基于微胶囊技术的饰面胶合板释香特性

胡杨兵, 刘 玉, 孙 蕾, 朱晓冬, 张 彦

(东北林业大学材料科学与工程学院,黑龙江 哈尔滨 150040)

人造板在加工及应用中会产生挥发性有机化合物(简称VOCs).大部分VOCs在常温下释放缓慢，并伴有一定的刺激性气味，使人体产生不适[1].为缓解人造板刺激性气味对人体带来的不适感，王启繁等[2]对人造板贴面处理后释放的气味物质及气味强度进行研究，发现贴面处理能够在一定程度上阻碍刨花板本身VOCs和气味的释放.槐敏等[3]对人造板增香处理进行研究，发现将香精微胶囊添加在胶合板中，香精中的绝大多数香味成分可留存在于胶合板中.研究[4-6]表明，薰衣草精油可减少紫外线的直接辐射，抑制活性氧簇(ROS)，提高血清NO含量，提高皮肤抗氧化能力等；松木精油可以治疗皮肤炎、湿疹、脓肿，促进血液循环，在日常生活中备受人们喜爱.但植物精油挥发性较强，在空气中难以长时间保存[7].本文通过对薰衣草精油和松木精油的有效气味成分进行分析，利用微胶囊技术对精油进行包覆，并将其应用于饰面人造板中，探讨精油微胶囊对板材气味特性的作用，抑制人造板对室内环境的污染.

1 材料与方法

1.1 供试材料

桦木饰面薄木的含水率为4%～10%，厚度1 mm,幅面面积15 cm×10 cm.三层胶合板的含水率为5%～13%,厚度4 mm,幅面面积15 cm×10 cm.

薰衣草精油、松木精油均为A级；冰乙酸、无水硫酸钠、壳聚糖、液体石蜡、吐温80、司班60、戊二醛、异丙醇、石油醚均为AR级.

1.2 主要仪器与设备

数显控温电热套(98-I-C型)由天津市泰斯仪器提供；气相色谱质谱联用仪(7890A-7000B型)由美国安捷伦科技提供；数显恒温水浴锅(HH-D4)由金坛市双捷实验仪器厂提供；电动搅拌器(JJ-1型)由上海标本模型厂提供.

1.3 方法

1.3.1 精油微胶囊的制备 采用乳液聚合法[8-9]制备精油微胶囊.将芯材与壁材搅拌，形成初乳后，再加入交联剂交联固化后得到微胶囊.首先，量取2 mL纯乙酸和100 mL去离子水，充分融合，制成体积分数为2%的乙酸溶液.称取壳聚糖溶于已制备好的2%(体积分数)乙酸溶液，加入1 mL的水相乳化剂Tween 80，再加入2 mL的植物精油.将该溶液置于500 mL圆底烧瓶中，40 ℃下水浴加热，以1 000 r·min-1转速搅拌30 min后得到初乳；将初乳滴入含2%(质量分数) Span 60的100 mL液态石蜡中，置于温度为40 ℃的水浴锅中，以1 000 r·min-1机械搅拌2 h，制得复乳；最后，取3 mL 25%(质量分数)戊二醛缓慢滴入复乳中，机械搅拌速度降为500 r·min-1，交联固化4 h；用石油醚洗去液态石蜡，用异丙醇脱水得到微胶囊.

1.3.2 饰面胶合板的制备 将桦木薄木浸渍于上述精油微胶囊混悬液中，浸渍处理20 min后取出干燥至平衡含水率.将饰面薄木采用冷压胶合的方式装饰于胶合板基材表面，冷压胶为乳白胶，涂胶量为100 g·m-2.

1.3.3 饰面板VOCs的采集 将上述饰面胶合板置于干燥器中，同时干燥器底部放置2 g活性炭，对胶合板释放出的VOCs进行吸附；在常温下静置24 h后，利用二氯甲烷浸渍活性炭，提取活性炭所吸附的VOCs.

1.3.4 精油VOCs的GC-MS检测 升温程序：初始温度70 ℃，以1.0 ℃·min-1升至100 ℃，再以3 ℃·min-1升至195 ℃，最后以10 ℃·min-1升到250 ℃，保持10 min.流量1 mL·min-1，分流比150∶1，进样口温度250 ℃，进样量1 μL.

质谱条件：电离方式为EI；电离能量为70 eV；离子源温度250 ℃；质量扫描范围35～500 m·z-1.

1.3.5 饰面板VOCs的GC-MS检测 温度为22～24 ℃，湿度为40%～60%.色谱条件：初始温度60 ℃，保持1 min，以10 ℃·min-1升至280 ℃，保持2 min；进样口温度250 ℃，载气为高纯氦气，流速为1 mL·min-1，不分流.

质谱条件：EI离子源，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，接口温度280 ℃，MS四极杆温度150 ℃.

将所测成分的质谱图与质谱数据库进行比对，并结合有关图谱进行解析，对各色谱峰加以确认，从而鉴定释放精油的成分.

2 结果与分析

2.1 负载松木精油微胶囊饰面板的气味特性

松木精油微胶囊负载的饰面板VOCs气味的释放情况如表1所示.为了分析精油微胶囊处理前后饰面板VOCs的变化，对松木精油及未处理饰面板的VOCs也进行了同步测定，结果见表1.

表1 松木精油及其载香胶合板与未处理胶合板的GC-MS分析结果1)Table 1 GC-MS analysis of pine essential oil, its fragrance-carrying plywood and untreated plywood

由GC-MS气相色谱质谱分析结果可知，松木精油中共鉴定出8种气味化合物，全部为萜烯类化合物(图1A)，其中莰烯、3-长松针烯和α-蒎烯为主要的气味化合物，其含量分别为46.70%、32.30%、14.70%.这3种化合物的阈值都比较低，其气味主要表现为松木、松脂和樟脑的香气[10-12].松木精油微胶囊处理的饰面胶合板释放的VOCs中共检测出23种化合物，主要是烷烃类化合物、醇类化合物和有机酸类化合物(图1B).在未处理饰面板中共鉴定出14种化合物，主要为烷烃类化合物和酯类化合物(图1C)，这两类化合物主要源自木材原料和树脂添加剂释放的VOCs.其中十六烷、2-2-甲基丁酸乙酯相的含量较高，分别为28.50%和37.80%，两种化合物的气味表现为刺激味与甜果香味[11].

图1 松木精油、微胶囊处理饰面板和未处理饰面板释放的VOCs种类Fig.1 Types of VOCs released from pine essential oil， microencapsulated veneer and untreated veneer,

未处理饰面板中的主要气味化合物十六烷和2-2-甲基丁酸乙酯在处理饰面板中的检出率极低.在处理饰面板中检测到松木精油中的主要气味化合物莰烯、3-长松针烯和α-蒎烯，虽然其含量较低，但由于其气味阈值较低，实验中还是能够嗅辩出该气味.可见，松木精油微胶囊的加入影响了饰面人造板释放的气味成分，松木精油中的主要成分可以有效地释放出来.处理饰面板中的16种化合物，在精油和未处理饰面板中没有检测出，这些化合物主要是烃的衍生物，气味表现为刺激味、花香味与乙醚味[12].

2.2 薰衣草精油及其释香胶合板的GC-MS分析

对薰衣草精油微胶囊负载的饰面板VOCs气味释放情况以及未处理饰面板的VOCs进行了同步测定，测定结果如表2所示.

表2 薰衣草精油及其载香胶合板的GC-MS分析结果1)Table 2 GC-MS analysis of lavender essential oil and its fragrance-carrying plywood

续表2

由GC-MS气相色谱质谱分析结果可知，薰衣草精油中共鉴定出16种化合物(图2A)，主要为酯类化合物和单萜类化合物，其中乙酸芳樟酯和乙酸香叶酯的含量较高，分别为74.90%和7.50%，气味表现为花香味[13].薰衣草精油微胶囊处理的饰面胶合板释放的VOCs中共检测出21种化合物(图2B)，主要是烷烃类化合物、酮类化合物和单萜类化合物.未处理饰面板中共鉴定出14种化合物(图2C)，主要为烷烃类化合物、酯类化合物，气味分别表现为刺激性、甜果香味.这两类化合物主要源自木材原料和树脂添加剂的VOCs.

图2 薰衣草精油、微胶囊处理饰面板和未处理饰面板释放的VOCs种类Fig.2 Types of VOCs released from untreated veneer, lavender essential oil and microencapsulated veneer

从表2可知，未处理饰面板中的主要气味化合物(2-2-甲基丁酸乙酯和十六烷)在处理饰面板中的检出率极低.薰衣草精油中的主要气味化合物(乙酸芳樟酯和乙酸香叶酯)，在薰衣草精油微胶囊处理的饰面板中也被检测出来(因为其含量较高，且气味阈值较低).可见，精油微胶囊的加入改变了饰面人造板释放的气味成分，薰衣草精油中的主要成分可以有效释放出来.处理饰面板中的8种化合物，在精油和未处理饰面板中均没被检测出，这些化合物主要是烃的衍生物，气味表现为刺激味、麝香味和花香味.在精油气味化合物的释放过程中，人造板材自身VOCs的气味化合物含量也有所改变，部分化合物的含量呈下降趋势(表1、2).

3 小结

本研究采用乳液聚合法制备精油微胶囊,通过饰面负载处理的方法制备释香型饰面胶合板，并对释香板材的气味化合物成分进行分析，探讨载香微胶囊在人造板气味释放中的作用.

本研究结果表明：(1)松木精油释放的物质为萜烯类化合物，其中莰烯、3-长松针烯为主要气味化合物，其气味表现为樟脑味和花香味.薰衣草精油释放的主要化合物为酯类与萜烯类，其中乙酸芳樟酯、乙酸香叶酯为主要气味成分，其气味表现为麝香味、樟脑味和花香味.未处理胶合板释放的主要化合物为烷烃类与酯类，气味表现为刺激味、花香味与麝香味的混合气味.

(2)松木精油处理饰面板释放的主要化合物为烷烃类、醇类和有机酸类，气味表现为刺激味、花香味和乙醚味.松木精油中含量较高的化合物为莰烯、3-长松针烯、α-蒎烯、香芹烯，在松木精油处理饰面板中均被检测出，且这4种成分阈值较低，故松木精油处理饰面板释放出明显的花香味.

(3)薰衣草精油处理饰面板释放的主要化合物为烷烃类、酮类和萜烯类，气味表现为刺激味、麝香味、樟脑味与花香味.薰衣草精油中含量较高的化合物为乙酸芳樟酯和乙酸香叶酯，在薰衣草精油处理饰面板中含量也较高，且乙酸芳樟酯的阈值比较低，故薰衣草精油处理饰面板释放出明显的花香味与麝香味.