是陈放时间、涂饰量和涂料种类。通过对水性清漆、醇酸清漆和硝基清漆涂饰刨花板的VOC进行衰减测试显示，水性清漆涂饰的刨花板使用环保性能优于醇酸清漆和硝基清漆涂饰的刨花板［16］。

3 后期处理的控制

板子热压后是否进行过旨在降低人造板甲醛散发能力的后期处理是十分重要的［17］。这类处理主要包括化学处理和贴面处理两个方面。化学处理是指将板材置于化学处理室内持续一段时间，使板内的游离甲醛得到一个再固化。贴面处理是指通过人工贴面堵塞甲醛散发通道进而达到控制板子甲醛散发量的目的。贴面的方法和材料很多，但以下几条必须遵循:贴面材料本身不应当含有甲醛;贴面用的胶粘剂不应当散发甲醛;贴面材料应具有良好的封闭性能［18］。Alpha B等人研究了几种饰面方式对人造板VOC释放的影响，提出饰面材料和涂料通过阻碍人造板VOC挥发路径降低其释放，其中，表面涂饰环氧粉末涂料的中密度纤维板甲醛及VOC释放的封闭效果最为明显，分别达到99%和94%;而中密度纤维板经过紫外光固化油漆和丙烯酸面漆处理后对甲醛和VOC的封闭率仅达到89%/85%和11%/27%［19］。在国内，张一帆教授提出了几种环保型人造板表面装饰产品及工艺技术，提出了几种针对不同使用范围的人造板表面装饰产品和工艺，旨在降低人造板VOC的释放［20］。

此外也可以用氨对人造板作后期处理，但问题在于氨气本身也属于污染源。因此可以通过改进处理室来解决这个问题，方法是将三个处理室串连，对人造板作三级处理，分别称为吸收室、脱气室、固定室。工作原理为先向室内喷入35℃的氨气，让人造板对其进行吸收;再使用鼓风机吹净室内及附于板面的氨气;最后将残留在板内的游离氨和甲醛生成甲酸铵。树脂水解后的甲醛会和甲酸铵结合，从而降低了甲醛的释放量，而决定甲醛释放量降低程度的因素，则是板的密度和厚度、人造板在吸收室内与氨接触的时间及处理前的人造板的甲醛释放量等［21］。美国学者研究了一种氨气处理装置，该装置由上下罩子形成整体;液氨气化后从上罩引入，在下罩内形成负压，人造板由上下罩之间连续或间断通过，氨气在负压的状态下进入板材内部，此项技术的关键在于对氨气量的控制。有资料表明，由于尿素可与甲醛反应，在人造板成板后尚未冷却时用一定浓度的尿素溶液进行喷洒处理，可降低30%～50%的甲醛释放量［22］。另外，尿素水溶液在热分离时，特别是在酸性条件下可生成铵离子，铵离子会与甲醛生成六次甲基四胺。通过用含有铵盐的水溶液对人造板喷洒处理，甲醛释放量从 25 mg/100 g～30 mg/100 g下降到5 mg/100 g～10 mg/100 g，效果显著。

4 今后的发展方向

目前国内外许多研究者对环保型人造板的开发做了大量的研究，对其技术广泛应用于人造板生产做出了巨大的贡献。但是，由于此项技术涉及范围较广，跨学科较多等因素，所以仍存在很多需要继续探讨之处:

1)应深入研究人造板VOC降解的机理，完善降解过程，增长有效降解时间，使其具有可持续性。

2)应继续探索人造板的生产原料的绿色无害化，从源头上杜绝污染。

3)应结合多学科的知识对人造板工艺性以及降解性能做系统的分析对比，从整体上把握，最终找到最佳的生产方式，以大量投入生产，使之转化为成熟可靠的技术。

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